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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Auswuchten von rotierenden Körpern,
insbesondere von Läufern elektrischer
Motoren.
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Insbesondere
bezieht sich die Erfindung auf das Auswuchten von rotierenden Körpern durch
Entfernen von Material von deren Randfläche in Abhängigkeit von Daten, die von
einer Messeinheit geliefert werden, welche die Menge und die Winkelposition der
Unwuchten feststellt, die in den unter rechtem Winkel zur Drehachse
der rotierenden Körper
angeordneten Wuchtebenen zu eliminieren sind.
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Die
gemessenen Daten werden an eine Arbeitseinheit der Vorrichtung gesendet,
die im Allgemeinen eine oder mehrere sich drehende Werkzeuge umfasst,
insbesondere Fräsen,
die betrieben werden, um die Materialentfernung in geeigneter Menge und
Position mithilfe von einer oder mehreren Fräsvorgängen in jeder Wuchtebene durchzuführen.
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Zum
Durchführen
der Auswuchtung von Läufern
bei elektrischen Motoren ist es notwendig, die Tatsache in Betracht
zu ziehen, dass sie aus plattenartigen Packungen mit radialen Segmenten
aufgebaut sind, welche um denselben Abstand voneinander beabstandet
sind, der die Gehäuseschlitze
der elektrischen Windungen trennt und an deren äußerem Ende Aufweitungen aufweisen,
die sich in einer Umfangsrichtung erstrecken und voneinander getrennt
sind. Die Materialentfernung zur Auswuchtung muss an diesen Aufweitungen
durchgeführt
werden, welche andererseits eine geringe Dicke besitzen, sodass
es nicht möglich
ist, mit dem Werkzeug zu tief in sie einzudringen, da ansonsten
die Aufweitungen selbst geschwächt
und die Wicklungen beschädigt werden.
Diese Einschränkung
wird besonders bei kleinen Motoren spürbar, wie z.B. Motoren für Haushaltsgeräte, elektrische
Werkzeuge und ähnliches. Da
die Unwuchtebene nicht immer mit der axialen Symmetrieebene der
Segmente zusammenfällt,
ist es nicht immer möglich,
mit den Werkzeugen in der Mitte der Aufweitungsbreite zu arbeiten,
wo die größte Materialmasse
vorhanden ist. Es ist dann notwendig, die Unwucht in zwei oder mehr
Komponenten in Richtungen aufzuteilen, die durch den zwischen den Aufweitungen
vorhandenen Abstand eingeschränkt sind,
um so die Materialentfernung auf die mittleren Bereichen von zwei
oder mehreren benachbarten Aufweitungen zu verteilen.
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Für den obigen
Zweck sind Auswuchtvorrichtungen bekannt, die mit zwei oder mehreren
Werkzeugen versehen sind, insbesondere mit Fräsen, die voneinander auf derselben
Drehwelle beabstandet sind, welche sich senkrecht zur Rotationsachse
des auszuwuchtenden Läufers
erstreckt, wobei der Abstand zwischen den Werkzeugen vom Abstand
der Läuferaufweitungen
abhängt
(DE-A-422 95 21).
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Die
Werkzeug tragende Welle ist in zueinander senkrechten Richtungen
und insbesondere im Wesentlichen tangential zum Läufer und
radial dazu beweglich, um zuerst die Werkzeuge unter der Aufweitungsfläche zu positionieren
und sie dann darin eindringen zu lassen. Des Weiteren ist die Welle
parallel zur Läuferachse
beweglich, um die Werkzeuge zur Materialentfernung vorwärts zu bewegen.
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Der
Läufer
wird so gelagert, dass er rotiert und vor den Werkzeugen an einer
Winkelposition befestigt werden kann, die der Unwucht oder der vektoriellen
Resultante der Unwucht entspricht.
