DE3335336C2 - Vorrichtung zum Ausrichten einer Antriebswelle mit einer Abtriebswelle, die über eine Kupplung mit der Antriebswelle verbunden werden soll - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aus­ richten einer Antriebswelle mit einer Abtriebswelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine solche Vorrichtung ist aus der US 41 61 068 bekannt. Diese Vorrichtung liefert eine Versatzin­ formation unter Verwendung von Meßlatten mit Mikro­ meterableseschiebern, um einen Winkelversatz zu ermitteln. Die Verwendung von Meßlatten mit Mikro­ meterableseschiebern ist aufwendig und birgt die Gefahr in sich, daß sich diese Werkzeuge verformen.

Die US 39 01 604 zeigt eine Meßvorrichtung zum Ausrichten von Rädern mit Hilfe einer eindimensio­ nalen Meßanordnung, bestehend aus einem Lichtsender und einem Lichtempfänger. Der Lichtempfänger weist spitz aufeinander zulaufende Blenden auf, so daß die empfangene Lichtmenge ein Maximum annimmt, wenn der Lichtstrahl zwischen den beiden Blenden auf­ trifft. Die DE-OS 27 27 420 offenbart Meßeinrich­ tungen zum Messen von Sturz und Spur bei Kraftfahr­ zeugen. Zum Messen des Sturzes wird die vertikale Radlage gemessen, zur Spurmessung erfolgt die Messung der horizontalen Radlage. Hierzu sind se­ parate Einrichtungen zum Messen des Sturzes einer­ seits und der Spur andererseits vorgesehen.

Die DE-OS 27 42 247 zeigt eine Meßanordnung, bei der ein Projektor ein kreuzförmiges Muster aussen­ det, welches von zwei getrennten linearen Sensoren abgetastet wird. Das Ausrichten von Wellen, die möglicherweise parallel zueinander vertikal und/oder horizontal versetzt sind und zudem einen Winkelversatz aufweisen, ist mit dieser bekannten Anordnung nicht möglich.

Aus der DE-OS 28 50 576 ist eine Anordnung bekannt, bei der ein von einem Lichtsender abgegebener Lichtstrahl von einem ersten Empfänger empfangen wird, wenn in eine bestimmte Orientierung zueinan­ der zu bringende Maschinenteile richtig ausgerich­ tet sind, während der Lichtstrahl von einem zweiten Empfänger empfangen wird, wenn die Ausrichtung nicht korrekt ist.

Beim Ausrichten von Wellen ist es erforderlich, sowohl eine parallele Fehlausrichtung als auch eine Winkel-Fehlausrichtung zu berücksichtigen. Eine solche Ausrichtung läßt sich dem oben genannten Stand der Technik nicht entnehmen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine relativ einfach aufgebaute und einfach zu handhabende Vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der die Wellen sowohl hinsichtlich paralleler Fehlausrich­ tung als auch hinsichtlich einer Winkel-Fehlaus­ richtung korrekt ausgerichtet werden können.

Gelöst wird die Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 Eine Seitenansicht der Wellenausrich­ tungsvorrichtung die auf den beiden Wellen montiert dargestellt ist;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Wellenausrich­ tungsvorrichtung, die auf den beiden Wellen montiert dargestellt ist;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer der Wellenmontageeinrichtungen, auf der ein Wellenausrichtung-Doppelachsenabfühlauf­ bau montiert dargestellt ist;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Aus­ bildungsform einer Anzeigeeinrichtung, die die Versatzinformation anzeigt;

Fig. 5 ein Blockdiagramm einer Ausbildungsform eines elektrischen Schaltkreises zum Betrieb mit einem der Strahlungsdetekto­ ren;

Fig. 6 eine erste Variante der Wellenausrich­ tungsvorrichtung, die Einzelachsenlage­ Abfühldetektoren verwendet;

Fig. 6a eine Draufsicht auf die erste Variante der in Fig. 6 gezeigten Ausrichtungsvor­ richtung;

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht der ersten Variante der Ausrichtungsvorrichtung, die in Fig. 6 dargestellt ist;

Fig. 7a eine Vorderansicht eines der Strahlungs­ lagedetektoren;

Fig. 7b eine erste Variante des Einzelachsenlage­ Abfühldetektors, die seine paarweise Verwendung zur Ermittlung der Winkellage darstellt;

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer ersten Variante einer Strahlteilereinrichtung, die die Projektion des Ausrichtungs- Richtstrahls kontrolliert;

Fig. 8a eine Vorderansicht eines Strahlungslage­ detektors, auf den einer der projizierten Ausrichtungs-Richtstrahlen der Fig. 8 auftrifft;

Fig. 9 eine Ausbildungsform eines elektrischen Schaltkreises zum Betrieb mit einer der Strahlungsdetektoren von Fig. 7a, 7b oder 8a; und

Fig. 10 eine Seitenansicht, die Wellenausrich­ tungs-Abfühlaufbauten darstellt, die zur Überwachung von Änderungen bei der Aus­ richtung von arbeitenden Geräten montiert sind.

Fig. 1 zeigt allgemein bei 8 die Erfindung mit zwei Sensoranordnungen 9 und 10. Sie sind jeweils auf Haltern 28 und 26 montiert und an einer ersten Montageeinrichtung 30 und einer zweiten Montageein­ richtung 32 befestigt. Die erste Montageeinrichtung 30 und die zweite Montageeinrichtung 32 (am besten in Fig. 2 dargestellt) sitzen jeweils fest auf einer ersten Welle 4a einer Antriebseinheit 4 und einer zweiten Welle 6a einer Abtriebseinheit 6. Die beiden Montageeinrichtungen können die Form eines V-Blocks aufweisen. Die Montageeinrichtung 32 trägt einen Stift 38, an dem eine Schelle 40 angebracht ist, die in einer Gewindestange 42 mit einer Flü­ gelschraube 44 mündet. Die Montageeinrichtung 32 wird an der Welle 6a befestigt, indem die Schelle 40 unter die Welle 6a gebracht und die Gewindestan­ ge 42 in einen Schlitz 46 eingesetzt wird. Die Flügelschraube 44 wird eingestellt, bis sie leicht an einer Fläche 45 angreift. Die Montageeinrichtung 30 kann eine ähnliche Schellen- und Schlitzanord­ nung aufweisen, um sie an der Welle 4a zu befesti­ gen. Auf diese Weise können beide Montageeinrich­ tungen schnell an ihren jeweiligen Wellen montiert und demontiert werden.

