Maschine zum dynamischen Auswuchten von zweifach gelagerten Drehkörpern, sowie Verfahren zu ihrem Betrieb
Die Erfindung betrifft eine Maschine zum dynamischen Auswuchten von zweifach gelagerten Drehkörpern, insbesondere bei unterkritischen Drehzahlen, bei welcher zum Ausgleich von Unwucht-Restmomenten zwischen zwei parallelen, durch den Drehkörper senkrecht zur Drehachse gelegten Ausgleichsebenen die in den beiden Lagern auftretenden,
senkrecht zur Drehachse gerichteten Unwuchtkräfte in proportionale elektrische Messspannungen umge- wandelt werden und diese Spannungen mit den Ver hältnissen der Abstände jeder Ausgleichsebene von der benachbarten Lagerebene zum Abstand der Ausgleichsebenen voneinander elektrisch multipliziert und gegeneinandergeschaltet werden und der so erhaltenen Differenzspannung wahlweise eine der beiden Messspannungen überlagert wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemässen Maschine.
Es ist bekannt, dass man jede Unwucht eines starren Drehkörpers durch Abnehmen oder Hinzufü- gen von Material an geeigneter Stelle in zwei beliebigen, axial gegeneinander versetzten Ebenen, den Ausgleichsebenen, ausgleichen kann. Die senkrecht zur Drehachse durch die Lager gelegten zwei Lagerebenen, in denen sich meist die beiden Lagerzapfen des Drehkörpers befinden, sind hierfür jedoch im allgemeinen ungeeignet. Es ist deshalb erforderlich, die in den Lagerebenen gewonnenen Unwuchtmesswerte auf die Ausgleichsebenen umzurechnen, in denen der Ausgleich der Unwucht ohne weiteres möglich ist. Es ist nun anzustreben, dass die in den Ausgleichsebenen auszugleichende Unwucht ohne Umrechnung direkt angezeigt wird.
Dabei hängt die in einer Lagerebenen gemessene Unwucht nicht nur von der Unwucht in der benachbarten Ausgleichsebene ab, sondern auch von der Unwucht in der anderen Ausgleichsebene, wodurch sog. Restmomente auftreten.
Zur Messung dieser Restmomente sind verschiedene Schaltungen bekannt, die alle darauf hinauslaufen, dass man die in den Lagerebenen gewonnenen Messspannungen elektrisch mit Faktoren, die sich aus den Abständen von Lager-und Ausgleichsebenen ergeben, multipliziert und gegeneinanderschaltet.
Zwischen den Unwuchtkräften PI und Pjj, die in den Lagerebenen gemessen werden, und den auf die Ausgleichsebenen bezogenen Kräften P1 und P2 (Fig. 1) besteht folgende Beziehung:
P1=P1(1+a/b)-PIIc/b b b
Pz=-Prb 'PnO+b)
Man hat für den elektrischen Restmomentenausgleich schon eine Schaltung vorgesehen, bei der die kraftmessenden elektromechanischen Geber an Spannungsteilern anliegen, deren Teilspannungsver hältnisse proportional zu den Faktoren (1 + b) und b bzw. (1 +b) und b eingestellt werden. Diese Anordnung hat den Nachteil, dass die einzustellenden Teilspannungsverhält- nisse für jeden Drehkörper ausgerechnet werden müssen.
Dafür hat man besondere Rechenvorrichtungen vorgesehen. Das birgt die Gefahr von Rechenfehlern und einer dadurch bedingten falschen Einstellung der Maschine in sich. Es ist wegen der Einstellung von Verhältniszahlen auch nicht mit einem Blick zu erkennen, ob die Maschine richtig eingestellt ist.
Es ist daher eine weitere Anordnung vorgeschlagen worden, bei welcher nicht mehr die Verhältnisse an zwei Potentiometern eingestellt werden, sondern wo drei Potentiometer vorgesehen sind, die nach den drei Abständen a, b und c unmittelbar eingestellt werden. An zwei der Potentiometer liegen dabei die beiden Messspannungen an, die proportional zu den in den Lagerebenen wirksamen Unwuchtkräften PI und PII sind. Die Teilspannungsverhältnisse der beiden Potentiometer werden proportional zu a und c eingestellt, so dass Teilspannungen proportional zu Pja bzw. PIIC abgegriffen werden. Diese Teilspannungen werden gegeneinandergeschaltet und liefern dann eine Spannung proportional zu (Pja-Pjjc).
