DE3205630A1

DE3205630A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln der unwucht eines rotierenden gegenstandes

Info

Publication number: DE3205630A1
Application number: DE19823205630
Authority: DE
Inventors: Allan C. Woodside Calif. Madden; Albert L. San José Calif. Mitchell
Original assignee: OYL Inc; Oyl Inc 95050 Santa Clara Calif
Current assignee: Service Station Products Co
Priority date: 1981-02-25
Filing date: 1982-02-17
Publication date: 1983-03-03
Anticipated expiration: 2002-02-18
Also published as: AU7965582A; BR8200897A; AU551873B2; JPS57157134A; FR2500628B1; GB2093596B; IT1153436B; FR2500628A1; DE3205630C2; JPH0419496B2; US4423632A; GB2093596A; IT8219728A0

Description

320563Q

Patentanwälte European Patent Attorneys

- S

München

Ql Pl D

QYL Inc., San Francisco, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Unwucht eines rotierenden Gegenstandes

Priorität: 25. Feb. 1981 -USA- Serial No. 238 091

Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Unwucht eines rotierenden Gegenstandes

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln der Unwucht eines rotierenden Gegenstandes, insbesondere eines rotierenden Fahrzeugreifen.

Es sind bereits Vorrichtungen zum Ermitteln der Massenunwucht eines rotierenden Fahrzeugreifens bekannt und z.B. in den nachstehend genannten Patentschriften beschrieben: GB-PSen 939 693 und 1 247 596 sowie die US-PSen 2 378 018,

2 828 911, 3 102 429, 3 724 279, 3 812 725, 3 835 712,

3 910 121, 3 911 751, 3 922 922, 3 991 620 und 4 173 146. In jeder der vorstehend genannten Patentschriften wird eine Vorrichtung beschrieben, die dazu dient, die Unwuchtkraft eines rotierenden Gegenstandes, z.B. eines Fahrzeugreifens, zu messen. Allgemein gesprochen, gibt es zwei Bauarten solcher Vorrichtungen. Bei der ersten Bauart ist die Antriebs-

einrichtung mit dem Fahrzeugreifen indirekt durch eine Kupplungseinrichtung, z.B. eine Riemenscheibe oder ein Getriebe, verbunden. Eine solche indirekte Kupplung zwischen der Antriebseinrichtung und dem rotierenden Reifen ist vorgesehen, da die Messungen gewöhnlich bei einer niedrigen Drehzahl von z.B. 200 oder 500 U/min durchgeführt werden. Dies ist aus Sicherheitsgründen sowie zur Beschleunigung der Messungen erwünscht. Bei typischen Vorrichtungen werden kleine, preiswerte Motoren verwendet. Bei der zweiten Bauart der bekannten Vorrichtungen, z.B. derjenigen nach der US-PS 3 812 725, ist die Antriebseinrichtung direkt mit dem rotierenden Reifen gekuppelt. Wenn es auf hohe mechanische Stabilität und Meßgenauigkeit ankommt, werden die durch einen rotierenden Reifen hervorgerufenen Unwuchtkräfte am zweckmäßigsten gemessen, wenn die Antriebseinrichtung direkt mit dem rotierenden Reifen gekuppelt ist.

Jedoch ist es bei sämtlichen vorstehend genannten Auswuchtvorrichtungen üblich, den rotierenden Reifen auf eine vorgewählte bzw. gewünschte Geschwindigkeit bzw. Drehzahl oder auf eine Drehgeschwindigkeit zu beschleunigen, die höher ist als die erwünschte, woraufhin man zuläßt, daß sich die Drehbewegung des Reifens verlangsamt. Sobald der Reifen die gewünschte Drehgeschwindigkeit erreicht, werden dann Messungen bei den vorgeschriebenen Drehzahlen durchgeführt. Bei den bekannten Vorrichtungen werden die durch einen rotierenden Reifen hervorgerufenen Unwuchtkräfte bei vorgewählten bzw. vorgeschriebenen Drehzahlen gemessen, da sich hierbei die Verarbeitung der erzeugten Signale durch die zugehörigen elektronischen Einrichtungen vereinfacht. Steht eine vorgewählte bestimmte Drehgeschwindigkeit zum Messen der Unwuchtkraft eines umlaufenden Reifens zur Verfügung, bedeutet dies, daß man ein elektronisches Filter konstruieren könnte, das eine gewünschte Filterfrequenz aufweist. Ein solches Filter würde elektronische Signale, die diese Frequenz haben, rela-

tiv ungehindert durchlassen, jedoch Hintergrundsignale oder elektronisches Rauschen zurückhalten. Außerdem ist es beim Messen der Unwuchtkräfte bei vorgewählten Drehgeschwindigkeiten möglich, die sich aus Phasenverschiebungen ergebenden Probleme zu vermeiden. Zwar läßt sich dieses Ergebnis dadurch erzielen, daß man das elektronische Filter entsprechend wählt, wodurch die Drehfrequenz festgelegt wird, bei der die Unwuchtkraft gemessen wird, doch geschieht dies auf Kosten der Genauigkeit des Systems, da die Messung während einer sehr kurzen Zeitspanne durchgeführt werden muß. Die Drehgeschwindigkeit des umlaufenden Reifens nimmt ständig ab, und daher würde bei der vorgeschriebenen bzw. gewählten Drehgeschwindigkeit nur eine kurze Zeitspanne zur Verfügung stehen, während welcher die Unwuchtkraft des rotierenden Reifens gemessen werden kann. Diese Tatsache stellt natürlich eine Fehlerquelle dar.