In den Fig. 1 und 2 besitzt die Sensoranordnung 9 einen ersten strahlungsempfindlichen, zweidimensio­ nal ansprechenden Detektor 11 mit einer ersten Signalausgangsleitung 18 und einer ersten Richt­ strahlungsquelle 16. Der Detektor 11 ist auf einer Befestigung 22 montiert, die an dem Halter 28 an­ gebracht ist. Die Befestigung 22 kann auch an ihrer Oberseite die Anbringung einer ersten Phasen­ orientierungseinrichtung 34 aufnehmen, die bei einer Ausbildungsform eine Wasserwaage sein kann. Andere Ausbildungsformen können elektronische Waagen und elektronische Vertikalstellungssensoren bilden. In gleicher Weise besitzt, wie am besten in Fig. 3 dargestellt, Sensoranordnung 10 einen zwei­ ten zweidimensional ansprechenden Detektor 12 mit einer zweiten Ausgangsleitung 20 und einer zweiten Richtstrahlungsquelle 14. Der zweite Strahlungs- Detektor 12 ist auf einer Befestigung 24 montiert, die an dem Halter 26 angebracht ist, wobei die Befestigung auch an ihrer Oberseite die Anbringung einer zweiten Phasenorientierungseinrichtung 36 aufnehmen kann.

Die Detektoren 11 und 12 können Photodetektoren sein, die in einer Ausbildungsform photoelektrische optische Sensoren, wie beispielsweise ein doppel­ achsiger elektronischer Autokollimator sein können. Ein Beispiel des Autokollimators ist der UDT-Modell 1000 elektronische Autokollimator, der von der United-Detector Technology, Culver City, Kalifornien hergestellt wird. Dieser elektronische optische Autokollimator besitzt eine zweiachsige Lateraleffekt-Photodiode, die die exakte Stellung eines Punktes einer auf ihre Oberfläche projizier­ ten Strahlung ermitteln kann. Für den Detektor 11 wäre dies der Ausrichtungs-Richtstrahl 14a und für den Abfühldetektor 12 der Ausrichtungs-Richtstrahl 16a. Gut bekannte Optiken in Form von Kameralinsen werden auch als Teil des Autokollimators verwendet, wobei die Optiken den Richtstrahl auf die Photodi­ ode fokussieren. Die Photodiode des Detektors 11, der allgemein bei 120 in Fig. 5 gezeigt ist, be­ sitzt vier Elektrodenleitungen 122, 123, 124 und 125 an den Rändern des Detektors, welche gemeinsam ein erstes Ausgangsstromsignal durch die Leitung 18 zu der in Fig. 4 dargestellten Anzeige 48 liefern. Die Elektrodenleitungen 122 und 123 liefern ein erstes Achsensignal, das x′-Achsenlagensignal, wie bezugnehmend auf die rechtwinkeligen Koordinaten die den Richtstrahl in Fig. 3 überlagert sind, dargestellt ist. Das x′-Achsensignal wird auf eine elektronische Verstärkerschaltung gegeben, das in Blockdiagrammform bei 126 abgebildet ist, wobei die Schaltung in der Anzeige 48 angeordnet sein kann. Verstärkerschaltungen für Photodioden sind im Stand der Technik hinreichend bekannt und werden hier nur allgemein behandelt. Die Elektrodenleitungen 122 und 123 sind jeweils mit zugehörigen Verstärkern 128 und 129 verbunden, die die Ausgangsströme des x′-Achsenlagesignals jeweils in proportionale Spannungen an den Leitungen 130 und 132 umwandeln. Die Leitungen 130 und 132 sind jeweils sowohl mit einem Differenz- als auch einem Summenverstärker 134 und 136 derart verbunden, daß der Differenz­ signalausgang an der Leitung 138 proportional zu der Punktintensität und der Lage des Lichtstrahls 14a ist, und der Summensignalausgang an der Leitung 140 ist nur proportional zu der Punktintensität des Richtstrahl 14a. Ein Analogdividierer 142 empfängt sowohl das Differenzsignal an der Leitung 138 als auch das Summensignal an der Leitung 140 und teilt das Differenzsignal durch das Summensignal, um an der Leitung 144 das x′-Achsenlagesignal zu erzeu­ gen, das auf den Verstärker 146 gegeben wird. Die Ausgangsleitung 148 von dem Verstärker 146 führt eine für die x′-Achsenlage repräsentative Spannung, die abgefühlt und auf einem Voltmeter 50 darge­ stellt wird (auch in Fig. 4 in der Anzeigeeinrich­ tung enthalten).

In gleicher Weise fühlt das zweite Achsensignal der Photo­ diode 120 die x′-Achsenlage an den Leitungen 124 und 125, wobei dieses Signal auf Differenz- und Summierverstärker mit Ausgangssignalen gegeben wird, die wie zuvor erläutert durch einen Analogdividierer geteilt werden, dessen ent­ sprechendes Ausgangssignal verstärkt und zur Darstellung an einem Voltmeter 54 abgefühlt wird.