Das dritte Potentiometer bewirkt eine Division durch den Abstand b der beiden Ausgleichsebenen. Zu diesem Zweck wird die zu (Pia-PIIc) proportionale Spannung mehrfach verstärkt, um eine ausreichende Niederohmigkeit zu erhalten. Dann wird die Spannung an das als Einstellwiderstand geschaltete dritte Potentiometer und einen damit in Reihe liegenden Festwiderstand angelegt und die Ausgangsspannung am Festwiderstand abgegriffen. Die so erhaltene Spannung ist proportional Pia-Pnc b Dieser Spannung wird nun wahlweise, je nachdem in welcher Ausgleichsebene man messen will, entweder die verstärkte Messspannung (proportional zu PI) oder eine Spannung proportional zu PII überlagert.
Im ersten Fall erhält man eine zu Pi proportionale Ausgangsspannung, im zweiten Fall eine zu-P2 proportionale.
Diese bekannte Anordnung gestattet zwar eine sehr bequeme Einstellung der Auswuchtmaschine, deren Richtigkeit auch mit einem Blick zu kontrollieren ist. Die Schaltung ist jedoch relativ kompliziert und hat ausserdem den Nachteil, dass sie eine relativ grosse Verstärkungsreserve erforderlich macht, die unter Umständen in der Ausgangsspannung gar nicht in Erscheinung tritt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile der bekannten Anordnungen zu vermeiden und eine Auswuchtmaschine mit einer Schaltungsanordnung zum elektrischen Restmomentenausgleich zu schaffen, die mit zwei nach den Abstandsverhältnis- sen der Lager-und Ausgleichsebenen einstellbaren Potentiometern arbeiten, aber trotzdem wie die zuletzt erwähnte Schaltung unmittelbar nach den Abständen a, b und c eingestellt werden kann, so dass keine Abstandsverhältnisse zu errechnen und einzustellen sind.
Erfindungsgemäss wird das dadurch erreicht, dass zur Multiplikation mit den beiden Abstandsverhält- nissen zwei Potentiometer mit exponentieller Widerstandscharakteristik vorgesehen sind, an denen je eine der beiden Messspannungen anliegt und die durch auskuppelbare Einstellglieder einstellbar sind, und dass ein drittes auskuppelbares Einstellglied vorhanden ist, durch das beide Potentiometer gemeinsam verdrehbar sind.
Das erfindungsgemässe Verfahren zum Betrieb der Auswuchtmachine ist dadurch gekennzeichnet, dass das erste und zweite Einstellglied um Winkel verdreht wird, die proportional dem Logarithmus der Abstände jeder Lagerebene von der benachbarten Ausgleichsebene sind, und dass das dritte Einstellglied um einen Winkel proportional zum Logarithmus des Abstandes der Ausgleichsebenen voneinander verdreht wird.
Der Verwendung von Potentiometern mit exponentieller Widerstandscharakteristik liegt folgende Uberlegung zugrunde : Eine Verdrehung des Poten tiometerschleifers um einen bestimmten Winkel bedeutet die Multiplikation der vor der Verdrehung abgegriffenen Spannung mit einem Faktor bzw. einer Division, je nach Drehrichtung. Die ersten beiden Einstellglieder können nun proportional zu log a bzw. log b eingestellt werden. Dann werden die an den Potentiometern anliegenden Messspannungen mit a bzw. c elektrisch multipliziert. Wenn nun das dritte Einstellglied eingekuppelt wird und eine gemeinsame Verdrehung der beiden Potentiometer um log b bewirkt, und zwar im entgegengesetzten Sinn wie das erste und zweite Einstellglied, dann hat dies eine Division der vorher abgegriffenen Teilspannun- gen durch b zur Folge.
Die ersten Einstellglieder sind dabei ausgekuppelt und werden von der b-Einstellung nicht beeinflusst.
Vorteilhaft können die Einstellglieder in ausgekuppeltem Zustand arretierbar sein.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigen :
Fig. 1 das Prinzip der Auswuchtmaschine, in schematischer Darstellung,
Fig. 2 eine Potentiometeranordnung in perspektivischer, vereinfachter Darstellung.
