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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Größe und der Phasenlage
einer Unwucht Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Größe und
der Phasenlage der Unwucht eines Prüflings, bei dem zwei Rechteckspannungen, deren
Frequenz der Umlauffrequenz des Prüflings und deren Phasen zwei verschiedenen Radiusvektoren
des Prüflings entsprechen, mit der Wechselspannung eines Gebers zur Erzielung einer
Größen- und Winkelanzeige der Unwucht des Prüflings zusammenwirken.
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Es sind elektrische Einrichtungen zur Bestimmung der Größe und der
Phasenlage einer Unwucht bekannt, welche als Anzeigegerät ein Wattmeter verwenden.
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Der einen Spule des Wattmeters werden die Wechselspannungen des Gebers
und der anderen Spule eine Rechteckspannung zugeführt. Unter einem Geber ist dabei
eine Einrichtung, z. B. eine Tauchspule, zu verstehen, die die Lagerschwingungen
des Prüflings in elektrische Wechselspannungen umsetzt. Die Rechteckspannung muß
in ihrer Frequenz der Umlauffrequenz des Prüflings entsprechen. Durch Veränderung
der Phasenlage der Rechteckspannung, z. B. durch Umschalten auf eine um 900 versetzte
Phasenlage, können die Größen der einzelnen Unwuchtkomponenten des Prüflings in
den vorbestimmten Winkeln bestimmt werden. Es ist auch bekannt, den Geberwechseistrom
zu zerhacken, so daß jeweils 1500 seiner Periode unterdrückt werden. Die Rechteckspannung
kann mittels einer mit dem Prüfling drehschlüssig verbundenen Kontaktscheibe oder
Nockenscheibe oder mittels fotoelektrischer Mittel, die auf einen am Prüfling angebrachten
Schwärzungsstreifen ansprechen, erzielt werden. Ebenfalls kann die Zerhackung des
Geberwechselstromes mit derartigen Mitteln durchgeführt werden. Diese Verfahren
haben den Vorteil, daß Störschwingungen unterdrückt werden.
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Die bekannten Verfahren haben jedoch den Nachteil, daß die erzielten
Meßwerte nicht elektrisch gespeichert werden können. Man hat dementsprechend komplizierte
mechanische Einrichtungen vorgeschlagen, die z. B. den Zeigerausschlag eines Wattmeters
fixieren. Weiterhin ist die Wattmeteranzeige von Nebeneffekten, z. B. der Hysteresis
des Eisenkemes, der Rückwirkung der Spulen od. dgl., abhängig, wodurch die Anzeige
verfälscht werden kann. Besonders ins Gewicht fällt für die vorliegende Problemstellung,
daß die komplexen Widerstände der beiden Spulen nicht bei allen in Betracht kommenden
Frequenzen als identisch angesehen werden können. Dementsprechend tritt bei der
Multiplikation bei den höheren Drehzahlen des Prüflings eine Phasenverschiebung
auf, die das Winkelmaß erheblich verfälscht.
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Das Wattmeterverfahren ist dementsprechend nur
bedingt drehzahlunabhängig.
Ein weiterer Nachteil des Wattmeterverfahrens liegt darin, daß die Amplitude der
Rechteckspannung multiplikativ in das Meßergebnis mit eingeht. Die Rechteckspannung
muß dementsprechend auch bei Netzspannungsschwan kungen od. dgl. exakt auf der gleichen
Größe gehalten werden, wodurch das gesamte Verfahren schwieriger zu beherrschen
ist.
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Gemäß der Erfindung sollen nun die Nachteile der bekannten Verfahren
beseitigt werden, insbesondere soll eine elektrische Speicherung von charakteristischen
Größen ermöglicht werden, aus denen die Winkellage und die Größe der Unwucht beliebig
oft und beliebig lange ermittelt werden können.