Durch die Erfindung ist nunmehr eine Vorrichtung zum Ermitteln der Unwucht eines rotierenden Gegenstandes geschaffen worden, zu der eine Einrichtung zum Unterstützen des Gegenstandes sowie eine unmittelbar damit gekuppelte Antriebseinrichtung zum Beschleunigen des Gegenstandes gehören. Ferner gehören zu der Vorrichtung Einrichtungen zum Unterbrechen der Zufuhr von Energie zu der Antriebseinrichtung sowie Kraftwandler zum kontinuierlichen Messen der Größe der Unwuchtkraft des Gegenstandes während der Verringerung seiner Drehgeschwindigkeit.

Ferner ist durch die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben der genannten Vorrichtung geschaffen worden.

Im folgenden wird die Erfindung anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 2 den Teilschnitt 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 den Teilschnitt 3-3 in Fig. 1;

Fig. 4 ein Blockschaltbild des gesamten elektrischen Aufbaus der Vorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines elektronischen Teils der Vorrichtung zum Berechnen und Darstellen der Meßwerte der Unwuchtkraft;

Fig. 6 eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung zu verwendenden Addierers;

Fig. 7 eine AusfUhrungsform der Schaltung eines gemäß der Erfindung verwendeten Durchmesserkompensators;

Fig. 8 eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung zu
verwendenden Tiefpaßfilters;

Fig. 9a eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung zu verwendenden Rechners, wobei Fig. 9b und 9c Teilen von Fig. 9a entsprechen und Fig. 9d eine weitere
Ausführungsform eines gemäß der Erfindung zu verwendenden Rechners darstellt;

Fig. 10 eine Ausführungsform einer gemäß der Erfindung zu verwendenden Hochpaßfilter- und Halbweggleichrichteranordnung;

Fig. 11 eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung zu verwendenden Drehzahlkompansators; und

Fig. 12 eine Ausführungsform eines gemäß der Erfindung zu verwendenden Rechners für den reziproken Wert der
Winkelgeschwindigkeit.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt und insgesamt mit 10 bezeichnet. Die Vorrichtung 10 ist insbesondere geeignet, die Unwuchtkraft eines Rades 12 zu messen, das einen Reifen 14 trägt. Das Rad 12 ist auf einem Ende einer massiven freitragenden Welle 16 befestigt. Ein Käfigankermotor 18, z.B. ein achtpoliger Asynchronmotor, ist mit dem anderen Ende der Welle 16 direkt gekuppelt. Der Motor 18 wird von einem ersten starren Gestell 22 nahe dem Reifen 14 sowie von einem zweiten starren Gestell 24, das in einem Abstand von dem Reifen angeordnet ist, getragen. Die beiden starren Gestelle 22 und 24 sind durch eine waagerechte Platte 23 verbunden, die den Motor 18 unterstützt, der durch die waagerechte Platte daran gehindert wird, sich in irgendeiner horizontalen Richtung zu bewegen. Der Motor 18 und die Gestelle 22 und 24, die mit ihm durch die waagerechte Platte 23 verbunden sind (im folgenden insgesamt kurz als Motor 18 bezeichnet), stützen sich an mehreren Kraftwandlern 26 ab; die Kraftwandler 26 können auf beliebige bekannte Weise so ausgebildet sein, daß sie es ermöglichen, auf sie wirkende Kräfte nachzuweisen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sprechen die Wandler 26 nur auf in senkrechter Richtung auf sie wirkende Kräfte an, doch sei bemerkt, daß man die Wandler auch so anordnen könnte, daß sie nur auf waagerechte Kräfte ansprechen. In Abhängigkeit von den auf sie ausgeübten Kräften erzeugen die Wandler 26 jeweils ein elektrisches Ausgangssignal. Bei einer typischen Anordnung kann man piezoelektrische, kapazitive oder mit variablem magnetischem Widerstand arbeitende Wandler, Widerstands-Dehnungsmesser oder dergl. verwenden. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind drei piezoelektrische Wandler 26a, 26b und 26c vorhanden, deren Anordnung aus Fig. 2 ersichtlich ist. Die beiden ersten Wandler 26a und 26b sind auf einer Linie angeordnet, die im wesentlichen rechtwinklig zu der Welle 16 verläuft und dem Ende des Motors 18 benachbart ist, in dessen Nähe das Rad 12 angeordnet ist. Der dritte Wandler 26c ist annähernd in der