Dem ersten Ausrichtungs-Richtstrahl 14a, der in Fig. 3 ge­ zeigt ist, sind (nur zur Erläuterung) orthogonale x′-, y′- Referenzkoordinatenachsen überlagert. Der erste Detektor 11 fängt den Ausrichtungs-Richtstrahl 14a auf und liefert über seine Photodetektoren und zugeordnete Verstärkerschaltungsanordnung eine x′-Achsenlage und eine y′-Achsenlage des Richtstrahls 14a bezüglich der dargestell­ ten Bezugs- (oder kalibrierten) x′-, y′-Koordinaten. In glei­ cher Weise arbeitend empfängt der zweite Detektor 12 den zweiten Ausrichtungs-Richtstrahl 16a aus der Strahlungsquelle 16, und wie für den ersten Detektor 11 beschrieben, liefert der Detek­ tor 12 über einen ähnlichen Gebrauch der Photodetektoren und der zugeordneten Verstärkerschaltungsanordnung ein x-Achsen­ lagesignal und ein y-Lagesignal, die jeweils abgefühlt und auf Voltmetern 52 und 56 der Anzeigeanordnung 48 dargestellt werden. Dem Ausrichtungs-Richtstrahl 16a sind orthogonale Bezugs- (oder Kalibrier-) x-, y-Koordinatenachsen überlagert. Die den jeweiligen Richtstrahlen überlagerten x-, y- und x′-, y′-Koordinatenachsen können auch alternativ körperlich an den Doppelachsen-Photodetektoren jedes der jeweiligen Detektoren 11 und 12 angebracht sein. Die Be­ zugs- (oder Kalibrier-) Koordinatenachsen sind in diesem Fall bezüglich einer Kalibrierstange angeordnet, die später be­ schrieben wird.

Der erste und der zweite Detektor 11 und 12 sind bezüglich einer Doppelachsenphotodiode und zugeordneten optischen Linsen, wie von United Detector Technology hergestellt, nur als Beispiel beschrieben worden. Der Zweiachsendetektor kann jedoch auch aus einem Zwei­ achsen-Halbleiterphotosensor, einem Sperrschichtphotosensor, aus verschiedenartigen Photodioden in Segmenten, Quadranten, Reihen und aus anderen Richtstrahldetektorkonfigurationen be­ stehen, die in der Lage sind, ein zweiachsiges Lagesignal zu liefern.

Die ersten und zweiten Ausrichtungsstrahlenquellen 14 und 16, die jeweils den ersten und den zweiten Richtstrahl 14a und 16a erzeugen, können beispielsweise Infrarotlicht oder licht­ emittierende Dioden, Glühlicht mit oder ohne zugeordnete opti­ sche Fokussierlinsen, optische Fasern und Laser sein. Welche Strahlungsquelle verwendet wird, wird von dem ausgewählten Strahlungsabfühldetektor und dessen spezifischer Ansprech­ empfindlichkeit, wirksamer Fläche und Spektralbereich abhän­ gen.

Die in Fig. 4 dargestellte Anzeige 48 enthält eine geeignete elektrische Schaltungsanordnung in einer Form, die typisch zu der in Fig. 5 beschriebenen ist, und Lagesignaldetektoren und -darstellungen in Form der Meßgeräte 50, 52, 54 und 56, wie beispielsweise Voltmeter, Ampermeter oder Null- bzw. Abgleich­ messer, die an sich bekannt sind. Die x′-, y′-Aus­ gangslagesignale von dem Detektor 11 sind durch die Leitung 18 über die zuvor erörterte Schaltungsanordnung mit den bessern 50 und 54 jeweils verbunden, und die x-, y-Ausgangslagesig­ nale von dem Detektor 12 sind durch die Leitung 20 über eine ähnliche Schaltungsanordnung mit den bessern 52 und 56 jeweils verbunden. Die Messer 50, 52, 54 und 56 besitzen eine kalibrier­ te Ausrichtungs- (oder Null-)zustand, der bei einer Ausbil­ dungsform als Punkte 58 angedeutet ist, und jeweils Meßzeiger 50a, 52a, 54a und 56, die dich bezüglich der Ausrichtungs­ zustände 58 in Abhängigkeit von den entsprechend empfangenen x′-, x-, y′- und y-Signalen nach + oder - bewegen. Die Be­ zugs- oder kalibrierten Ausrichtzustände an den Punkten 58 geben in Wirklichkeit die Kreuzungspunkte der x′- y′- und x-, y-Achsen wieder. Der + oder - Zustand zeigt an, in welche Richtung eine Welle bezüglich der anderen bewegt werden soll­ te, um sie in Fluchtungsbedingungen zu bringen. Die Meßgerä­ te 50, 52, 54 und 56 sind so mit einer Skala versehen, daß die Menge der Bewegung ihrer jeweiligen Zeiger von dem Aus­ richtzustand 58 eine Information bezüglich der Größe der Be­ wegung oder der Einstellung liefert, die nötig ist, um die Wellen in Ausrichtung zu bringen. Jedem Meßgerät kann auch eine Gruppe von Zeichnungssymbolen 60, wie bei dem Meßge­ rät 54 zugeordnet sein, um symbolisch anzudeuten, wie die Abtriebseinheit bezüglich der Antriebseinheit justiert wer­ den sollte.