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Das Meßergebnis soll also mit anderen Worten nach Beendigung des
eigentlichen Prüfvorganges auf den Meßinstrumenten stehenbleiben, so daß bei der
Beseitigung der Unwucht die Meßwerte abgelesen werden können. Durch die Speicherung
der Meßwerte wird auch ermöglicht, daß Arbeitsvorrichtungen zur Beseitigung der
Unwucht, z. B. Bohrer oder Fräser, ohne besondere Schwierigkeiten gesteuert werden
können.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht dabei im wesentlichen darin,
daß die Wechselspannung des Gebers im Rhythmus jeder der beiden Rechteckspannungen
zerhackt wird. Die beiden erzielten Zwischenspannungen werden je für sich mittels
eines RC-Gliedes integriert. Aus den in den Kondensatoren der RC-Glieder gespeicherten
Spannungen werden gegeneinander phasenverschobene Rechteckspannungen mit einer von
der Drehzahl des Prüflings unabhängigen
Frequenz gebildet, aus
deren Mischspannung die Unwucht des Prüflings nach Größe und Phase ermittelt wird.
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Das Prinzip gemäß der Erfindung wird aus folgender Überlegung verständlich:
Es sei angenommen, daß die Geberwechselspannung einmal bei den Nulldurchgängen und
einmal bei den Maxima während 1800 Phase von den zugeordneten Rechteckspannungen
unterdrückt wird. Der erste Kondensator wird, da er nur die positiven oder negativen
Anteile der Geberwechselspannung erhält, sich mit einer bestimmten Spannung aufladen,
die von der Amplitude der Geberwechselspannung abhängig ist. Der zweite Kondensator
wird keine Spannung speichern, da sich die positiven und negativen Teile aufheben.
Verändert man nun die Phase der ersten Rechteckspannung, wird die Spannung im ersten
Kondensator nach einer Kosinusfunktion abnehmen. Die Spannung im zweiten Kondensator
nimmt nach einer Sinusfunktion zu, also M1 = Ao cos a, M2 = Ao sin a.
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In den gespeicherten Meßwerten M1 und M2 sind also die für die Unwuchtgröße
charakteristische Größen, und der für die Winkellage der Unwucht charakteristische
Winkel : x enthalten und nach den Gleichungen Ao=l Ml2+M22, tga=M2/M1 auswertbar.
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Man könnte die SpannungenM, und M2 an die Steuerplatten einer Kathodenstrahlröhre
anlegen und die Unwuchtgröße und den Unwuchtwinkel in Polarkoordination ablesen.
Damit wäre die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe jedoch nur zur Hälfte gelöst,
da auf diese Weise z. B. keine automatischen Bearbeitungsmaschinen oder Einrichtungen
zum Eindrehen des Prüflings in eine bestimmte, der Unwuchtlage zugeordnete Winkellage
von den Meßwerten gesteuert werden könnten. Weiterhin könnten sich die in den Kondensatoren
gespeicherten Spannungen durch Verluste abbauen, so daß nach längeren Wucht-und
Bearbeitungszeiten das angezeigte Ergebnis nicht mehr stimmen würde.
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Gemäß der Erfindung werden dementsprechend zwei weitere Rechteckspannungen
mit einer Phasendifferenz von 900 gebildet, deren Amplituden je proportional den
Meßwerten Ml und M2 sind, wobei für diese Rechteckspannungen eine beliebige, von
der die mechanischen Schwingungen erzeugenden Rotationsbewegung unabhängige Frequenz
gewählt werden kann. Aus den Sinusgrundwellen der Rechteckspannungen werden nach
Mischung (Vektoraddition) die Größe der Unwuchtmasse durch Bestimmung der Größe
der Amplitude und die Phasenlage der Unwuchtmasse durch Vergleich der Phase mit
einem bestimmten Phasenpunkt einer der beiden Rechteckspannungen ermittelt. Zweckmäßigerweise
kann die Mischung der Rechteckspannungen vor der Aussiebung der Sinusgrundwellen
erfolgen.