Mitte zwischen den beiden ersten Wandlern und nahe dem anderen Ende des Motors 18 angeordnet. Dieses Ende des Motors ist mit einem gezahnten Rad 20 versehen, das gemäß Fig. 3 einen Drehwinkelwandler zum Ermitteln der jeweiligen Winkelstellung des Motors 18 bildet. An einem ortsfesten Punkt ist eine optische Quelle 28, z.B. eine Glühbirne, angeordnet, die einen Lichtstrahl aussendet, welcher auf einen optischen Fühler 30 gerichtet ist und von den Lücken zwischen den Zähnen des Rades 20 durchgelassen wird, das gemäß Fig. 3 mehrere in gleichmäßigen Umfangsabständen verteilte öffnungen 32 hat. Wird das Rad 20 gedreht, unterbrechen die öffnungen 32 den von der optischen Quelle 28 zu dem Fühler 30 gelangenden Lichtstrahl bzw. sie lassen ihn zu dem Fühler gelangen, was sich jeweils nach der Stellung des gezahnten Rades richtet, die wiederum durch die Drehbewegung der mit dem Motor 18 gekuppelten Welle 17 bestimmt wird. Diese Anordnung ist z.B. aus der US-PS 3 910 121 bekannt und ermöglicht es, die jeweilige Winkelstellung der rotierenden Welle zu ermitteln, die mit dem Motor gekuppelt ist.

Beim Gebrauch der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 wird der Motor 18 in Betrieb gesetzt und auf eine Drehzahl beschleunigt, bei der die auf das Rad 12 wirkende Unwuchtkraft gemessen werden soll. Diese Drehzahl beträgt gewöhnlich etwa 500 U/min. Dann wird der Motor 18 abgeschaltet, so daß das Rad 12 im Freilauf rotieren kann; mit anderen Worten, das Rad 12 kann sich ungehindert drehen. Da natürlich auf die mit dem Motor 18 gekuppelte Welle sowie andere Bauteile eine gewisse Reibung wirkt, beginnt eine Verlangsamung der Drehbewegung des Rades, das im Freilauf etwa vier Umdrehungen ausführen kann, bevor Messungen durchgeführt werden. Dies ermöglicht es dem System, sich zu "beruhigen". Nach Beendigung dieser Anlaufperiode werden Messungen der Größe der Unwuchtkraft mit Hilfe der Kraftwandler 26 kontinuierlich durchgeführt. Wegen dieser kontinuierlichen Durchführung

der Kraftmessungen werden auch Berechnungen der Unwuchtkräfte kontinuierlich mit Hilfe einer elektronischen Recheneinrichtung 40 durchgeführt, mit der die Vorrichtung ausgerüstet ist. Nachdem das Rad etwa acht weitere Umdrehungen ausgeführt hat, wird der Motor 18 erneut eingeschaltet, um das umlaufende Rad 12 bis zum Stillstand abzubremsen. Die Drehung des Rades im Freilauf dauert insgesamt etwa 1,5 see. Die Ergebnisse der Messung werden mit Hilfe der elektronischen Einrichtung 40 ermittelt und dann auf einem Bildschirm 34 dargestellt. Fig. 4 zeigt schematisch die Reihenfolge dieser Vorgänge.

Die elektronische Einrichtung 40 ist in Fig. 5 als Blockschaltbild dargestellt. Das Ausgangssignal des dritten Kraftwandlers 26c ist mit F3 bezeichnet. Die Ausgangssignale der beiden ersten Kraftwandler 26a und 26b, die in Fig. 5 mit F4A und F4B bezeichnet sind, werden einem Addierer 42 zugeführt, der die Aufgabe hat, die Signale der beiden ersten Wandler in einem solchen Verhältnis zueinander zu addieren, daß ihre Summe in direkter Phasenäquivalenz zu dem durch den dritten Wandler 26c erzeugten Signal steht. Ein solcher Addierer ist aus den US-PSen 3 835 712 und 3 102 bekannt. Ein Beispiel für den Addierer 42 ist in Fig. 6 dargestellt. Die Signale F4A und F4B durchlaufen Trennverstärker 110, welche diese Kraftsignale gegenüber der variierenden Impedanz der Schaltung des Addierers 42 isolieren. Die Signale F4A und F4B eilen dem Kraftsignal F3 etwas vor bzw. nach, so daß man den Abnahmepunkt eines Phaseneinstellpotentiometers 112 verstellen kann, um ein Signal zu erhalten, das sich direkt in Phase mit dem Signal F3 befindet. Bei dem dem Phaseneinstellpotentiometer 112 nachgeschalteten Verstärker 114 handelt es sich um einen Verstärker mit einstellbarer Verstärkung, der so geschaltet ist, daß er einen sehr hohen Eingangswiderstand hat, um das Phaseneinstellpotentiometer 112 nicht zu belasten. Ein Verstärkungseinstellpotentiometer 116 dient dazu, die Amplitude des zusammengesetzten Signals

F4 so einzustellen, daß sie sich im richtigen Verhältnis zu dem Signal F3 befindet.