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Die
Kombination der Positionierbewegungen der Werkzeug tragenden Welle
und des Läufers,
die automatisch auf der Vorrichtung des Stands der Technik ausgeführt werden, basiert
auf den von der Messeinheit erfassten Unwuchtdaten, und erlaubt
es den Werkzeugen und den Aufweitungen an eine solche gegenseitige
Position gebracht zu werden, dass vorbestimmte Materialmengen von
mehreren Aufweitungen entfernt werden können, wobei stets in der Mitte
der Aufweitungsbreite und auf solche Weise gearbeitet wird, dass
die Gesamtmenge des entfernten Materials der in der Unwuchtebene
zu entfernenden resultierenden Masse entspricht.
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Diese
Vorrichtungen, die die sogenannte vektorielle Fräsbearbeitung ausführen, erlauben
im Allgemeinen aufgrund des Vorhandenseins mehrerer Fräsen, die
gleichzeitig betrieben werden, schnelle Auswuchtvorgänge. Andererseits
kann in Abhängigkeit
von der Form der Läuferschlitze
ein Austauschen der Fräswerkzeuge
nötig sein,
und dies erfordert eine Verlangsamung der Bearbeitung.
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Obwohl
zudem die Bearbeitung gleichzeitig mit mehreren Werkzeugen durchgeführt werden kann,
erlaubt es die Einschränkung,
die durch die Tatsache auferlegt wird, dass es notwendig ist, in
der Mitte der Aufweitungen zu arbeiten, nicht immer, dass die Materialentfernungskapazität maximiert wird.
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Des
Weiteren ist es mit diesen Vorrichtungen schwierig, mögliche Bearbeitungsfehler
zu beseitigen, was zu einem Auswuchten führt, das nicht voll zufriedenstellend
ist oder das nicht innerhalb der Toleranzgrenzen liegt. In der Tat
erfordert eine zweite Fräsbearbeitung,
dass der zweite Schnitt genau dem ersten überlagert wird, da ansonsten
die Fräse
nicht nur das programmierte Material entfernt, sondern auch anderes
Material auf einer Seite der ersten Kerbe entfernt, und diese präzise Positionierung
ist sehr schwer zu erzielen. Wenn dementsprechend Werkstücke während eines
ersten Schnitts bereits gefräst wurden
und sie bei der Überprüfung nicht
innerhalb der Toleranzgrenzen liegen, kann eine Wiederherstellung
derselben kaum durch eine weitere Fräsbearbeitung erzielt werden.
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Es
sind auch Auswuchtungsvorrichtungen bekannt, die eine Fräse verwenden,
welche sich um eine Achse quer zur Achse des auszuwuchtenden Läufers dreht,
wobei die Fräse
die Form eines konkaven Kreisbogens eines Durchmessers aufweist,
der im Wesentlichen ebenso lang wie der Durchmesser des äußeren Umrisses
des Läufers
ist, sodass der Läufer
geometrisch in die Konkavität
der Fräse
passt.
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Der
Fräsumriss
der Fräse
umfasst im Allgemeinen mehrere Läuferaufweitungen,
sodass es möglich
ist, Material von mehreren benachbarten Aufweitungen gleichzeitig
und symmetrisch in Bezug auf die Unwuchtsebene zu entfernen.
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Dieses
die sogenannte polare Fräsbearbeitung
durchführende
System hat jedoch den Nachteil, dass es nicht sehr tief eindringen
kann, da das Werkzeug über
die gesamte Breite der Aufweitung arbeitet. Zusätzlich ist e für jeden
Läuferdurchmesser
in anderes Werkzeug notwendig. Schließlich sind Auswuchtvorrichtungen
bekannt, die so aufgebaut sind, dass sie sowohl eine vektorielle
Fräsbearbeitung
als auch eine polare Fräsbearbeitung
mit ein und demselben Werkzeug ausführen können (EP-A-0 836 087). Diese
Vorrichtungen benötigen
jedoch ein besonderes rotierendes Werkzeug, das in der Lage ist, Material
in zwei verschiedenen Richtungen auf der Aufweitungsfläche zu entfernen,
und zugehörige
Betätigungsmittel,
die in der Lage sind, das Werkzeug mit den einen vorbestimmten Winkel
bildenden Aufweitungen in Eingriff zu bringen und es während der vektoriellen
Fräsbearbeitung
vorwärts
zu bewegen. Die polare Fräsbearbeitung
wird hingegen durch Drehen des Läufers
durchgeführt.