Die Anzeige 48 wird anfangs kalibriert, in dem die beiden Mon­ tageeinrichtungen 30 und 32 mit ihren jeweiligen aufeinander weisenden Sensoranordnungen auf einer (nicht dar­ gestellten) Kalibrierstange verriegelt werden, welche nur eine runde, präzisionsgeschliffene gerade Stange ist. Jede Montage­ einrichtung wird in gleicher Weise auf der Kalibrierstange ausgerichtet, wie in Fig. 1 abgebildet, in der eine vertikale Ausrichtung dargestellt ist. Jede sollte in gleicher Weise ausgerichtet sein, sonst wird, wenn sie winklig aus der Phase liegen, die resultierende Ausrichtung in den jeweiligen Ach­ sen der Welle, die sich in paralleler Ausrichtung befinden, effektiv zu einem axialen Versatz führen, der in einigen Fäl­ len wünschenswert sein kann. Die überwiegende Zahl von Wellen­ ausrichtsituationen erfordert jedoch, daß die beiden Wellen in axialer oder geradliniger Ausrichtung sind. Um eine mögli­ che parallele Ausrichtung und einen resultierenden axialen Versatz zu minimieren, wenn diese nicht beabsichtigt sind, kann die jeweilige Montageeinrichtung exakt unter Verwen­ dung der beiden Was­ serwaagen 34 und 36 ausgerichtet werden. Obgleich eine ver­ tikale Orientierung der Wellenausrichtungsvorrichtung dar­ gestellt ist, ist festzuhalten, daß die Ausrichtvorrichtung nicht auf eine vertikale Orientierung begrenzt ist. Wenn beispielsweise die beiden Einrichtungen 30 und 32 um 90° aus der Vertikalen in dieselbe Richtung und die jeweiligen horizontal auf den Haltern 28 und 26 montierten Wasserwaa­ gen gedreht werden, wird dies erneut eine genaue Phasen­ orientierung der Montageeinrichtung und ihrer jeweiligen Ab­ fühlaufbauten zur Erzielung einer geradlinigen Ausrichtung ermöglichen, dementsprechend könnte die Ausrichtung der Wel­ len 4a und 6a entweder durch vertikale oder horizontale Orientierung der beiden Montageeinrichtungen, oder zu die­ sem Zweck bei irgendeinem Winkel um die Wellenumfänge er­ reicht werden, so lange die verwendete Phasenorientierung in der kalibrierten Lage genau wiedergebbar ist.

Nachdem die Montageeinrichtungen 30 und 32 auf der Kalibrier­ stange phasenorientiert sind, kann eine interne Nullsetz­ schaltungsanordnung, beispielsweise mit der entsprechenden Verstärkungsschaltungsanordnung, die in Fig. 5 gezeigt ist, so arbeiten, daß die Zeiger jedes Meßgerätes, wie beispiels­ weise der Zeiger 50a, in Ausrichtzustandspunkten 58 der je­ weiligen Meßgeräte auf Null gebracht werden kann. Die Kali­ brierung der Ausrichtvorrichtung braucht nicht vor jeder Wel­ lenausrichtung zu erfolgen, sollte jedoch periodisch in Abhängigkeit vom Umfang des mechanischen Gebrauchs und der Beeinträchtigung der Vorrichtung und bei erheblichen Schwankungen der Umgebungstemperatur geprüft werden.

Die Ausrichtung der Wellen 4a und 6a wird einfach bezugneh­ mend auf die Fig. 1, 3 und 4 in folgender Weise vorgenommen.

Die Montageeinrichtungen 30 und 32 werden mit ihren jewei­ ligen Sensoranordnungen jeweils wie zuvor beschrieben, an jeder Welle befestigt. Die Montageeinrich­ tungen werden dann in ähnlicher Weise wie der Kalibrier­ orientierung phasenorientiert. Die Leitungen 18 und 20 sind mit der Anzeige 48 verbunden, damit x-, x′-, y- und y′-La­ gesignale über geeignete elektrische Schaltungsanordnungen, die zuvor beschrieben sind, diese beaufschlagen und auf Meß­ geräten 50, 52, 54 und 56 dargestellt werden. Die Zeiger je­ des Meßgeräts werden sich entsprechend den empfangenen Sig­ nalen bewegen und sowohl nach Größe als nach Richtung bezüg­ lich des Versatzzustandes eine Echtzeit-Ausrichtungsinfor­ mation liefern. Eine typische Darstellung einer Information ist in Fig. 4 gezeigt. Zur Vereinfachung ist eine Welle als eine Bezugswelle gewählt, wenn über die andere Welle ausge­ richtet wird. Es ist nicht erforderlich, daß eine Referenz­ welle ausgewählt wird, dies erleichtert jedoch in großem Mas­ se das Verfahren, da nur eine Antriebseinheit getrimmt oder horizontal eingestellt werden muß. Die nicht als Referenzein­ heit ausgewählte Einheit wird getrimmt und horizontal gemäß der dargestellten Versatzinformation eingestellt, bis die ge­ naue Wiedergabe der kalibrierten Ausrichtungszustände 58 auf allen vier Meßgeräten erreicht ist. Wenn dies auftritt, sind die Achsen der beiden Wellen geradlinig positioniert, um ge­ nau die Referenzachse der Kalibrierstange wiederzugeben.

Die x-, y- und x′-, y′-Lagesignale können auch gemeinsam in Kombination zur Bestimmung der Winkel verwendet werden, unter denen die entsprechenden Richtstrahlen auf die entgegenge­ setzte Sensoranordnung treffen. Dies kann nützlich in Situationen sein, die es erforderlich machen, daß die beiden Wellen innerhalb bestimmter Winkeltoleranzen ausgerichtet werden müssen, wie durch den Hersteller der Kupplung spezi­ fiziert ist, welche zur Verbindung der beiden Wellen verwen­ det wird.