Von dem Addierer 42 aus gelangt das Signal Γ4 zusammen mit dem Signal F3 zu einem Durchmesserkompensator 44, der das Signal F3 und F4 für die Unwuchtkraft durch den Durchmesser des Rades 12 teilt. Natürlich muß der Durchmesser des Rades durch die Bedienungsperson eingestellt werden. Auch eine solche Schaltung ist bereits bekannt. Fig. 7 zeigt ein Beispiel für eine solche Schaltung, die dem Signal F3 zugeordnet ist. Für das Signal F4 ist eine weitere gleichartige Schaltung vorhanden. Beim Betrieb des Durchmesserkompensators 44 wird das Signal F3 durch einen Analogschalter 118 unterbrochen, der seinerseits durch eine Impulsreihe betätigt wird, deren Tastverhältnis zu dem Ausdruck l/Durchmesser proportional ist.

Der Mittelwert des Ausgangssignals wird nach dem Ausfiltern der hochfrequenten Schaltkomponenten entsprechend dem Faktor k eingestellt, der die Einschaltzeit des Tastverhältnisses bezeichnet; mit anderen Worten:

Ausgangssignal = Eingangssignal χ k

Einschaltzeit

Hierin bezeichnet k:

Ausschaltzeit + Einschaltzeit

Somit ist das Ausgangssignal proportional zu folgendem Ausdruck:

F3 χ

Durchmesser

Bei dem Analogschalter 118 kann es sich um den Standardtyp 4053 handeln.

Nach dem Kompensieren der Kraftsignale durch den Durchmesserkompensator 44 werden die Signale durch ein Tiefpaßfilter 46

geleitet, mittels dessen das hochfrequente elektronische
bzw. elektrische Rauschen beseitigt wird. Ein solches Tiefpaßfilter, wie es in Fig. 8 dargestellt ist, ist von bekannter Art. In Fig. 9 ist der Deutlichkeit halber nur ein Tiefpaßfilter für das von dem Durchmesserkompensator 44 abgegebene Signal F3/Durchmesser dargestellt. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden zwei in Reihe geschaltete Filter benutzt. Außerdem sind zwei weitere Filter für das dem Durchmesserkompensator 44 entnommene Signal F4/Durchmesser vorhanden. Die Widerstände von 150 Kiloohm und 2 Megohm dienen zum Einstellen der Linearität und Flanken-Steilheit des Filters.

Von dem Tiefpaßfilter 46 aus werden die Signale F3 und F4
einem Rechner 48 zugeführt, der die Unwuchtkraft des Rades 12 nach den folgenden Gleichungen berechnet:

Fl - ·| fa(F3 + F4) + fF3] · (Gleichung l)

F2 - i [(a + C)(F3 + F4) + fF3] (Gleichung 2)

Hierin bezeichnet Fl die Größe der Unwuchtkraft des Reifens 14 auf der von dem Motor 18 abgewandten Seite der Felge,

F2 die Größe der Unwuchtkraft des Reifens 14 auf der dem Motor 3 8 näher benachbarten Seite der Felge,

F3 die Größe der Kraft, die nach der Kompensation durch den Durchmesserkompensator 44 auf den dritten Wandler 26c wirkt, und

F4 die Größe der Kraft, die nach der Korrektur durch den Addierer 42 und den Durchmesserkompensator 44 auf die beiden ersten Wandler 26a und 26b wirkt.
Hierin bezeichnet a den Abstand zwischen F4 und F2, der
zwischen einem Minimum von etwa 50 mm und einem Maximum
von etwa 250 mm variiert. Hierbei besteht eine feste Komponente von etwa 50 mm und eine variable Komponente von etwa
200 mm.

-A-

Ferner bezeichnet f den Abstand zwischen dem Fühler 26c und dem Mittelpunkt zwischen den Fühlern 26a und 26b; hierbei handelt es sich um eine feste Strecke von etwa 200 mm; c bezeichnet den Abstand zwischen F2 und Fl, der zwischen etwa 68 mm und einem Maximum von etwa 475 mm variiert. Somit sind eine feste Komponente von etwa 68 mm und eine variable Komponente von etwa 405 mm vorhanden.