Da der Läufer
unter dem vom Werkzeug ausgeübten
Kraftaufwand gedreht wird, ist es notwendig, ein geeignetes Läufereingriffssystem
bereitzustellen, in dem auf die Welle des Läufers selbst eingewirkt wird.
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Vor
dem Hintergrund dieser Situation hat die vorliegende Erfindung die
Aufgabe, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswuchten von rotierenden
Körpern
bereitzustellen, insbesondere von Läufern elektrischer Motoren,
die in der Lage sind, die oben beschriebenen Nachteile im Wesentlichen
zu überwinden.
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Insbesondere
ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Auswuchtverfahren und die
zugehörige Auswuchtvorrichtung
bereitzustellen, die im Wesentlichen die Notwendigkeit verringern,
das Werkzeug auszuwechseln, wenn es sich um das Auswuchten von Körpern verschiedener
Gestalt handelt, nämlich z.B.
in dem Fall von Läufern,
die unterschiedliche Schlitzgestaltungen oder unterschiedliche Durchmesser
besitzen.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Auswuchtverfahren und
eine Auswuchtvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage sind,
die Materialentfernungskapazität
unter Verwendung desselben Werkzeugs zu erhöhen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung
der oben beschriebenen Art bereitzustellen, die das Auswuchten von
bereits gefrästen
Stücken
ermöglicht,
die noch nicht in vorbestimmte Toleranzgrenzen fallen.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Auswuchtverfahren und
eine Auswuchtvorrichtung zu erzielen, die größtenteils bereits in bekannten Vorrichtungen
vorhandene Struktur- und Arbeitselemente verwenden kann, sodass
wichtige Änderungen
der Vorrichtungen selbst nicht nötig
sind.
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Diese
Aufgaben werden durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gelöst, wie
sie in den unabhängigen
Ansprüchen
1 bzw. 8 beansprucht werden. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
sind in den abhängigen
Ansprüchen
spezifiziert.
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Die
Erfindung wird nun in größerem Detail basierend
auf einer bevorzugten Ausführungsform davon
beschrieben, die mithilfe eines nicht einschränkenden Beispiels in den beigefügten Zeichnungen
dargestellt ist, wobei:
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1 eine
Seitenansicht einer Vorrichtung in Übereinstimmung mit der Erfindung
ist;
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2 eine
Vorderansicht des Abschnitts der Vorrichtung ist, wo die Auswuchtung
stattfindet;
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3 eine
Draufsicht desselben Abschnitts der Vorrichtung ist;
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4 eine
mögliche
Weise zur Ausführung der
Auswuchtung in Übereinstimmung
mit der Erfindung ist; und
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5 ein
Arbeitsdiagramm der Vorrichtung der Erfindung ist.
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen wird die Vorrichtung entsprechend der
Erfindung allgemein mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet.
Sie umfasst im Wesentlichen auf eine an sich bekannte Weise einen
Bearbeitungskopf 2, der auf einem Bett 3 angeordnet
ist und eine rotierende Welle 4 trägt, an welcher ein Bearbeitungswerkzeug,
z.B. eine Fräse 5 der
bekannten Art, angebracht ist.
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Die
Welle 4 dreht sich um eine horizontale Achse 6 und
wird von einem nicht gezeigten Motor in Drehung versetzt.
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Der
Kopf 2 ist durch Translation in zwei senkrechte Richtungen
A und B beweglich, die in der gezeigten Ausführungsform einer horizontalen
Richtung und einer vertikalen Richtung entsprechen, und zwar durch
Antriebsmittel der bekannten Art wie z.B. Elektromotoren, die diagrammatisch
mit 7 bzw. 8 in 5 bezeichnet
sind. Daher entsprechen diesen linearen Translationen des Kopfes 2 identische
lineare Translationen der Welle 4 und der Fräse 5.