Die Fig. 6, 6a und 7 zeigen eine erste Variante von Wel­ lenausrichtungs-Sensoranordnungen 71 und 73. Sie besitzen jeweils Halter 68 und 70, wobei auf jedem Halter ein zweidimensional empfindlicher Detektor mit einem ersten einachsigen Strahlungsde­ tektors 78 und einem zweiten einachsigen Strahlungsdetek­ tors 82 (für die y-, y′-Koordinatenlagenermittlung) und mit einem dritter einachsigen Strahlungsdetektor 76 und einem vierten einachsigen Strahlungsdetektor 80 (für die x-, y′-Koordinatenlagenermittlung) montiert ist. Eben­ falls sind auf den Haltern 68 und 70 jeweils Strahlungsquel­ len 72 und 74 der zuvor beschriebenen Art angebracht. Auf je­ dem Halter können auch Phasenorienterungseinrichtungen 84 und 86 in Form von Wasserwaagen, wie zuvor erörtert, mon­ tiert sein. Die Verwendung von zwei Einzelachsenstrahlungs­ detektoren anstelle von einer Doppelachsenstrahlungabfühl­ einrichtung an jeder Sensoranordnung erfordert zwei Richtstrah­ len für jede Sensoranordnung jeweils einen zum Auftreffen auf jeden Einachsenstrahlungsdetektor. Ein Weg, dieses zu errei­ chen, besteht darin, zwei Strahlungsquellen 72 und 74 vorzu­ sehen, die zwei einzelne Strahlungsquellen zur Lieferung ein­ zelner Richtstrahlen aufweisen. Ein einfacherer Weg ist in den Fig. 6, 6a und 7 dargestellt, in denen die Strahlungs­ quellen 72 und 74 als eine einzelne Strahlungsquelle darge­ stellt sind, die zwei Richtstrahlen, jeweils 72a, 72b und 74a, 74b liefert. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Richtstrahlteilungseinrichtung zur Aufnahme des Richt­ strahls vorgesehen wird, die den Strahl 75 aus der Strahlungs­ quelle 74 in zwei Ausrichtungs-Richtstrahlen aufteilt. Die Teilungseinrichtung kann die Form eines Trennwürfels und re­ flektierender Spiegel annehmen. Der Trennwürfel 92, der teil­ weise durchlässig ist und teilweise reflektiert, erzeugt einen vertikalen Ausrichtungs-Richtstrahl 74a und einen horizontalen Ausrichtungs-Richtstrahl 74b. Die beiden Lichtstrahlen 74a und 74b sind so orientiert und gerichtet, daß sie auf den dritten Einzelachsenstrahlungs­ detektor 76 und den ersten Einzelachsenstrahlungsdetektor 78 jeweils treffen, wobei die Detektoren ein Teil der gegenüber­ liegenden Sensoranordnung 71 sind. Die Strahlen 74a und 74b werden jeweils durch die Verwendung von Reflexions­ spiegeln auf den Prismen 94, 96 und 98 orientiert und ge­ richtet. Die Spiegel können in geeigneter Weise auf dem Halter 70 zur Aufnahme der getrennten Strahlen montiert werden. In gleicher Weise und mit einer ähnlichen Richt­ strahlteilungseinrichtung orientiert und lenkt der Abfühl­ aufbau 71 den vertikalen Ausrichtungs-Richtstrahl 72a und den horizontalen Ausrichtungs-Richtstrahl 72b, damit diese jeweils auf den vierten einachsigen Strah­ lungsdetektor 80 und den zweiten einachsigen Strahlungsde­ tektor 82 auftreffen, wobei die Detektoren ein Teil der entgegengesetzten Sensoranordnung 73 sind.

Die Sensoranordnungen 71 und 73 sind jeweils entsprechend an Wellenmontageeinrichtungen 74 und 76 angebracht, die in ih­ rem Aufbau und ihrer Wirkungsweise ähnlich der zuvor in Fig. 3 beschriebenen Montageeinrichtung sind. Bei dieser Variante können die Ausrichtungs-Richtstrahlen 72a, 72b, 74a und 74b bei einer Ausbildungsform Laserstrahlen sein. Die einachsigen Strahlungsdetektoren 76, 78, 80 und 82 kön­ nen einachsige Lageabfühl-Photodetektoren, wie beispiels­ weise Photodioden, Halbleiter-Photosensoren, Sperrschicht- Photosensoren und andere Richtstrahldetektorkonfigurationen sein.

Fig. 7a zeigt als Beispiel einen Ausrichtungs-Richtstrahl 72a, der auf die Fläche eines Einachsenstrahlungsdetektors 80 auftrifft, welche eine Strahlungsabfühlfläche 81 besitzt. Der Ausrichtungs-Richtstrahl 72a ist als ein schwarzer Punkt auf der Fläche 81 dargestellt, und der Detektor 80 liefert ein Ausgangssignal, das die Lage des Strahls 72a auf dieser Fläche repräsentiert. Die anderen Detektoren arbeiten in ähnlicher Weise. Eine Grenze für die Verwendung eines ein­ zelnen schmalen Laserstrahls, wie dargestellt, liegt darin, daß es dann, wenn die beiden auszurichtenden Wellen erheb­ lich versetzt sind, dazu kommen kann, daß der projizierte Ausrichtungs-Richtstrahl auf die Sensoranordnung bei 72a′ auf­ trifft und nicht von dem Detektor 80 abgefühlt wird. Wenn zu erwarten ist, daß die ursprünglichen Anfangsbedingungen der beiden Wellen allgemein Versatzgrößen besitzen, die ty­ pischerweise größer als der Bereich der verwendeten besonde­ ren Detektoren ist, kann eine zweite Variante einer Teilungs­ einrichtung verwendet werden, wie in Fig. 8 dargestellt.