Ein Beispiel für die Schaltung des Rechners 48 ist in Fig. 9 dargestellt. Bei den Schaltkreisen des Rechners handelt es sich um negative Rückkopplungsverstärker bekannter Art. Im vorliegenden Fall werden jedoch die Eingangs- und Rückkopplungswiderstände mit Hilfe von Analogschaltern so gesteuert, daß ihre wirksamen Widerstandswerte derart variiert werden, daß sich eine Rechenschaltung ergibt, die analog zu der Vektortransformation ist, mittels welcher eine Beziehung zwischen den auf das Rad wirkenden Unwuchtkräften und den durch die Fühler nachgewiesenen Kräften hergestellt wird. Bezieht man sämtliche Abstände auf eine Einheitsstrecke von etwa 200 mm und benutzt man Analogschalter, bei denen das Tastverhältnis direkt proportional zu den variablen Teilen von a und c ist, kann man die additive Größe a(F3 + F4) + fF3 mit Hilfe der in Fig. 9b gezeigten Schaltung darstellen. Um die Division durch c zu bewirken, wie sie durch die Gleichung 1 verlangt wird, wird der Rückkopplungswiderstand "Any" nach Fig. 9a durch das in Fig. 9c dargestellte Netzwerk ersetzt. Der Widerstand des Netzwerks nach Fig. 9c ist durch den Ausdruck 6R2/l+6cl gegeben, in dem el das Tastverhältnis der variierenden Komponente von c bezeichnet. Diese Funktion variiert zwischen 6R2 und dem 6/7-fachen von R2, wenn c von Null auf 1 übergeht. Hierbei handelt es sich um die erforderliche Funktion zum Darstellen einer Änderung von c von 2-2/3 auf 18-2/3, d.h. eine Änderung im Verhältnis von 7:1. Die Bezeichnung "4Rl Rl" gilt für einen gleichwertigen Widerstand, der einen Widerstandswert von 4Rl parallel zu Rl hat. Um F2 zu berechnen, muß man eine besondere Komponente hinzu-

fügen, um die Komponente c(F3 + F4) darzustellen. Da c insgesamt um etwa 405 mm variiert, d.h. um das Doppelte der Basiseinheit von etwa 200 mm, muß der Widerstand, der an die Analoggatter angeschlossen ist, wobei das Tastverhältnis die Änderung von c bezeichnet, halb so groß sein wie die mit den a-Analoggattern verbundenen Widerstände. Wenn man die zusätzlichen Widerstände 4R und 3R vorsieht, welche die festen bzw. nicht variierenden Komponenten von a und c repräsentieren, erhält man schließlich die in Fig. 9d dargestellte Schaltung. Die Ruckkopplungskondensatoren dienen zum Integrieren der auf das Zerhacken zurückzuführenden Unregelmäßigkeiten, die sich anderenfalls bis zum Ausgang fortpflanzen würden.

Von dem Rechner 48 aus werden die berechneten Werte der Kräfte Fl und F2 einer Hochpaßfilter- und Halbweggleichrichteranordnuhg 50 zugeführt, bei der es sich einfach um eine Verstärkerstufe handelt, welche die Rotationsfrequenzkomponente durchläßt und sie danach einer Halbweggleichrichtung unterzieht. Ein Beispiel für eine solche Anordnung für die Kraft Fl ist in Fig. 10 dargestellt. Für die Kraft F2 ist eine zweite ähnliche Schaltung vorhanden. Während des Meßvorgangs lassen die beiden Elektrolytkondensatoren 120 nur die von der Rechnerschaltung abgegebenen variierenden Spannungen zu dem Trennverstärker 122 gelangen, während nicht variierende Gleichspannungen zurückgehalten werden. Vor dem Meßvorgang wird der Analogschalter 124 geschlossen gehalten, um den Eingang des Verstärkers 122 zu erden und Gleichspannungen von der Rechenschaltung fernzuhalten. Die Langzeitkonstante der beiden Kondensatoren 120 und des Widerstandes 126 sind so gewählt, daß die alternierenden Spannungen ungehindert durchgelassen werden. Der Verstärker 122 ist als Trennverstärker geschaltet und läßt das Signal zu dem Überschneidungsdetektor 63 (zur Bestimmung der Lage der Unwucht) sowie zu einer Halbweggleichrichter-

schaltung bekannter Art mit einem Verstärker 128 und einem Gleichrichter 130 gelangen. Das Ausgangssignal dieser Schaltung wird mit Hilfe eines Potentiometers 132 eingestellt, bevor es zu der Drehzahlkompensatorschaltung 52 weitergeleitet wird.

Da die Signalamplitude der Kraft entsprechend dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 variiert, gilt

2
F - mw r

Hierin bezeichnet m die Masse der Unwucht

w die Winkelgeschwindigkeit

r den Radius des rotierenden Körpers.