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Die
Welle 4 und/oder der Kopf 2 sind zudem durch Translation
in einer Richtung senkrecht zur Ebene in 1 linear
beweglich, wobei die Richtung mit C in 2 bezeichnet
ist, und zwar auf eine an sich bekannte Weise durch einen Motor 9 (5).
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An
einer Position, die über
der Welle 4 und der Fräse 5 liegt,
umfasst die Vorrichtung 1 eine tragende Struktur 10,
im Wesentlichen in Form einer Brücke,
die geeignet ist, um einen sich drehenden Körper an Ort und Stelle zu halten,
insbesondere einen Läufer 11 eines
elektrischen Motors, der mit seiner Rotationsachse 12 senkrecht
zu den Richtungen A und B und parallel zur Richtung C gezeigt ist.
Der Läufer 11 wird
auf eine an sich bekannte Weise zwischen zwei Stegen 10a der
festen Struktur 10 und einem Druckarm 13 arretiert,
der wegbewegt werden kann, um es zu ermöglichen, dass der Läufer 11 eingesetzt
bzw. entfernt wird.
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Der
Läufer 11,
der eine Vielzahl von beabstandeten Segmenten 14 aufweist,
die Schlitze 15 zur Unterbringung von elektrischen Wicklungen
begrenzen und jeweilige Aufweitungen 16 besitzen, die Außenabschnitte
einer zylindrischen Oberfläche
bilden, kann in mehreren Winkelpositionen befestigt werden, die
den Positionen der Unwuchtsebenen entsprechen, in welchen die Materialentfernung
zu Auswuchtzwecken durchgeführt
werden muss, wie dem Fachmann wohlbekannt ist. Die Winkelpositionierung
des Läufers 11 wird
durch eine Positionierungsvorrichtung 17 der bekannten
Art erzielt, welche daher nicht im Detail beschrieben wird. Diese
Positionierungsvorrichtung wird in Abhängigkeit von den Unwuchtsdaten
angetrieben, die von einer geeigneten Messeinheit 18 (5)
erfasst und von einer zentralen Verarbeitungs- und Kontrolleinheit 19 verarbeitet
werden, um so den Läufer 11 auf
präzise Weise
automatisch an der erforderlichen Winkelposition zu positionieren,
an der er von den bereits beschriebenen Mitteln 10a und 13 festgehalten
wird.
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Die
Vorrichtung 1, die mit einem Fräswerkzeug 5 versehen
ist, ist geeignet, um eine vektorielle Fräsbearbeitung an einer axialen
Unwuchtsebene durchzuführen,
was die Fräse 5 veranlasst,
in den mittleren Bereich der Aufweitungen 16 des Läufers 11 in
einer im Wesentlichen radialen Richtung B einzudringen, und die
Fräse 5 geeignet
in der Richtung C sich vorwärts
bewegen lässt,
die parallel zur Achse 12 des Läufers 11 ist, um so
Material entlang einer vorbestimmten longitudinalen Länge der
Aufweitungen 16 zu entfernen und eine entsprechende Furche 20 in
den betreffenden Aufweitungen einzubringen. Eine ähnliche
Furche wird auf an sich bekannte Weise in denselben Aufweitungen 16 an
einer symmetrischen Position in Bezug auf die quer liegende Mittelebene
des Läufers 11 in
der anderen Auswuchtungsebene eingebracht.
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Die
linearen Translationsverschiebungen der Welle 4 in den
Richtungen A, B und c werden von einer zentralen Kontrolleinheit 19 gesteuert,
die diagrammatisch in 5 gezeigt ist, und zwar entsprechend
der erforderlichen Position, Tiefe und Länge der Materialentfernung,
die von der Einheit 19 in Abhängigkeit von den von der Messeinheit 18 kommenden
Unwuchtsdaten berechnet wird.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der Erfindung ist die Vorrichtung 1 auch
in der Lage, eine polare Fräsbearbeitung
durchzuführen,
ohne die Fräse 5 zu
wechseln. In der Tat ist ein Mittel vorgesehen, das geeignet ist,
die Fräse 5 eine
Translation entlang einer gebogenen Arbeitstrajektorie 21 in
einer Ebene quer zur Rotationsachse 12 des Läufers 11 durchführen zu
lassen, insbesondere eine Trajektorie in Form eines Umfangsbogens,
dessen Mittelpunkt sich in der Unwuchtsebene befindet und der im
Wesentlichen konzentrisch mit der Achse 12 des Läufers 11 ist,
um die Materialentfernung im Wesentlichen in der Umfangsrichtung
von einer oder mehreren Aufweitungen 16 des Läufers 11 durchzuführen, wie
von dem zweiköpfigen
Pfeil in 4 gezeigt.