In Fig. 1, auf welche bereits Bezug genommen ist, sind die beiden Lager des Drehkörpers zu sehen, in denen die in den senkrecht zur Drehachse liegenden 'Lagerebenen wirksamen Unwuchtkräfte PI und PII gezeichnet sind. In den Ausgleichsebenen sind die entsprechenden Kräfte Pj bzw. P2. Der Abstand der linken Lagerebene von der linken Ausgleichsebene ist mit a benannt, der Abstand der rechten Lagerund Ausgleichsebenen mit c, während die beiden Ausgleichsebenen um den Betrag b voneinander entfernt sind.
Gemäss Fig. 2 sitzen auf einem nicht dargestellten Schaltbrett drei Einstellknöpfe 1, 2 und 3. Diese sind mit logarithmisch geteilten Skalen 11, 21 bzw. 31 versehen, die mit feststehenden Marken 12, 22 bzw.
32 zusammenwirken.
Der Knopf 1 kann durch axiales Eindrücken mit der Welle 14 eines Potentiometers 15 über eine Kupplung 13 gekuppelt werden. Das Potentiometer 15 ist exponentiell gewickelt, und an ihm liegt die gegebenenfalls verstärkte Spannung eines in der linken Lagerebene (Fig. 1) angeordneten, nicht dargestellten Gebers an, der bei einer bekannten, unterkritisch betriebenen Auswuchtmaschine von einem kraftmessenden piezoelektrischen Element, beispielsweise aus Bariumtitanat, gebildet werden kann.
Die zwischen dem Schleifer 16 des Potentiometers 15 und dem einen Ende des Potentiometerwiderstandes abgegriffene Spannung ist daher proportional der Exponentialfunktion des Drehwinkels des Einstellknopfes 1. Wenn also an der logarithmisch geteilten Skala 11 der Abstand a zwischen linker Lager-und Ausgleichsebene eingestellt wird, dann ist der Winkel, um den der Knopf 1 und damit die Welle
14 verdreht wird, proportional log a. Ist UI die am Potentiometer 15 anliegende Geberspannung, dann ist die abgegriffene Teilspannung proportional Uj. es = Uj. a.
In gleicher Weise kann der Einstellknopf 3 durch axiales Eindrücken über eine Kupplung 33 mit der Welle 34 eines exponentiell gewickelten Potentiome- ters 35 verbunden werden. Am Potentiometer 35 liegt die Spannung UII proportional PII eines in der rechten Lagerebene (Fig. 1) angeordneten, nicht gezeichneten Gebers an. An der logarithmischen Skala 31 wird mit dem Knopf 3 der Abstand c zwischen rechter Ausgleichs-und Lagerebene eingestellt. Der Drehwinkel der Welle 34 ist dann proportional log c, und die am Schleifer 36 abgegriffene Spannung ist proportional UII. elog G = UII C.
Es ist nun erforderlich, eine Division durch b, den Abstand der Ausgleichsebenen, auszuführen. Zu diesem Zweck ist der Knopf 2 vorgesehen, an dessen logarithmisch geteilter Skala 21 dieser Abstand b eingestellt wird. Auch Knopf 2 kann durch axiales Eindrücken in Wirkstellung gebracht werden. Dazu sitzt auf der Welle 23 ein Kegelrad 27, das in Wirkstellung mit Kegelrädern 17 und 37 auf den Wellen 14 bzw. 34 der Potentiometer 15 bzw. 35 in Eingriff kommt. Wenn am Knopf 2 und der logarithmisch geteilten Skala 21 der Wert b eingestellt wird, dann wird das Kegelrad 27 um einen Winkel proportional log b verdreht. Dabei verdreht es die mit ihm in Eingriff stehenden Kegelräder 17 und 37 um den gleichen Winkel, und zwar in einem der Verdrehung der Knöpfe 1 und 3 entgegengesetzten Sinn.
Wegen der exponentiellen Charakteristik der Potentiometer 15 und 35 entspricht das einer Division durch c.
Die beiden an den Potentiometern 15 und 35 abgegriffenen Teilspannungen werden gegeneinandergeschaltet, und der erhaltenen Spannungsdifferenz (Ula-Ullc)/b wird wahlweise eine der Spannungen UI oder UII überlagert, so dass man Spannungen proportional P, und P2 erhält. Diese Schaltung kann ähnlich aufgebaut sein wie die beschriebene Anordnung mit elektrischer Quotientenbildung und drei Potentiometern.
Die drei Einstellknöpfe 1, 2, 3 werden durch nicht dargestellte Federn nach aussen gedrückt, so dass sie von Hand gegen die Federkraft in Wirkstellung gebracht werden müssen und nach dem Loslassen von selbst in ihre ausgekuppelte Stellung zurück- kehren. In ausgekuppelter Stellung sind die Knöpfe durch bekannte, nicht dargestellte Mittel gegen Verdrehung gesichert.