Um die Massenunwucht, d.h.

m =■ ο
w r

zu ermitteln, ist es erforderlich, die Änderung des Radius zu kompensieren (was mit Hilfe des Durchmesserkompensators 44 geschehen ist) und die Winkelgeschwindigkeit dadurch zu kompensieren, daß die Kraftsignale durch die zum Quadrat erhobene Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 geteilt wird. Bei der elektronischen Einrichtung 40 nach Fig. 5 geschieht dies mit Hilfe zweier Schritte. Erstens teilt der Drehzahlkompensator 52 das Signal durch die Winkelgeschwindigkeit des Rades 12. Ein Beispiel für einen Drehzahlkompensator für Fl ist in Fig. 11 dargestellt. Für F2 ist eine zweite Schaltung ähnlich derjenigen nach Fig. 11 vorhanden. Der Analogschalter 140 unterbricht den Strom, der von dem Halbweggleichrichter 50 zu einem spannungsgeregelten Oszillator 54 fließt, mit einem Tastverhältnis (Einschaltzeit) als Teil (der gesamten Zykluszeit), der proportional zum reziproken Wert der Raddrehzahl c ist.

Von dem Drehzahlkompensator 52 aus werden die Signale dem

- μ-

spannungsgeregelten Oszillator 54 zugeführt, der von bekannter Art ist und dessen Impulsfrequenz zum mittleren Eingangssignal proportional ist. Die resultierenden Impulse werden mit Hilfe eines Anzeigezählers 56 tabuliert. Da sich die Sinuswelle verlängert, wenn die Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 abnimmt, so daß die Signalfrequenz zurückgeht, wird ein weiterer Kompensationsfaktor eingeführt, der proportional zum reziproken Wert der Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 ist. Somit werden die auf dem Bildschirm 56 erscheinenden Anzeigewerte entsprechend einem Faktor kompensiert, der proportional zum reziproken Wert des Quadrats der Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 ist. Die angezeigten Werte gelten für die Unwuchtmasse auf der Innenseite bzw. der Außenseite der Felge des Rades 12.

Der elektronischen Einrichtung 40 nach Fig. 5 wird auch das Signal des optischen Fühlers 30 zugeführt, das durch die Anordnung 60 verwendet wird, um den reziproken Wert der Winkelgeschwindigkeit des Rades 12 zu berechnen, welcher dem Drehzahlkompensator 52 zugeführt wird. Ein Beispiel für einen solchen Rechner 60 ist in Fig. 12 dargestellt. Die von einem Hauptoszillator 150 abgegebenen Impulse mit einer Frequenz von 200 kHz werden durch eine Dividiereinrichtung 152 durch 2 geteilt und dann einem freilaufenden Zähler 154 zugeführt, der jeweils 384 Impulse (Null bis 383) zählt und sich dann zurückstellt". Am Anfang jedes von dem Fühler 30 abgegebenen optischen Impulses werden von dem Hauptoszillator 150 aus Impulse mit einer Frequenz von 200 kHz über eine F_olgesteuereinrichtung 156 einem Umdrehungszähler 158 zugeführt. Die Folgesteuereinrichtung 156 unterbricht diese Impulse, sobald der nächste Impuls des optischen Fühlers beginnt. Die Anzahl der durch den Umdrehungszähler 158 während eines vollständigen Impulses des optischen Fühlers gezählten Impulse ist umgekehrt proportional zur Drehzahl des Rades, d.h. bei einer höheren Raddrehzahl

C ft

erhält der Zähler 158 eine kleinere Anzahl von Impulsen, während bei niedrigeren Drehzahlen eine höhere Anzahl von Impulsen zur Verfügung steht. Der Rücksetzimpuls der Folgesteuereinrichtung 156 wird benutzt, um den Inhalt des Umdrehungszählers 158 beim nächsten Impuls des Oszillators in ein Halteregister 160 zu überführen und unmittelbar danach den Umdrehungszähler 158 auf Null zurückzusetzen. Unter Vernachlässigung des niedrigstwertigen Bits zur Berücksichtigung der durch 2 teilenden Schaltung vor dem Zählergebnis 384 des Zählers 154 wird der Inhalt des Umdrehungszählers 158, der in der beschriebenen Weise in das Halteregister 160 überführt worden ist, mit dem Stand des Zählers 154 für 384 Einheiten verglichen. Wenn eine Übereinstimmung auftritt, bewirkt ein Koinzidenzdetektor 126, daß ein bistabiles Kippglied 164 das Ausgangssignal auf einen niedrigen Wert einstellt. Das Ausgangssignal behält seinen niedrigen Wert bei, bis der Zähler 154 den Stand Null erreicht und sich zurückstellt, woraufhin das Ausgangssignal auf einen hohen Wert umgeschaltet wird, so daß ein Wellenzug entsteht. Die Periode dieses Wellenzuges ist gleich der Zählperiode des Zählers 154. Das Tastverhältnis (Einschaltzeit als Teil der gesamten Periode) ist proportional zum reziproken Wert der Drehzahl des Rades.