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Bei einer bevorzugten Schaltvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
sind einerseits mit dem Geber und andererseits mit zwei integrierenden Speichermitteln
verbundene elektronische Schalteinheiten vorgesehen, die von einer Steuerspannung
gesteuert werden, deren Frequenz der Umlauffrequenz des
Prüflings entspricht. Diese
Schalteinheiten öffnen in einem Bereich von 0 bis 1800 bzw. von 90 bis 270-, bezogen
auf einen bestimmten Bezugsradius der den Prüfling tragenden Welle. Ferner sind
weitere elektronische Schalteinheiten vorgesehen, die von der Netzspannung oder
einer anderen von dem Umlauf des Prüflings unabhängigen Steuerspannung so gesteuert
werden, daß sie den in den Speichermitteln gespeicherten Spannungen proportionale
Rechteckspannungen liefern. Weiterhin ist ein auf die Frequenz der Netzspannung
bzw. der Steuerspannung abgestimmter Resonanzkreis oder andere Siebmittel vorgesehen,
mittels deren die Sinusgrundwellen aus den Rechteckspannungen ausgesiebt werden,
bevor oder nachdem dieselben über gleiche Widerstände gemischt werden.
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Vorzugsweise werden die von dem Geber beaufschlagten Schalteinheiten
je von Impulsen gesteuert, deren Wiederholungsfrequenz der Umlaufdrehzahl des Prüflings
entspricht und die in an sich bekannter Weise von ortsfesten Wicklungen im Zusammen
wirken mit mindestens einem mit der Welle des Prüflings umlaufenden Eisenstift oder
durch auf eine umlaufende Marke ansprechende fotoelektrische Mittel erzeugt werden.
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Die die Schalteinheiten steuernden Impulse können von zwei Multivibratorschaltungen
erzeugt werden.
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Der Eingang der zweiten Multivibratorschaltung ist über eine Integrierschaltung
mit dem Ausgang der ersten Multivibratorschaltung verbunden, so daß die von den
beiden Multivibratorschaltungen gelieferten Rechteckspannungen um 900 phasenversetzt
sind.
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Die beiden vom Geber beaufschlagten Schalteinheiten und/oder die
nachgeschalteten Schalteinheiten können je aus mindestens einem antiparallel geschalteten
Elektronenröhrenpaar, vorzugsweise Trioden, bestehen. Die Kathode der ersten Röhre
und die Anode der zweiten Röhre liegen gemeinsam an Masse. Das Gitter jeder Röhre
wird je über einen Widerstand von der zugeordneten Rechteckspannung beaufschlagt.
Die Anode der ersten Röhre sowie die Kathode der zweiten Röhre liegen zusammen am
Ausgang und über einem hochohmigen Widerstand am Eingang der Schalteinheit, so daß
sowohl negative als auch positive Eingangsspannungen im Takt der Steuerspannung
über den Röhrenwiderstand an Masse gelegt werden.
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In den Zeichnungen sind bevorzugte Ausführungsformen des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt.
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Es zeigt Fig. 1 schematisch zur Erläuterung eine Ausführungsform mit
mechanischen Unterbrechern, Fig. 2 ein Diagramm einer aus der Geberspannung durch
Unterbrechung gebildeten ersten Spannung, Fig. 3 ähnlich wie Fig. 2 eine zweite
Spannung, Fig. 4 Spannungs-Zeit-Diagramme von Rechteckspannungen, Fig. 5 eine Mischanordnung,
Fig. 6 ein Spannungs-Zeit-Diagramm einer Mischspannung, Fig. 7 einen Schaltplan
einer zweiten Ausführungsform mit elektronischen Unterbrechmitteln, Fig. 8 einen
Schaltplan einer elektronischen Unterbrecheranordnung, Fig. 9 schematisch eine Anordnung
zur Erzielung einer Steuerspannung, Fig. 10 Spannungs-Zeit-Diagramme, Fig. 11 ein
Vektordiagramm.
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Zum leichteren Verständnis der Erfindung soll zuerst eine Ausführungsform
beschrieben werden, bei der mechanische Unterbrechermittel verwendet werden.