Fig. 8 zeigt die Verwendung eines Lasers als Strahlungsquel­ le 74, an dessen Ausgang eine zylindrische Linse 77 montiert ist, die den Laserstrahl in ein Band aus Laserlicht 79 zer­ streut. Das Laserband 79 wird von dem Trennwürfel 92 aufge­ nommen, der einen vertikalen Ausrichtungs-Richtstrahl 79b und einen horizontalen Ausrichtungs-Richtstrahl 79a erzeugt. Der vertikale Strahl 79 b wird durch den Spie­ gel 98a so orientiert und gelenkt, daß er auf den Lagedetek­ tor 78 trifft, und der horizontale Strahl 79a wird durch die Spiegel 94 und 96a so orientiert und gelenkt, daß er den Lagedetektor 76 trifft, wobei beide Detektoren an der Sensor­ anordnung 71 angeordnet sind. Entsprechend kann diese mit einem Laser als Strahlungsquelle 72 eine ähn­ liche zylindrische Linse und Teilungseinrichtung besitzen, um einen vertikalen Ausrichtungs-Richtbandstrahl 73b, der auf den Lagephotodetektor 82 auftrifft, und einen horizontalen Aus­ richtungs-Richtbandstrahl 73a zu erzeugen, der auf den Lage­ abfühlphotodetektor 80 auftrifft, wobei beide Detektoren auf der Sensoranordnung angeordnet sind. Im Gegensatz zu dem Strahlungspunkt, der durch den schmalen Laser 72a auf den Detektor 80 projiziert wird, kann der Bandlaserstrahl 73a, der in Fig. 8a dargestellt ist, erheblich aus einer mittigen Anordnung zu den Lagen 73a′ und 73a′′ auswandern und im­ mer noch auf den Detektor 80 treffen, um ein Lagesignal zu erzeugen. Dies ermöglicht eine Ausdehnung des Ermittlungs­ bereichs zur Anpassung an größere ursprüngliche Anfangsver­ satzbedingungen der beiden Wellen.

Eine Variante bei der Verwendung der Einachsenlagedetektoren mit den in Fig. 8 beschriebenen Strahlungsbändern ist in Fig. 7b dargestellt. Der Halter 70 ist teilweise geschnitten gezeigt, wobei der Detektor 82 auf diesem wie zuvor beschrie­ ben montiert ist. Dem Detektor 82 ist ebenfalls ein zweiter Einachsenlagedetektor 82a zugeordnet, der auf dem Halter mittels eines Abstandsstücks so montiert ist, daß der Detek­ tor 82a den Richtstrahl 72b vor dem Detektor 82 empfängt. Indem die beiden Detektoren auf diese Weise so voneinander beabstandet werden, daß der Detektor 82 als ein hinterer De­ tektor und der Detektor 82a als ein vorderer Detektor ar­ beitet, ist es möglich, den Winkel A des Richtstrahls 72b, der zwischen den beiden Detektorstellungen gebildet wird, zu ermitteln, wobei der Winkel A repräsentativ für die Winkel­ stellung der Sensoranordnung 71 bezüglich der Sensoranordnung 73 sein kann. Die beiden Detektoren arbeiten zusammen zur Ermitt­ lung der Lage in einer Koordinate, wie beispielsweise der x- Koordinate, und liefern außerdem ein kombiniertes Ausgangssig­ nal, das repräsentativ für die Winkelstellung des Richtstrahls bezüglich dieser einzelnen Koordinate ist. Diese Winkelstellung kann elektronisch mit dem kalibrierten Winkelzustand, wie bei­ spielsweise bei der Stellung C in Fig. 7b, verglichen werden, und liefert dementsprechend eine Wellenversatzinformation in dem Winkelwert. Desgleichen kann den Detektoren 76, 78 und 80 jeweils ein zweiter Detektor zugeordnet sein, der vor diesen montiert ist, um in ähnlicher Weise für ihre jeweiligen Ko­ ordinaten die Winkel der Richtstrahlen 74a, 74b und 72a je­ weils zu ermitteln.

Fig. 9 zeigt eine Ausbildungsform einer elektrischen Schal­ tung zur Verarbeitung des Signals aus irgendeinem der Ein­ zelachsen-Lagephotodetektoren 76, 78, 80 und 82 zur Darstel­ lung auf einem der Meßgeräte der Anzeige 48. Die Photodetek­ toren können bei einer Ausbildungsform Lageabfühlphotodioden der LSC-Typenreihe sein, die von United Detector Technology hergestellt werden. Der Photodetektor 80, der in Fig. 9 als einer der Lageabfühlphotodioden dargestellt ist, besitzt drei Stifte 83a, 83b und 83c, an denen Leitungen 101, 106, 110 angeschlossen sind. Die Leitung 101 ist mit einem Lastwider­ stand R1 verbunden, dessen anderes Ende an der Leitung 103 an­ geschlossen ist. Die Leitung 106 ist mit dem negativen An­ schluß einer Spannungsquelle V₁ zur Lieferung einer Sperrvor­ spannung verbunden, und der positive Anschluß von V₁ ist durch die Leitung 104 mit dem Lastwiderstand R₂ verbunden, dessen an­ deres Ende an der Leitung 103 angeschlossen ist. Die Leitung 110 ist mit einem Trimm- oder Nullabgleichwiderstand R4 ver­ bunden, dessen anderes Ende über die Leitung 108 an dem Last­ widerstand R3 liegt. Das andere Ende des Widerstands R3 ist an der Leitung 103 angeschlossen. Die Positionswerterfassung des auf die wirksame Fläche 18 des Detektors 80 auftreffenden Richtstrahls wird über Leitungen 105 und 107 von einem Volt­ meter, wie beispielsweise das Meßgerät 56 abgegriffen. Die Lei­ tungen 105 und 107 sind jeweils mit Leitungen 101 und 110 ver­ bunden. Im Ergebnis arbeitet der Photodetektor 10 nach dem Prin­ zip, daß dann, wenn der Richtstrahl exakt in der Mitte der wirksamen Fläche des Detektors auftrifft, kein elektrisches Signal erzeugt wird (der Nullungs-Null- oder Ausrichtungs­ zustand).