Machine for dynamic balancing of rotating bodies with two bearings, as well as procedures for their operation
The invention relates to a machine for dynamic balancing of rotating bodies with two bearings, in particular at subcritical speeds, at which the compensation planes occurring in the two bearings between two parallel, through the rotating body perpendicular to the axis of rotation, are used to compensate for unbalance residual moments.
Imbalance forces directed perpendicular to the axis of rotation are converted into proportional electrical measurement voltages and these voltages are electrically multiplied and switched against each other with the ratios of the distances between each compensation level from the adjacent bearing level to the distance between the compensation levels and one of the two measurement voltages is optionally superimposed on the differential voltage obtained in this way .
The invention also relates to a method for operating the machine according to the invention.
It is known that any unbalance of a rigid rotating body can be compensated for by removing or adding material at a suitable point in any two planes that are axially offset from one another, the compensation planes. However, the two bearing planes that are perpendicular to the axis of rotation through the bearings and in which the two bearing journals of the rotary body are usually located are generally unsuitable for this purpose. It is therefore necessary to convert the unbalance measured values obtained in the bearing planes to the compensation planes in which compensation of the unbalance is easily possible. The aim now is that the imbalance to be compensated in the compensation planes is displayed directly without conversion.
The imbalance measured in one bearing level depends not only on the imbalance in the adjacent compensation level, but also on the unbalance in the other compensation level, which causes so-called residual torques.
Various circuits are known for measuring these residual torques, all of which result in the measurement voltages obtained in the bearing planes being multiplied electrically by factors resulting from the distances between the bearing and compensation planes and connected to one another.
The following relationship exists between the unbalance forces PI and Pjj, which are measured in the bearing planes, and the forces P1 and P2 related to the compensation planes (Fig. 1):
P1 = P1 (1 + a / b) -PIIc / b b b
Pz = -Prb 'PnO + b)
A circuit has already been provided for the electrical residual torque compensation in which the force-measuring electromechanical transducers are connected to voltage dividers whose partial voltage ratios are set proportionally to the factors (1 + b) and b or (1 + b) and b. This arrangement has the disadvantage that the partial stress ratios to be set must be calculated for each rotating body.
Special computing devices have been provided for this. This harbors the risk of calculation errors and the resulting incorrect setting of the machine. Because of the setting of ratios, it is not possible to see at a glance whether the machine is set correctly.
A further arrangement has therefore been proposed in which the ratios are no longer set on two potentiometers, but where three potentiometers are provided, which are set immediately after the three distances a, b and c. The two measurement voltages that are proportional to the imbalance forces PI and PII effective in the bearing planes are applied to two of the potentiometers. The partial voltage ratios of the two potentiometers are set proportionally to a and c, so that partial voltages proportional to Pja or PIIC are tapped. These partial voltages are switched against each other and then supply a voltage proportional to (Pja-Pjjc).
The third potentiometer divides by the distance b between the two compensation levels. For this purpose the voltage proportional to (Pia-PIIc) is amplified several times in order to obtain a sufficient low resistance. The voltage is then applied to the third potentiometer, which is connected as a setting resistor, and a fixed resistor in series with it, and the output voltage is tapped at the fixed resistor. The voltage obtained in this way is proportional to Pia-Pnc b. Depending on which compensation level you want to measure in, either the amplified measurement voltage (proportional to PI) or a voltage proportional to PII is superimposed on this voltage.
In the first case one obtains an output voltage proportional to Pi, in the second case an output voltage proportional to -P2.
This known arrangement allows a very convenient adjustment of the balancing machine, the correctness of which can also be checked at a glance. However, the circuit is relatively complicated and also has the disadvantage that it requires a relatively large gain reserve which, under certain circumstances, does not even appear in the output voltage.
The invention is based on the object of avoiding the disadvantages of the known arrangements and of creating a balancing machine with a circuit arrangement for electrical residual torque compensation, which work with two potentiometers adjustable according to the spacing ratios of the bearing and compensation planes, but still like the circuit mentioned last can be set immediately after the distances a, b and c, so that no distance ratios need to be calculated and set.
According to the invention, this is achieved in that two potentiometers with exponential resistance characteristics are provided for multiplication by the two distance ratios, each of which has one of the two measuring voltages and which can be adjusted by disengageable adjusting elements, and that a third disengageable adjusting element is available through which both potentiometers can be rotated together.