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Diese
Translation wird durch geeignetes Arrangieren der linearen Translationen
A und B erhalten, in einer von beiden Richtungen, und dadurch, dass
zu jedem Zeitpunkt die Geschwindigkeit und die Drehrichtung jedes
der Motoren 7 und 8 durch Geschwindigkeits- und
Richtungseinstellmittel 22 gesteuert werden, die von der
Zentraleinheit 19 betrieben werden, wie es aus dem Diagramm
in 5 ersichtlich wird. In anderen Worten werden die
Geschwindigkeit und die Drehrichtung jedes der Motoren 7 und 8 instantan
und gleichzeitig gesteuert, um dem sich drehenden Werkzeug oder
der Fräse 5 eine Verschiebung
entsprechend einer Kurve zu verleihen, entlang derer die Schneidkante
des Werkzeugs die erforderliche Materialentfernung in einer Menge und
Position vornimmt, um die Auswuchtung des Läufers 11 zu erreichen.
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Daher
wird in Übereinstimmung
mit der Erfindung ein Auswuchtverfahren erzielt, bei dem ein Werkzeug, insbesondere
eine zum Durchführen
einer vektoriellen Fräsbearbeitung
fähige
Fräse 5,
zusätzlich
veranlasst wird, sich entlang einer gebogenen Arbeitstrajektorie 21 zu
bewegen, insbesondere in Form eines Umfangsbogens, dessen Mitte
in der Unwuchtsebene liegt, die durch die Rotationsachse 12 des
auszuwuchtenden Läufers 1 führt, und
in Eingriff mit dem Läufer 1 selbst,
um eine Materialentfernung im Wesentlichen in einer Umfangsrichtung
von Oberflächenabschnitten
des Läufers 11 durchzuführen. Insbesondere
kann die Trajektorie 21 solcher Natur sein, dass der Schnittumriss 5a der
Fräse 5 sich
auf einem Umfangsbogen bewegt, der mit der Rotationsachse 12 des
Läufers 11 konzentrisch
ist und einen geringfügig
kleineren Radius als der von den Aufweitungen 16 gebildete
Außenumfang
besitzt, um so eine umlaufende Furche 23 konstanter Tiefe über die
gesamte Breite einer oder mehrerer Aufweitungen 16 zu bilden.
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Die
Merkmale der umlaufenden Furche(n) 23 und die Anzahl der
von den Furchen betroffenen Aufweitungen 16 werden von
der zentralen Kontrolleinheit 19 basierend auf den durch
die Messeinheit 18 gemessenen Unwuchtsdaten festgestellt.
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Die
Materialentfernung durch polare Fräsbearbeitung wird vorteilhafterweise
nach der Materialentfernung durch vektorielle Fräsbearbeitung durchgeführt, jedoch
ist es auch möglich,
auf die umgekehrte Weise zu arbeiten. Der Fall eines Werkzeugs oder
einer Fräse 5 wurde
hier beschrieben, jedoch ist es auch möglich, mehr als ein Werkzeug,
z.B. zwei Fräsen 5,
zu verwenden, die voneinander um einen Betrag beabstandet sind,
der im Wesentlichen dem Abstand der Segmente 14 oder einem
Vielfachen dieses Abstands entspricht. In diesem Fall wird zum Durchführen der
umlaufenden Furchen 23 eine Fräse 5 für die Materialentfernung
in einer Richtung entlang einer Arbeitstrajektorie 21 angetrieben,
während
die andere Fräse 5 zur
Materialentfernung in die entgegengesetzte Richtung entlang derselben
Trajektorie angetrieben wird.
