DE3313568A1

DE3313568A1 - Verfahren zum auswuchten mechanischer teile

Info

Publication number: DE3313568A1
Application number: DE19833313568
Authority: DE
Inventors: William P. 43613 Toledo Ohio Ellis jr.
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 1982-04-26
Filing date: 1983-04-14
Publication date: 1983-10-27
Also published as: GB8310832D0; FR2525768B1; GB2119063B; CA1208041A; JPS58200832A; FR2525768A1; MX163996B; GB2119063A

Description

Patentanwälte

Dr. rer. net. Thomas Berendt Dr.-In?. Ke^s Lcyh

Innere VV;.-or :" .'r. SO - D G^CS Γ.ϊΓίΓ.Γ'^η 80

Unser Zeichen: A 14 Lh/fi

Dana Corporation
4500 Dorr Street
Toledo, Ohio, U.S.A.

Verfahren zum Auswuchten mechanischer Teile

A 14 649 Dana Corp.

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten mechanischer Teile und insbesondere ein Verfahren zum Auswuchten drehbarer mechanischer Teile, z.B. Antriebswellen von Fahrzeugen.

Es ist oft vorteilhaft, bestimmte Teile mechanischer Mechanismen auszuwuchten, um eine Schwingung dieser Teile zu vermeiden oder zu reduzieren. Dies gilt besonders für drehbare Teile, wie z.B. Rotoren oder Antriebswellen.

Es ist bereits eine Anzahl von Verfahren und Vorrichtungen zum Auswuchten mechanischer Komponenten vorgeschlagen worden. Beispielsweise wird an dem mechanischen Teil, z.B. dem Rotor, ein flüssiges Auswuchtmaterial angebracht, das sich schnell verfestigt. Das flüssige Auswuchtmaterial kann ein geschmolzenes Metall, ein Harz, ein Klebstoff oder ein Kunststoffmaterial sein. Bei einer anderen Auswuchtvorrichtung wird ein geschmolzenes oder ein festes Auswuchtmaterial benutzt, das mit relativ hoher Geschwindigkeit auf einen Rotor aufgespritzt wird. Bei einem weiteren Auswuchtapparat wird ein Kunststoffmaterial verwendet, das verflüssigt und auf die Oberfläche des Rotors aufgeschmolzen wird.

Eine häufig verwendete Methode zum Auswuchten von Antriebselementen von Fahrzeugen besteht darin, an bestimmten Stellen, längs der Antriebswelle Stücke von Metall aufzuschweißen. Bei dieser Methode wird jedoch einerseits ein relativ großes Gewicht noch an der Antriebswelle angebracht und andererseits wird durch das Schweißen die MikroStruktur des Wellenmaterials in lokalen Bereichen verändert. In diesen Bereichen können Spannungs- oder Beanspruchungsspitzen entstehen und sie haben einen nachteiligen Einfluß auf die Lebensdauer der Antriebswelle. Die mikrostrukturellen Änderungen im Metall als Folge des Schweißvorganges sind besonders bei Antriebswellen aus Aluminium nachteilig.

Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zum Ajswuchten einer mechanischen Komponente, z.B. der Antriebswelle eines Fahrzeuges. Das nach der Erfindung verwendete Auswuchtmaterial besteht aus einem Polymer-Träger mit einem partikelförmigen oder körnigen Material, dessen Dichte größer ist als die des Polymer-Trägermaterials und das in dem Trägermaterial verteilt ist.

Vorzugsweise enthält das Auswuchtmaterial Metall partikel, z.B. Stahlkörner oder Bleikörner, die in dem Polymer-Trägermaterial verteilt sind, welches z.B. ein Klebstoff sein kann, der ein thermoplastisches oder ein wärmehärtendes Harz enthalten kann, das beispielsweise ein Epoxyharz, ein Vinylharz, ein Phenol formaldehydharz, ein Acrylnitril-Butadienstyrolcopolymer o.dgl. sein kann. Das Auswuchtmaterial, das auf beliebige unterschiedliche Teile aufgebracht werden kann, eignet sich besonders zum Auswuchten mechanischer Teile, z.B. aus Aluminium, da keine Schweißvorgänge erforderlich sind.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren werden wenigstens drei unterschiedliche Auswuchtmaterialien verwendet.