The inventive method for operating the balancing machine is characterized in that the first and second adjustment member is rotated by angles that are proportional to the logarithm of the distances of each bearing plane from the adjacent compensation plane, and that the third adjustment member is rotated by an angle proportional to the logarithm of the distance Compensation planes are rotated from each other.
The use of potentiometers with exponential resistance characteristics is based on the following consideration: A rotation of the potentiometer wiper by a certain angle means the multiplication of the voltage tapped before the rotation by a factor or a division, depending on the direction of rotation. The first two setting elements can now be set proportionally to log a or log b. Then the measuring voltages applied to the potentiometers are electrically multiplied by a or c. If the third adjustment element is now engaged and causes a common rotation of the two potentiometers by log b, in the opposite sense as the first and second adjustment element, this results in a division of the previously tapped partial voltages by b.
The first adjustment elements are disengaged and are not influenced by the b setting.
The adjusting members can advantageously be locked in the disengaged state.
An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. Show it :
Fig. 1 the principle of the balancing machine, in a schematic representation,
2 shows a potentiometer arrangement in a perspective, simplified representation.
In FIG. 1, to which reference has already been made, the two bearings of the rotating body can be seen, in which the unbalance forces PI and PII effective in the bearing planes perpendicular to the axis of rotation are drawn. The corresponding forces Pj and P2 are in the compensation planes. The distance between the left storage level and the left compensation level is designated with a, the distance between the right support and compensation levels with c, while the two compensation levels are separated from each other by the amount b.
According to FIG. 2, three setting buttons 1, 2 and 3 are seated on a switchboard (not shown).
32 interact.
The button 1 can be coupled to the shaft 14 of a potentiometer 15 via a coupling 13 by being pushed in axially. The potentiometer 15 is wound exponentially, and the possibly increased voltage of a transmitter (not shown) arranged in the left bearing plane (FIG. 1) is applied to it, which in a known, subcritically operated balancing machine is provided by a force-measuring piezoelectric element, for example made of barium titanate, can be formed.
The voltage tapped between the wiper 16 of the potentiometer 15 and one end of the potentiometer resistor is therefore proportional to the exponential function of the angle of rotation of the setting knob 1. If the distance a between the left bearing and compensation plane is set on the logarithmically divided scale 11, then this is Angle by which button 1 and thus the shaft
14 is twisted, proportional to log a. If UI is the encoder voltage applied to potentiometer 15, then the tapped partial voltage is proportional to Uj. es = Uj. a.
In the same way, the adjusting knob 3 can be connected to the shaft 34 of an exponentially wound potentiometer 35 by being pressed in axially via a coupling 33. At the potentiometer 35, the voltage UII is applied proportionally to PII of a sensor (not shown) arranged in the right-hand bearing plane (FIG. 1). On the logarithmic scale 31, the distance c between the right compensation plane and the bearing plane is set with the button 3. The angle of rotation of the shaft 34 is then proportional to log c, and the voltage tapped at the wiper 36 is proportional to UII. elog G = UII C.
It is now necessary to divide by b, the distance between the compensation planes. For this purpose, the button 2 is provided, on the logarithmically divided scale 21 of which this distance b is set. Button 2 can also be brought into the operative position by pressing it axially. For this purpose, a bevel gear 27 is seated on the shaft 23, which in the operative position engages with bevel gears 17 and 37 on the shafts 14 and 34 of the potentiometers 15 and 35, respectively. If the value b is set on button 2 and the logarithmically divided scale 21, then the bevel gear 27 is rotated by an angle proportional to log b. It rotates the bevel gears 17 and 37 in engagement with it by the same angle, in a sense opposite to the rotation of the buttons 1 and 3.
Because of the exponential characteristics of potentiometers 15 and 35, this corresponds to division by c.
The two partial voltages tapped at potentiometers 15 and 35 are switched against each other, and one of the voltages UI or UII is superimposed on the obtained voltage difference (Ula-Ullc) / b, so that voltages proportional to P and P2 are obtained. This circuit can be constructed similarly to the described arrangement with electrical quotient formation and three potentiometers.
The three setting buttons 1, 2, 3 are pressed outwards by springs (not shown), so that they have to be brought into the operative position by hand against the spring force and return automatically to their disengaged position after being released. In the disengaged position, the buttons are secured against rotation by known means, not shown.