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Die
Erfindung erzielt wichtige Vorteile.
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Zuerst
kann sowohl die vektorielle Fräsbearbeitung
als auch die polare Fräsbearbeitung
ohne Werkzeugwechsel und ohne Verwendung spezieller Werkzeuge durchgeführt werden,
da im Wesentlichen Fräsen 5 der
herkömmlichen
Art eingesetzt werden können.
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Selbst
wenn das Auswuchten von rotierenden Körpern unterschiedlicher Durchmesser
durchgeführt
werden soll, ist ein Werkzeugwechsel nicht erforderlich, da die
Arbeitstrajektorie 21 des Werkzeugs stets an den Außenumfang
dieser Körper
angepasst werden kann.
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Zusätzlich müssen bekannte
Auswuchtungsvorrichtungen, die für
die vektorielle Fräsbearbeitung geeignet
sind, im Wesentlichen nicht modifiziert werden, sondern es ist ausreichend,
sie mit geeigneten Mitteln zur Einstellung der Geschwindigkeit und
der Drehrichtung der Motoren auszustatten, die die horizontale und
vertikale Translation der Werkzeug tragenden Welle ausführen, sodass
das Werkzeug oder die Werkzeuge in der Lage sein werden, eine zusammengesetzte
Bewegung auszuführen,
die zu einer gebogenen Trajektorie führt.
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Auch
kann die Befestigungs- und Positionierstruktur des Läufers einer
an sich bekanten Art sein und ein spezielles Einspannen des Läufers ist
nicht erforderlich.
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Aufgrund
der Möglichkeit,
eine polare Fräsbearbeitung
auf vektoriell gefrästen
Werkstücken durchzuführen, kann
die Wiederherstellung von Werkstücken
erzielt werden, die bereits einer vektoriellen Fräsbearbeitung
unterzogen wurden, jedoch nicht innerhalb der Toleranzgrenzen liegen, da
mit der zusätzlichen
polaren Fräsbearbeitung
in Übereinstimmung
mit der Erfindung die Werkstücke
in den vorgeschriebenen Toleranzbereichen zurückgebracht werden können, ohne
eine zweite vektorielle Fräsbearbeitung
in denselben Furchen durchzuführen,
was, wie eingangs gesagt, kaum das erwünschte Ergebnis liefern würde.
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Die
Möglichkeit,
die polare Fräsbearbeitung mit
denselben Fräsen
durchzuführen,
die bereits für die
vektorielle Fräsbearbeitung
am selben Läufer
eingesetzt wurden, ermöglicht
es, dass die Kapazität
zur Materialentfernung erhöht
wird und die vektorielle Fräsbearbeitung
verbessert wird, sodass das Auswuchtungsergebnis optimiert wird
und die Anzahl der Werkstücke,
die nicht in den Toleranzgrenzen liegen und daher verworfen werden
sollten, stark reduziert wird.
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Vorteilhafterweise
kann die polare Fräsbearbeitung
lediglich auf einen Teil der Breite der individuellen Aufweitungen 16 eingeschränkt werden
oder sie kann auf nicht symmetrische Weise auf durchgehenden Aufweitungen
durchgeführt
werden, in Abhängigkeit
der Erfordernisse, die aus der Position der Unwuchtsebene resultieren,
und in Abhängigkeit
der Notwendigkeit, enge Auswuchttoleranzen zu erzielen.
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Das
Erreichen der polaren Fräsbearbeitungen
unterschiedlicher Tiefe in benachbarten Aufweitungen 16 wäre auch
möglich,
indem die Arbeitstrajektorie des Werkzeugs oder der Werkzeuge geeignet
gesteuert wird. Insbesondere könnte
die Tiefe der umlaufenden Furchen 23 progressiv zur Außenseite des
Unwuchtsbereichs abnehmen, indem der Bearbeitungsumriss des Werkzeugs
entsprechend eines Umfangsbogens mit einem größeren Radius als jenem des äußeren Umrisses
der Aufweitungen 16 bewegt wird.