Irgendeine Bewegung oder Anordnung des Richtstrahls aus der Mitte wird jedoch ein ständiges elektrisches Signal erzeugen, das proportional zu dem genauen Abstand des Richtstrahls von der Mitte ist. Im Betrieb werden während des wie zuvor be­ schriebenen Kalibrierungsverfahrens die vier Ausrichtung s- Richtstrahlen auf ihre entsprechenden entgegenweisenden Photodetektoren gerichtet. Die von diesen Detektoren ab­ gefühlten Signale an der Anzeige 48 können dann durch den Einstellwiderstand R4 jedes Photodetektorschaltkreises so auf Null gebracht werden, daß der entsprechende Zeiger je­ des Meßgerätes an den Ausrichtungslagen 58 positioniert wird. Die Anordnung der Abfühlaufbauten an jeden der aus­ zurichtenden Wellen wird wiederum die Ausrichtungs-Richt­ strahlen in die Richtung ihrer jeweiligen Detektoren len­ ken, und irgendeine Abweichung der Richtstrahlen aus der Mit­ te oder Nullstellung an jedem Detektor wird proportional nach Größe und Richtung angezeigt. Diese Ablesungen werden repräsentativ für die Größe und die Richtung des Versatzes der Achsen der beiden Wellen im Vergleich zur Achse der Kali­ brierungsstange sein.

Bezugnehmend auf die Fig. 1-8 und die Beschreibung der Sensor­ anordnungen und Wellenmontageeinrichtungen enthält das Ver­ fahren zur statischen Ausrichtung einer ersten Welle mit einer zweiten Welle bei dem auf der ersten Welle eine erste zweidimen­ sional empfindliche Detektoreinrichtung und eine erste Strahlungs­ quelle, die einen ersten Richtstrahl liefert, montiert sind, und bei dem auf der zweiten Welle eine zweite Detektoreinrichtung und eine zweite Strahlungsquelle, die einen zweiten Richtstrahl liefert, montiert sind, und bei dem eine Anzeigeeinrichtung definierte Ausrichtungsbedingungen besitzt, folgende Verfahrensschritte: Orientierung des er­ sten Richtstrahls auf die zweite Doppelachsenstrahlung-Ab­ fühleinrichtung und Erzeugen eines zweiten Signals, welches die Orientierung des ersten Strahls repräsentiert; Orientie­ ren des zweiten Richtstrahls auf die erste Detektoreinrichtung und Erzeugen eines ersten Signals, wel­ ches die Orientierung des zweiten Richtstrahls repräsentiert; Abfühlen der ersten und zweiten Signale an der Anzeigeeinrich­ tung und visuelles Darstellen der Orientierung der ersten und zweiten Richtstrahlen; und Justieren der ersten Welle be­ züglich der zweiten Welle, bis das erste Signal und das zwei­ te Signal die definierten Ausrichtungsbedingungen an der An­ zeigeeinrichtung genau wiedergeben. Wenn die erste Detektoreinrichtung aus einem ersten Einzelach- senlage-Abfühlphotodetektor und einer dritten Einzelachsenla­ ge-Abfühlphotodetektor besteht, und die zweite Detektoreinrichtung aus einem zweiten Einzelachsen­ lage-Abfühlphotodetektor und einem vierten Einzelachsenlage­ Photodetektor besteht, enthält das gerade erwähnte Verfahren zur statischen Ausrichtung noch die folgenden Verfahrens­ schritte: Vorsehen oder Anordnen einer ersten Richtstrahl­ teilungseinrichtung, die den ersten Richtstrahl empfängt und einen ersten vertikalen Ausrichtungs-Richtstrahl, der für das Auftreffen auf den zweiten Einzelachsenlage-Abfühlphotodetek­ tor ausgerichtet ist, und einen ersten horizontalen Ausrich­ tungs-Richtstrahl erzeugt, der zum Auftreffen auf den vierten Einzelachsenlage-Abfühlphotodetektor ausgerichtet ist; und Vor­ sehen einer zweiten Richtstrahl-Teilungseinrichtung, die den zweiten Richtstrahl empfängt und einen zweiten vertikalen Aus­ richtungs-Richtstrahl, der zum Auftreffen auf den ersten Ein­ zelachsenlage-Abfühlphotodetektor ausgerichtet ist, und einen zweiten horizontalen Ausrichtungs-Richtstrahl erzeugt, der für das Auftreffen auf den dritten Einzelachsenlage-Abfühlphoto­ detektor ausgerichtet ist. Wenn ein paralleler Versatz vermie­ den werden soll, kann das obige Verfahren weiterhin die folgen­ den Verfahrensschritte aufweisen: Vorsehen einer ersten Phasen­ orientierungseinrichtung zur Orientierung der ersten Detektoreinrichtung und der ersten Strahlungsquelle; und Vorsehen einer zweiten Phasenorientierungseinrichtung zur Orientierung der zweiten Detektoreinrichtung und der zweiten Strahlungsquelle.