In der ersten Ausführungsform ist das Material flüssig und es enthält eine Dispersion von Metallpartikeln in einem aushärtbaren flüssigen Polymer-Träger, z.B. einem Epoxyharz. Es wird dann eine vorgegebene Menge des flüssigen Auswuchtmaterials nach der Zugabe eines Härters, falls erforderlich, auf die gewünschten Stellen auf der Antriebswelle aufgebracht und das Polymer-Trägermaterial ausgehärtet. Obwohl ein flüssiges Epoxy-Polymer unter Umgebungstemperaturen ausgehärtet werden kann, ist es zweckmäßig, Wärme zu verwenden, beispielsweise eine Ultraviolett-Quelle oder ein Induktionsgerät, um die Aushärterate und damit die Rate, mit der das Auswuchtmaterial aufgebracht werden kann, 2u erhöhen.

Nach einer zweiten Ausführungsform besteht das Auswuchtmaterial eus einem Gemisch aus einem pulverförmigen Polymer-Träger, z.B. Phenol formaldehydharz und Metallpartikeln. Das Gemisch kann auf eine Antriebswelle aufge-

bracht werden, die auf eine relativ niedrige Temperatur, z.B. 15O⁰C, erwärmt worden ist, bei welcher das Polymer-Trägermaterial aushärtet, oder es kann auf die Welle aufgebracht und in Kontakt mit ihr gehalten und dann, beispielsweise mittels eines Induktions-Heizgerätes, erwärmt werden., wodurch das Gemisch auf der Welle ausgehärtet wird.

Bei der dritten Ausführungsform besteht das Auswuchtmaterial aus einer Vielzahl von Meta 11 partikel η, die einzeln in einem Polymer-Trägermaterial eingekapselt sind. Die eingekapselten Metallpartikel können, wenn das Trägermaterial aushärtet, auf die Welle aufgebracht und in Kontakt mit ihr gehalten werden während Wärme zugeführt wird, beispielsweise von einem Induktions-Heizgerät, um das Trägermaterial mit den in ihm verteilten Partikeln auf der Oberfläche der Antriebswelle auszuhärten. Wenn das Trägermaterial thermoplastisch ist, kann Wärme zugeführt werden, um es zu erweichen, worauf das Trägermaterial abkühlen gelassen wird, zur Wiederverfestigung auf der Oberfläche der Welle.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert, in der

Fig. 1 schematisch eine Vorrichtung zum Aufbringen eines Auswuchtmaterials auf ein drehbares Teil zeigt.

Fig. 2 zeigt vergrößert im Schnitt das drehbare Teil nach Fig. 1, an dessen äußerer Oberfläche das Auswuchtmaterial anhaftet.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Vorrichtung 10 zum Aufbringen eines Auswuchtmaterials 12 auf ein drehbares Teil, z.B. eine Kardanwelle oder Antriebswelle 14. Obwohl in der Zeichnung nicht dargestellt, kann die Vorrichtung 10 Mittel aufweisen zum Lagern und Drehen der Antriebswelle um ihre Längsachse. Die Vorrichtung 10 umfaßt ferner einen Material behälter zum Halten eines Vorrats von Auswuchtmaterial 12. Der Behälter 16 hat einen unteren Auslaß 18, durch den das Auswuchtmaterial zu einem inneren Kanal geführt wird, der in einem Meßrohr 22 ausgebildet ist. Ein langgestreckter Meßstab 24 ist selektiv axial beweglich in dem Kanal 20 angeordnet, um das

Aufbringen des Auswuchtmaterials 12 auf die Antriebswelle 14 durch einen Auslaß 26 hindurch zu kontrollieren bzw. zu steuern. Das Ende des Meßrohres 22, das an den Auslaß 26 angrenzt, ist so geformt, daß es mit der Antriebswelle 14 eine Kugelsegmentform 28 bildet. Die Form 28 kann benutzt werden, um das Auswuchtmaterial auf der äußeren Oberfläche der Antriebswelle 14 während des Aushärtens zu halten.