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Das Verfahren und die Schaltungsanordnungen gemäß der Erfindung sind
an und für sich auf beliebige Auswuchtvorrichtungen anwendbar, insofern bei diesen
die durch den unwuchtbehafteten Prüfling erzeugten mechanischen Schwingungen in
elektrische Schwingungen umgesetzt werden, deren Phasenlage in einer definierten
Beziehung zu der Drehwinkellage der Unwucht und deren Amplituden in einem bestimmten
Proportionalitätsverhältnis zu der Größe der Unwucht stehen. Da derartige Vorrichtungen
allgemein bekannt sind, ist in Fig. 1 lediglich der schematische Aufbau einer derselben
angedeutet. Ein Prüfling 2, dessen Unwuchtmasse 3 bestimmt werden soll, ist auf
einer Welle 1 angeordnet, die durch geeignete, nicht dargestellte Antriebsmittel
in Rotation versetzt werden kann. Die Welle 1 ist so gelagert, daß sie mit einem
oder mit zwei Freiheitsgraden gegen die Wirkung von federnden Mitteln 4 schwingen
kann. An einer bestimmten Stelle der Welle 1 ist ein Geber 5, beispielsweise eine
Tauchspulenanordnung, vorgesehen, der die mechanischen Schwingungen der Welle 1
in elektrische Schwingungen umsetzt. Es können auch zwei in einem bestimmten Abstand
in Längsrichtung der Welle 1 voneinander angeordnete Geber 5 verwendet werden.
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Die von dem Geber 5 abgegebene Wechselspannung ist, wie in Fig. 2
dargestellt, abgesehen von den Störschwingungen sinusförmig, wobei die Amplitude
Ao proportional der Größe der Unwucht ist und der Phasenwinkel a der Drehwinkellage
der Unwucht, bezogen auf einen bestimmten Bezugsradius, entspricht. Die Geberspannung
wird nun nach Verstärkung durch einen Verstärker 6 mit dem Umlauf der Welle 1 synchron
schaltenden Unterbrecheranordnungen zugeleitet, die die Geberspannung zerhacken.
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Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, können die Unterbrecheranordnungen
aus zwei unmittelbar an der Wellel befestigten Schaltscheiben 7 und 8 bestehen,
die je ein Kontaktsegment 9 bzw. 10, das sich über einen Drehwinkel von 1800 erstreckt,
enthalten.
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Die Kontaktsegmente 9 und 10 sind dabei entsprechend um den Winkel
von 900 gegeneinander versetzt. An den Schaltscheiben 9 und 10 liegen stationäre
Abtastkontakte 11 und 12 an. Je eines der beiden Kontaktelemente, also entweder
das Kontaktsegment 9, 10. oder der Abtastkontakt 11, 12, ist mit einer Ausgangsklemme
des Verstärkers 6 verbunden, während das andere Kontaktelement mit je einem Widerstand
13 bzw. 14 verbunden ist. Die andere Ausgangsklemme des Verstärkers 6 liegt an Masse.
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Da die Kontaktscheiben die Geberspannung je während 1800 der Umlaufperiode
des Prüflings unterbrechen und gegeneinander um 900 phasenversetzt sind, werden
den Widerständen 13 und 14 die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Spannungen zugeführt.
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Die Unterdrückung der Geberspannung während 1800 der Periode ist
bekannt. Insoweit dienen die Ausführungen nur der Erläuterung.
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Den Widerständen 13 und 14 sind Kondensatoren 15 bzw. 16 nachgeschaltet,
so daß durch die RC-Schaltung die von den Unterbrechern aus der Geber wechselspannung
gebildeten Spannungen (Fig. 2 und 3) integriert werden. Die in den Kondensatoren
15
und 16 gespeicherten Ladungssummen Ml und M. sind also in jedem Augenblick proportional
einer Spannung, die sich durch Integration der Flächen im Spannungs-Zeit-Diagramm
ergibt.