Ein weiteres Ziel der Wellenausrichtungs-Vorrichtung gemäß der Erfindung liegt in dessen Verwendung zur Überwachung von Änderungen bei der Ausrichtung von zwei gekoppelten Wellen während ihres Betriebs. Fig. 10 zeigt eine derartige Anord­ nung. Die Vorrichtung zur Überwachung der die Antriebswelle 4a aufweisende Antriebseinheit 4, die über eine Kupplung 7 mit der eine Abtriebswelle 6a aufweisenden Abtriebseinheit 6 verbunden ist, besteht aus einem ersten Halter 28, der auf der Antriebseinheit montiert ist und die erste Sensor­ anordnung 9 trägt, und aus dem zweiten Halter 26, der auf der Abtriebseinheit montiert ist und die zweite Sensoranordnung 10 trägt. Die Sensoranordnungen 9 und 10 sind wie in den Fig. 1, 2 und 3, oder deren Varianten, wie in den Fig. 6, 6a, 7 und 8 beschrieben, ausgebildet. Wie zuvor bei diesen Figuren beschrieben, trägt der erste Halter eine erste Einrichtung in Form einer Strahlungsquelle zum Vor­ sehen eines ersten Ausrichtungs-Richtstrahls, der zum Auftref­ fen auf den zweiten Detektor zur Erzeu­ gung eines zweiten Signals an der Leitung 20 orientiert ist, und der zweite Halter trägt eine zweite Einrichtung in Form einer Strahlungsquelle zum Vorsehen eines zweiten Ausrichtungs- Richtstrahls, der zum Auftreffen auf den ersten Detektor zur Erzeugung eines ersten Signals an der Leitung 18 orientiert ist, wobei das erste und das zweite Sig­ nal mit der Anzeige 48 verbunden sind. Der erste Halter besitzt auch eine erste Einrichtung zur Phasenorientierung des ersten Halters auf der Antriebseinheit, und der zweite Halter besitzt eine zweite Einrichtung zur Phasenorientierung des zweiten Halters auf der Abtriebseinheit. Das Verfah­ ren zur Überwachung der betrieblichen Änderungen in der Aus­ richtung der Antriebseinheitswelle bezüglich der Abtriebsein­ heitswelle enthält die folgenden Verfahrensschritte: Abfühlen der Lage des ersten Ausrichtungs-Richtstrahls auf dem zweiten Detektor und Erzeugen des zwei­ ten Signals, das die Lage des ersten Strahls repräsentiert; Abfühlen der Lage des zweiten Ausrichtungs-Richtstrahls an dem ersten Detektor und Erzeugen eines ersten Signals, das die Lage des zweiten Strahls re­ präsentiert, Ausgeben des ersten und zweiten Signals auf die Anzeige zur visuellen Darstellung; und Kalibrieren des ersten und zweiten Signals, damit sie mit den definierten Ausrichtungsbedingungen auf der Anzeige übereinstimmen. Das erste und das zweite Signal an der Anzeige wird dementsprechend betriebliche Änderungen bei der Ausrichtung der Wellen der An­ triebs- und Abtriebseinheit überwachen. Im Ergebnis können, wenn die Sensoranordnungen erst einmal an den zu überwachenden Einheiten montiert sind, ihre jeweiligen Signale dann an den Meßgeräten der Anzeige 48 in den Ausrichtungslagen 58 auf Null gebracht werden, um Referenzausrichtungsbedingungen herzustel­ len. Bei Inbetriebnahme der beiden Einheiten in ihren normalen Betriebszustand, wird jede Änderung in der Ausrichtung zwischen den beiden Wellen durch die Sensoranordnungen ermittelt, und die Größe und Richtung dieser Fehlausrichtung gegenüber den Refe­ renzausrichtungsbedingungen wird kontinuierlich an der Anzeige dargestellt.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Ausrichten einer An­ triebswelle mit einer Abtriebswelle, die über eine Kupplung mit der Antriebswelle verbunden werden soll, umfassend:

• - eine erste Halterung (28), die an der Antriebs­ welle (4a) montiert ist,
• - eine zweite Halterung (26), die an der Abtriebs­ welle (6a) montiert ist,
• - eine Sensoranordnung, die auf eine Fehlaus­ richtung der beiden Wellen anspricht, und
• - eine kalibrierte Anzeigevorrichtung, die in Zu­ sammenwirken mit der Sensoranordnung eine die re­ lative Lage der beiden Wellen zueinander kennzeich­ nende Anzeige liefert,
  gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
• - die erste Halterung (28) trägt eine erste zweidi­ mensional ansprechende strahlungsempfindliche De­ tektoreinrichtung (11, 71) und eine erste Phasen­ orientierungseinrichtung (34), die die Winkellage der ersten Detektoreinrichtung definiert,
• - die zweite Halterung (26) trägt eine zweite zweidimensional ansprechende strahlungsempfindliche Detektoreinrichtung (12, 73) und eine zweite Phasenorientierungseinrichtung (36), die die Win­ kellage der zweiten Detektoreinrichtung definiert, und
• - die erste und die zweite Halterung tragen jeweils einen Sender (16, 74; 14, 72), der einen gebündel­ ten Strahl (14a, 16a) abgibt und jeweils einen Strahl auf die zweite bzw. die erste Detektorein­ richtung (12, 73; 11, 71) sendet, so daß die zweite Detektoreinrichtung ein erstes und ein zweites Signal und die erste Detektoreinrichtung ein drittes und ein viertes Signal erzeugen, die für eine Anzeige verarbeitet werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenorientierungseinrich­ tung eine Wasserwaage ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung jeweils ein elektrooptischer Doppelachsenautokolli­ mator (120) ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Detektor jeweils einen ersten Einzelachsenlage-Photodetektor (78) und einen zweiten Einzelachsenlage-Photodetektor (82) besitzt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender (14, 16; 72, 74) jeweils eine lichtemittierende Diode ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender ein Laser ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Richtstrahl-Teilungseinrichtung (92) vorgesehen ist, die auf der jeweiligen Halterung (68, 70) zum Empfang des Richtstrahls (75, 79) und zur Erzeugung eines ersten vertikalen Ausrichtungs-Richtstrahls (74b, 79b) und eines ersten horizontalen Aus­ richtungs-Richtstrahls (74a, 79a) montiert ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Sender (72, 74) eine Linsenanordnung (77) zugeordnet ist, die den Strahl zu einem Strahlenband (79a, b) streut, und daß das Strahlenband an dem zugehörigen Detektor (80, 82) senkrecht zu dessen Längser­ streckung auftrifft.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß jedem Detektor (76, 78, 80, 82) ein weiterer eindimensional ansprechender Detektor (z. B. 82a), in Strahlrichtung vor- oder zurückver­ setzt zugeordnet ist, so daß aus der Abweichung der Strahlauftreffpositionen an den beiden Detektoren (z. B. 80, 82a) ein Strahlwinkel ermittelt werden kann.

10. Verwendung der Vorrichtung nach einem er Ansprüche 1 bis 9 zum Überwachen der Wellenaus­ richtung zweier Wellen im Betrieb, wozu die erste und die zweite Halterung (26, 28) an einer An­ triebseinheit für die eine Welle bzw. an einer Abtriebseinheit für die andere Welle montiert sind.