Die Auswuchtvorrichtung 10 kann ferner einen Schwingungsdetektor 30 aufweisen, der die Schwingung der rotierenden Antriebswelle 14 mißt, um die Stellen zum Anbringen des Auswuchtmaterials 22 zu bestimmen. Die Kupplung zwischen der Antriebswelle 14 und dem Schwingungsdetektor 30 ist in Fig. durch die gestrichelte Linie 32 dargestellt. Der Schwingungsdetektor 30 erzeugt ein Signal, das die Stärke der festgestellten Schwingung darstellt, und dieses Signal wird über eine Leitung 34 an eine Steuerung 36 für den Meßstab gegeben. Die Steuerung 36 benutzt dieses Signal, um die Menge an Auswuchtmaterial 12 zu bestimmen, die auf die Außenfläche der Antriebswelle 14 aufzubringen ist. Die Steuerung 36 ist mechanisch angekoppelt, um die axiale Bewegung des Meßstabes 24 in dem Meßrohr 22 zu steuern. Diese mechanische Kopplung ist in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie 38 dargestellt. Wenn eine vorgegebene Menge an Auswuchtmaterial auf die Welle aufgebracht werden soll, wird durch die Steuerung 36 die Spitze des Meßstabes 24 hinter den Auslaß 18 zurückgezogen, damit eine bestimmte Menge des Materials in den Kanal 20 fließen bzw. eintreten kann. Danach wird der Stab 24 vorwärtsbewegt, um das Material 12 in die Form 28 und in Kontakt mit der Antriebswelle 14 zu drücken. Obwohl nicht dargestellt, können Einrichtungen vorgesehen sein, um die Antriebswelle 14 automatisch auszurichten, damit das Auswuchtmaterial an den ausgewählten Ste-len auf der Welle aufgebracht wird.

Obwohl das Auswuchtmaterial 12 nach der Erfindung ein Polymer-Trägermaterial sein kann, das auf der Oberfläche der Welle 14 unter Umgebungsbedingungen aushärtet, wird vorzugsweise Wärme aufgebracht, um die Aushärterate des Materials zu steigern, d.h. die Aushärtezeit zu reduzieren. Ein Beispiel einerWärmequelle ist in Fig. 1 gezeigt, in Form eines Heizringes 40, der die Form 28 am Ausgang des Meßrohres 22 umschließt und Wärme durch Induktion er-

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zeugt. Der Heizring 40 ist an eine Steuerung 42 über eine Leitung 44 angeschlossen. Die Heizringsteuerung 42 steuert die Zufuhr von Energie an den Heizring 40, um die Aushärterate des Materials auf der Welle 14 zu regulieren.

Ein anderes Beispiel einer Energiequelle, die verwendet werden kann, ist in Fig. 1 in Form einer Ultraviolett-Lichtquelle 46 dargestellt, die nahe der äußeren Oberfläche der Antriebswelle 14 angeordnet und an eine Steuerung 48 angeschlossen ist. Nachdem das Auswuchtmaterial auf die Welle 14 aufgebracht worden ist, kann die Welle gedreht werden, um das Material in den Strahl des ultravioletten Lichtes zu bringen, wodurch das Material durch das Licht ausgehärtet werden kann.

Das Auswuchtmaterial nach der Erfindung umfaßt ein Trägermaterial, z.B. eine Klebstoffzusammensetzung und ein partikelförmiges Material mit einer Dichte, die höher ist als die der Klebstoffzusammensetzung und das in der letzteren verteilt ist. Die Klebstoffzusammensetzung kann ein thermoplastisches oder ein wärmehärtendes Harz enthalten, das beispielsweise ein Epoxyharz, ein Vinylharz, ein Phenol formaldehydharz, ein Acrylnitri!butadien -Styrolcopolymer oder ein ähnliches Material sein kann, das als Trägermaterial verwendbar ist und an dem auszuwuchtenden Teil haftet. Die Klebstoffzusammensetzung kann pulverförmig oder flüssig sein, wobei das darin verteilte partikelförmige Material höherer Dichte vorzugsweise aus Metallpartikeln besteht. Wie Fig. 2 zeigt, besteht das ausgehärtete Auswuchtmaterial 12 aus einer festen oder elastomeren Zusammensetzung 50, die eine Vielzahl von in ihr verteilten Metallpartikeln 52 enthält. Das Material 50 haftet an der Oberfläche des Teiles 14. Nachstehend werden einige Beispiele von erfindungsgemäß verwendbaren Auswuchtmaterialien gegeben.

Ein Auswuchtmaterial kann ein flüssiges Klebmittel mit darin verteilten Metallpartikeln sein. Obwohl die flüssige Zusammensetzung ein Klebmittel sein kann₉ das unter Umgebungsbedingungen aushärtet, wird die Aushärtung vorzugsweise durch die Zufuhr von Wärme oder Licht mittels einer geeigneten Quelle beschleunigt. Ein Beispiel eines flüssigen Klebmittels, das mittels

ultraviolettem Licht ausgehärtet werden kann, wird von der Firma Loctite Corporation hergestellt, unter dem Warennamen "Speedbonder" vertrieben . Ein anderes Klebmittel, das durch eine Ultraviolettquelle ausgehärtet werden kann, wird von der 3M Corporation unter der Bezeichnung "Klebstoff 3190" vertrieben.