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Die in den Kondensatoren 15 und 16 gespeicherten SpeicherspannungenM,
und M2 können nun unabhängig von dem Ermittlungsvorgang der Unwucht ausgewertet
werden. Zu diesem Zweck sind Schalter 17 und 18 vorgesehen, mittels deren die Kondensatoren
15 und 16 von den zugehörigen Widerständen 13 und 14 getrennt werden können. Die
Schalter 17, 18 können dabei selbsttätig in Abhängigkeit von einem bestimmten Betriebszustand
der Vorrichtung arbeiten.
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Aus den Speicherspannungen M1 und M2 werden nun gemäß der Erfindung
mittels weiterer geeigneter Unterbrechermittel zwei Rechteckspannungen gebildet,
deren Amplituden proportional den Speicherspannungen Ml bzw. M2 sind. Die Rechteckspannungen
sind jedoch wieder um den Phasenwinkel B, insbesondere um 900, gegeneinander phasenverschoben.
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Die Frequenz dieser Rechteckspannungen ist völlig unabhängig von der
Umlaufdrehzahl des Prüflings und kann beliebig gewählt werden. Bei der in Fig. 1
schematisch dargestellten Anordnung sind auf einer von einem Motor 21 angetriebenen
Welle 22 drei Schaltscheiben 23, 24 und 25 angeordnet, die ähnlich wie die Schaltscheiben
7 und 8 je ein sich über 1800 ihrer Peripherie erstreckendes Kontaktsegment aufweisen.
An den Schaltscheiben 23, 24 und 25 liegen Abtastkontakte 26, 27 und 28 an. Die
Schaltzeiten der Abtastkontakte 26 und 27 sind um den Winkel p, insbesondere 900,
gegeneinander versetzt. Eines der Kontaktelemente 23 oder 26 ist mit dem Ausgang
des ersten RC-Schaltgliedes 13, 15, das andere mit dem Gitter einer Trennröhre 26'
verbunden. Ebenso ist eines der beiden Kontaktelemente 24 oder 27 mit dem Ausgang
des zweiten RC-Schaltgliedes 14, 16 verbunden, während das andere mit dem Gitter
einer Trennröhre 27' verbunden ist.
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Die von den Unterbrechern 23 bis 28 erzeugten Rechteckspannungen
(Fig. 4) werden nun über Widerstände 29 und 29' gleicher Größe miteinander gemischt
(Fig. 5) und anschließend einem Filter30 zugeleitet, das auf die Umlauffrequenz
der Welle 22 scharf abgestimmt ist. Durch die Mischung entsteht, wie in Fig. 6 dargestellt,
eine treppenförmige Spannung. Das Filter30 siebt aus dieser Spannung die Sinusgrundwelle
aus, die gleich ist den Summen der Sinusgrundwelle (Vektoraddition) der beiden Rechteckspannungen,
vor der Mischung durch die Widerstände 29, 29'.
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Die Ausgangsspannung des Filters 30 wird auf ein Spannungsmeßgerät
31 aufgeschaltet, das vorzugsweise unmittelbar in Größeneinheiten der zu ermittelnden
Unwucht des Prüflings 2 geeicht ist. Durch die Mischung in den Widerständen 29,
29' wurde an den Sinusgrundwellen eine Vektoraddition JHM2+ M2.2 durchgeführt (s.
Fig. 11). Die Spannung am Ausgang des Filters 90 ist nach den eingangs angeführten
Ableitungen proportional der Unwuchtgröße.
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Die auf der Welle 22 mitlaufende Kontaktscheibe 25 dient nun der
Ermittlung des Phasenwinkels a.