Von dem optischen Fühler 30 aus gelangt das Signal ferner zu dem Drehzahlrechner 62, der die Drehzahl des umlaufenden Rades 12 bestimmt und ebenfalls auf bekannte Weise ausgebildet ist. Von dem Drehzahlrechner 62 aus gelangt das Signal zu einem Drehzahlwächter 64, der dazu dient, die Leistungsaufnahme des Motors 18 zu regeln und den Motor abzuschalten, wenn die Drehzahl des Rades über dem Sollwert liegt. Auch der Drehzahlwächter 64 ist von bekannter Konstruktion. Das Signal des optischen Fühlers 30 wird weiterhin einem Aufwärts/Abwärts-Zähler 66 zugeführt, der auch Eingänge für die Signale des Überschneidungsdetektors 63

aufweist und dazu dient, die Lage der Unwucht in der betreffenden Ebene des Rades anzuzeigen. Wenn das analoge Signal die Spannung Null durchläuft, erzeugt der Detektor 63 einen Impuls, mittels dessen der Zähler 66 zurückgesetzt wird, wobei eine digitale Zahl an einem Stellungseichschalter eingestellt wird. Wenn sich danach die Zähne des Rades des optischen Fühlers in der Vorwärts- oder Rückwärtsrichtung an dem optischen Fühler vorbeibewegen, werden dem Zähler 66 additive oder subtraktive Zähleinheiten zugeführt, um die jeweilige Stellung des Rades gegenüber dem Nullpunktdurchgang zu erfassen. Wenn bei dem Eichschalter die richtige digitale Zahl eingestellt worden ist, ist es möglich, mit Hilfe des Bildschirms anzuzeigen, wo das Rad angeordnet sein müßte, um zu erreichen, daß sich die Unwucht in der tiefsten Totpunktstellung befindet. Im vorliegenden Fall geschieht dies beim Erreichen des Zählergebnisses 04. In diesem Zeitpunkt leuchtet auf dem Bildschirm 56 nur ein grünes Licht auf. Außerdem wird bei Zählergebnissen, die um 1 über oder unter dieser Zahl liegen, eine gelbe Lampe auf der betreffenden Seite der grünen Lampe eingeschaltet, um zu zeigen, in welcher Richtung das Rad gedreht werden muß, um die Unwucht in die untere Totpunktlage zu bringen. Bei Zählergebnissen, die weiter von 04 abweichen, werden auf der betreffenden Seite rote Anzeigelampen eingeschaltet. Die Zählergebnisse, bei denen die gelben, roten und grünen Lampen eingeschaltet werden, überlappen sich etwas, um der Bedienungsperson ein Gefühl dafür zu vermitteln, wie sie das Rad so schnell und genau wie möglich in die Totpunktlage bringen kann. Die hierzu dienende Schaltung ist als solche bekannt. Das Ergebnis wird auf einem Bildschirm 68 dargestellt.

Zwar wurde die elektronische Einrichtung 40 vorstehend bezüglich der Verwendung analoger Vorrichtungen beschrieben, doch sei bemerkt, daß man hierbei auch digitale Verfahren anwenden könnte, z.B. unter Benutzung von Mikroprozessoren

mit einem zugehörigen Speicher. Beim Gebrauch von Mikroprozessoren in Verbindung mit digitalen Verfahren würde es erforderlich sein, zusätzliche Abschirmungselemente vorzusehen, denn in der Umgebung, in welcher die erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zu benutzen wäre, würden zahlreiche elektrische Störungen zu erwarten sein. Jedoch fällt natürlich auch die Verwendung digitaler Hilfsmittel in den Bereich der Erfindung.

Das Verfahren und die Vorrichtung nach der Erfindung bieten zahlreiche Vorteile. Ein wichtiger Vorteil besteht darin, daß nicht mit einem Übertragungssystem bekannter Art gearbeitet wird, das nicht in jedem Fall zuverlässig ist, das einen komplizierten Aufbau hat und das hohe Kosten verursacht. Dadurch, daß das Rad 12 mit dem Reifen 14 direkt auf die Welle 16 aufgesetzt wird, läßt sich eine Verringerung der benötigten Bauteile erzielen. Gleichzeitig verbessert sich die Zuverlässigkeit, da keine sich abnutzenden Bauteile vorhanden sind. Im Gegensatz zu den bekannten Vorrichtungen, bei denen die Größe der Kraft und damit auch die Masse der Unwucht bei vorbestimmten Umlaufgeschwindigkeiten gemessen wird, ist es bei dem Verfahren und der Vorrichtung nach der Erfindung ferner möglich, eine Messung und Berechnung der Größe der Unwuchtkraft und damit auch der Masse der Unwucht kontinuierlich durchzuführen, während die Drehgeschwindigkeit des Rades 12 abnimmt. Unwuchtsignale, die während dieser sogenannten Freilaufperiode gewonnen werden, haben einen erheblich geringeren Gehalt an Störgeräuschen oder Fehlern, als es bei Vorrichtungen der Fall ist, bei denen die Signale bei vorbestimmten Drehgeschwindigkeiten gewonnen werden. Die Meßwerte werden über mehrere Umdrehungen ausgemittelt, wodurch die bei dem System auftretenden Fehler verkleinert werden.