Das Auswuchtmaterial kann auch ein Gemisch aus Metallpartikeln mit einem Klebstoff sein, der zunächst in Form eines Pulvers vorliegt. Der pulverförmige Klebstoff kann ein wärmehärtendes oder ein thermoplastisches Harz sein, weshalb eine äußere Wärmequelle benutzt wird, um das Material auf der Antriebswelle auszuhärten, wenn es wärmehärtend ist, ode" um es auf der Antriebswelle zu erweichen, wenn es thermoplastisch ist. Im letzteren Fall wird die Wärmezufuhr abgestellt, nachdem das Material erweicht ist, so daß es danach abkühlen und auf der Welle wieder fest werden kann. Ein Beispiel eines solchen pulverförmigen Klebstoffes wird von der Polymer Corporation unter dem Warennamen "Corvel" vertrieben.

Schließlich kann das Auswuchtmaterial aus Metallpartikeln bestehen, die individuell in eine Klebstoffzusammensetzung eingekapselt sind. Die Umkapselten Metallpartikel können auf die Oberfläche der Antriebswelle 14 mittels der Form 28 aufgebracht und in Kontakt mit ihr gehalten werden, während der Heizring 40 aktiviert wird, um das Material auf der Welle auszuhärten, wenn das Klebmittel wärmehärtend ist, oder um es zu erweichen, wenn das Klebmittel thermoplastisch ist. Im letzteren Fall wird die Wärmezufuhr nach dem Erweichen unterbrochen, so daß das Klebmittel auf der Welle sich verfestigen kann.

Beispiele von Auswuchtmaterialien, die bei der Durchführung der Erfindung verwendet werden können, sind in der nachfolgenden Tabelle A zur Erläuterung, jedoch nicht beschränkend, aufgeführt.

-r-

Tabelle A

	Auswucht	Zusammensetzung	Bl ei körner Nr. 7 1/2	Klebmittel	Menge
Beispiel	material	Partikeiförmiges Material			gleiche Menge (Volumen)
			50 g	Waren bezeichnung	gleiche Menge
	Körner in flüssiger Dispersion	Stahl körner Nr. 7 1/2		Speed- bonder	gleiche Menge
1	Körner in flüssiger Dispersion	50 g	50 g	Speed- bonder	gleiche Menge
2	Körner in flüssiger Dispersion			3M #3190	2-fache Menge
3	Körner in flüssiger Dispersion	50 g	50 g	3M #3190	2-fache Menge
4	pulverförmige Mischung			Corvel	überzug dicke 0,75 mm
5	pulverförmige Mischung	50 g	50 g	Corvel	überzug dicke 0,75 mm
6	überzogene Metall- partikel			Corvel
7	überzogene Metall- partikel	50 g	Corvel
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Obwohl die obigen Beispiele eine Klebstoffzusammensetzung mit darin verteilten MetalTpartikein zeigt, ist darauf hinzuweisen, daß auch andere partikelförmige Materialien außer Metall verwendet werden können. Die einzige

Forderung ist, daß das dem Klebmittel zugegebene Material eine höhere Dichte als die des Klebmittels hat und daß es gegenüber diesem inert ist. Es können z.B. partikelförmige Kieselerde, Aluminium oder Zirkonerde verwendet werden.

Die Größe und die Anteile des partikelförmigen Materials können von Anwendungsfall zu Anwendungsfall variieren. Beispielsweise haben Körner Hr. 7 1/2 einen nominellen Durchmesser von etwa 2,5 mm. Ferner ist der Gewichtsanteil der Metallpartikel, die mit der Klebstoffzusammensetzung gemischt werden, begrenzt durch die Gesamtgröße dieser Partikel. Die nachfolgenden Tabellen B und C geben den Bereich der Partikelgröße und den Anteil des partikelförmigen Materials in Gewichts-Prozenten an.