Leerseite

Claims

Ansprüche

1.^Vorrichtung zum Ermitteln der Unwucht eines rotierenden Gegenstandes,?gekennzeichnet durch Einrichtungen (16, 17) zum Unterstützen des Gegenstandes (12), eine mit diesen Einrichtungen direkt gekuppelte Antriebseinrichtung (18) zum Beschleunigen des Gegenstandes, eine Einrichtung zum Unterbrechen der Zufuhr von Energie zu der Antriebseinrichtung sowie Kraftwandler (26) zum kontinuierlichen Messen der Größe der Unwucht des Gegenstandes, während die Drehgeschwindigkeit des Gegenstandes abnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Drehwinkelwandlereinrichtung (20) zum Ermitteln der Winkellage der Unwucht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine elektronische Einrichtung (40) zum Berechnen der Größe und der Winkellage der Unwucht unter Benutzung der Kraftwandler (26) und des Drehwinkelwandlers (20).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Darstellungseinrichtung (56) zum Darstellen der durch die elektronische Einrichtung (40) berechneten Werte.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Einrichtung (40) die Größe der Unwuchtkraft des Gegenstandes (12) nach jeder der folgenden Gleichungen berechnet:

Fl - ~ fa(P3 + F4) +

F2 - £ [<a ■+ c)(F3 + F4) +

wenn Fl die Größe der Unwuchtkraft des Gegenstandes auf der von der Antriebseinrichtung (18) abgewandten Seite bezeichnet,

F2 die Größe der Unwuchtkraft des Gegenstandes auf der der Antriebseinrichtung näher benachbarten Seite,

F3 die Größe der auf einen der Kraftwandler (26) wirkenden Kraft,

F4 die Größe der auf einen anderen der Kraftwandler wirkenden Kraft,

a den Abstand zwischen F4 und F2,

f den Abstand zwischen F3 und F4 und

c den Abstand zwischen F2 und Fl.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu der elektronischen Einrichtung Einrichtungen (62) zum Ermitteln der Geschwindigkeit des Gegenstandes gehören.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zu der elektronischen Einrichtung Einrichtungen zum Berechnen der Unwuchtmasse als Funktion der Drehgeschwindigkeit des Gegenstandes gehören.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Berechnung der Unwuchtmasse die Größe der Kraft durch die zum Quadrat erhobene Drehgeschwindigkeit und den Radius des Gegenstandes geteilt wird.

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9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehgeschwindigkeit des Gegenstandes auf der Basis von Signalen des Drehwinkelwandlers ermittelt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterstützungseinrichtung eine Welle (16, 17) ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Antriebseinrichtung ein Asynchronmotor (18) ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu der Kraftwandleranordnung mehrere Kraftwandler (27) gehören, die so angeordnet sind, daß sie die Antriebseinrichtung (18) unterstützen und die Größe der Unwucht des Gegenstandes (12) messen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß drei Kraftwandler vorhanden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftwandler so angeordnet sind, daß sich zwei der Kraftwandler (26a, 26b) auf einer Linie befinden, die im wesentlichen rechtwinklig zu den Unterstützungseinrichtungen (16, 17) unter der Antriebseinrichtung (18) verläuft und dem Gegenstand (12) näher benachbart ist als der dritte Kraftwandler (26c).

15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Drehwinkelwandler ein an der Antriebseinrichtung (18) befestigter drehbarer Verschluß (20) gehört und daß eine Fühleinrichtung (30) zum Erfassen der jeweiligen Stellung des Gegenstandes (12) vorhanden ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Gegenstand ein Kraftfahrzeugreifen (14) ist.

17. Verfahren zum Ermitteln der Unwucht eines um die Achse einer Welle rotierenden Gegenstandes, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle direkt mit einer Antriebseinrichtung zum Drehen des Gegenstandes gekuppelt wird, daß der Gegenstand auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt wird, daß die Zufuhr von Energie zu der Antriebseinrichtung unterbrochen wird und daß die Größe der Unwuchtkraft des Gegenstandes kontinuierlich gemessen wird, während die Geschwindigkeit des Gegenstandes abnimmt.

18. Verfahren nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkellage der Unwucht ermittelt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Größe und der Winkellage der Unwuchtkraft auf der Basis der Messung und der Winkellage der Unwucht erfolgt.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschwindigkeit des Gegenstandes ermittelt wird.

21. Verfahren nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch die Berechnung der Unwuchtmasse auf der Basis der Größe der Unwuchtkraft und der Geschwindigkeit des Gegenstandes.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß das Ergebnis der Berechnung der Unwuchtmasse optisch dargestellt wird.