Tabelle B

Partikelgröße
(nomineller Durchmesser für eine Kugel gleichen Volumens)

verwendbar 2,0 mm bis 3,0 mm bevorzugt 2,25 mm bis 2,8 mm optimal 2.4 mm bis 2,65 mm

Tabelle C

Gewichts-Prozente
Partikelförmiges Material Klebmittel

verwendbar 90% bis 94 % 6% bis

bevorzugt 90,5% bis 93,5% 6,5% bis 9,5 %

optimal 91% bis 93% 7% bis 9%

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren zum Auswuchten eines mechanischen Teils mit einem Auswuchtmaterial, das aus einer Klebmittelverbindjng und einem Material besteht, das eine höhere Dichte als das Klebmittel hat und in

dem letzteren verteilt ist. Ein solches Auswuchtmaterial hat mehrere Vorteile. Es heftet z.B. an sehr vielen Materialien. Es eignet sich z.B. zum Auswuchten von Antriebselementen aus Aluminium. Da außerdem keine Schweißvorgänge erforderlich sind, kann das Material an einem metallischen Teil angebracht werden, ohne schädliche mikrostrukturelle Veränderungen in dem Teil zu verursachen· Dies ermöglicht es, das Auswuchtmaterial an Stellen des auszuwuchtenden Teils anzubringen, die bisher wegen der metallurgischen Veränderungen und der Reduzierung der Lebensdauer als nicht akzeptabel angesehen wurden. Ferner, da ein Material mit höherer Dichte dem Klebstoff zugegeben wird, hat das resultierende Auswuchtmaterial eine durchschnittliche Gesamtdichtes die größer ist als bei einem Auswuchtmaterial, das nur aus einer Klebstoffverbindung besteht. Es ist somit weniger Auswuchtmaterial erforderlich, um ein gegebenes Ausgleichsgewicht zu erreichen.

Leerseite

Claims

A 14 649 Dana Corp.

Patentansprüche

ι" 1./' Verfahren zum Auswuchten eines mechanischen Teils, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine ausgewählte Stelle an dem mechanischen Teil eine vorgegebene Menge eines Auswuchtmaterials aufgebracht wird, das besteht aus einem Klebmittel, das in einen festen oder elastomeren Zustand überführbar ist, sowie aus einem in dem Klebmittel verteilten partikelförmigen Material, dessen Dichte höher ist als die des Klebmittels, und daß das Auswuchtmaterial auf dem mechanischen Teil in einen festen oder elastomeren Zustand umgewandelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebmittel mit dem partikelförmigen Material gemischt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebmittel aus einem wärmehärtenden Harz besteht und daß die Zusammensetzung erwärmt wird, um das Auswuchtmaterial in einen festen oder elastomeren Zustand zu überführen.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aushärtung mittels ultraviolettem Licht erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwärmung induktiv erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebmittelzusammensetzung ein thermoplastisches Harz ist und daß sie erwärmt wird, um das Auswuchtmaterial auf dem mechanischen Teil zu erweichen,, worauf die Wärmezufuhr abgestellt wird, so daß das Auswuchtmaterial auf dem Teil sich verfestigen kann.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebmittel mit einem partikelförmigen Material gemischt wird, das Metallpartikel enthält.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Metall partikel eine Größe im Bereich von 2,4 bis 2,65 mm haben.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Klebmittel mit partikelförmigern Material, insbesondere Partikeln aus Metall, gemischt wird, und daß der Anteil des partikelförmigen Materials 91% bis 93% des Gewichtes des Auswuchtmaterials beträgt.
10. Mechanisches Teil, das im Betrieb um eine Achse umläuft und mit an ihm angebrachten Auswuchtmitteln versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswuchtmittel eine feste oder elastomere Masse aus einer Klebmittelzusammensetzung und einem partikelförmigen Material aufweisen, dessen Dichte größer ist als die des Klebmittels, in welchem es verteilt ist.
11. Mechanisches Teil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Klebmittel zusammensetzung ein wärmehärtendes Harz enthält.
12. Mechanisches Teil nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Klebmittel zusammensetzung ein thermoplastisches Harz enthält.
13. Mechanisches Teil nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß das partikeiförmige Material Metall partikel enthält.
14. Mechanisches Teil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Anteil der Metallpartikel 91-93% des Gewichtes des Ausgleichsmaterials beträgt.
15. Mechanisches Teil nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpartikel eine Partikelgröße im Bereich von 2,4 - 2,65 mm aufweisen.
16. Mechanisches Teil nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallpartikel Stahlkörner oder Bleikörner sind.