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Zu diesem Zweck wird eines der beiden Kontaktelemente 28 mit einer
eine konstante Spannung liefernden Batterie 32 verbunden, während das andere Kontaktelement
mit einem die Winkellage der Unwucht
anzeigenden Meßgerät33 verbunden
ist, das zum Phasenvergleich die Ausgangsspannung des Filters 30 über die Leitung
34 erhält. Das Meßgerät 33 kann beispielsweise die in Fig. 7 dargestellte Schaltung
170 bis 184 haben. Die Phase der über die Leitung 34 zugeführten Spannung ist tg
y = M2/M1, wie die Ableitung im Vektordiagramm zeigt (s. Fig. 11), wobei die die
Winkellage zwischen der der Spannung M, zugeordneten Sinusgrundwelle und der Mischspannung
aus beiden Sinusgrundwellen ist. Da M,IM, = tg a (a = Unwuchtwinkel), ergibt sich
aus dem Phasenvergleich eine eindeutige Beziehung zu dem gesuchten Unwuchtwinkel.
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Das Winkelmeßgerät33 kann durch eine oszillographische Phasen anzeige
ersetzt werden, wie diese bei Wuchtmaschinen allgemein bekannt sind. Während jedoch
bei den bekannten Vorrichtungen die oszillographischen Anzeigen bei niederen Drehzahlen
der den Prüfling tragenden Welle 1 wegen Flimmern des Bildes am Oszillographenschirm
versagen, ist bei der angegebenen Schaltvorrichtung gemäß der Erfindung die Anzeige
vollkommen unabhängig von der Drehzahl der Welle 1, so daß dieser Nachteil nicht
auftritt. Die Drehzahl der Welle 22 kann jeweils so eingestellt werden, daß ein
scharfes Bild am Oszillographen entsteht.
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Bei Wuchtmaschinen mit zwei Ausgleichsebenen kann man entweder die
beiden Geber nacheinander auf die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung schalten.
Es kann selbstverständlich auch für jeden Geber eine gesonderte Schaltanordnung
vorgesehen werden. In diesem Fall ergeben sich jedoch gewisse Vereinfachungen, da
ein Teil der Einrichtungen nur einmal benötigt wird.
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Gemäß der Erfindung werden in der Praxis an Stelle der mechanischen
Unterbrecher elektronische verwendet, wie einer in Fig. 8 dargestellt ist. Die vom
Geber her stammende verstärkte Wechselspannung wird über einen Widerstand 35 an
die Anode einer ersten Triode 36 und die Kathode einer zweiten Triode 37 gelegt.
Die beiden Röhren 36 und die Anode der Röhre 37 liegen an Masse. Wenn die Trioden
36 und 37 beide gesperrt sind, bleibt die Geberspannung unbeeinflußt. Wenn eine
der beiden Röhren leitend ist, wird jedoch die Geberspannung über den Röhrenwiderstand
auf Masse abgeleitet.
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Das Öffnen und Schließen der Schalteinrichtung wird nun durch eine
entsprechende Steuerspannung bewirkt. die über die Widerstände 38 und 39 an die
Gitter der Röhren gelegt wird.
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Die Steuerspannung kann von der in Fig. 9 dargestellten Anordnung
abgeleitet werden. Mit der den Prüfling 2 tragenden Welle 1 läuft ein Eisenstift
St um, der in geringem Abstand an den Polen zweier stationärer, diametral einander
gegenüberliegenden Magnete M, und M., vorbeiläuft. Der MagnetM, trägt eine Wicklung
90, der Magnet M. eine Wicklung 91.
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Bei Annäherung des EisenstiftesSt entsteht in den Wicklungen je z.
B. eine positive Spannungsspitze, die bei Durchlauf des Stiftes in eine negative
Spannungsspitze umschlägt und danach wieder auf Null zurückkehrt. Die an den Wicklungen
90 und 91 auftretenden Impulse sind unter a bzw. b in Fig. 10 dargestellt. Die beiden
Spannungen werden nach Unterdrückung der negativen bzw. positiven Spannungsspitzen
gemischt und einer Multivibratorschaltung zugeleitet, die eine entsprechende Rechteckspannung
liefert, wie sie unter d in Fig. 10 dargestellt ist. Diese
Rechteckspannung kann
unmittelbar zur Steuerung der Schalteinheit gemäß Fig. 8 verwendet werden.
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Auf diese Weise treten an Stelle der Unterbrechermittel 7 bis 12
und 23 bis 28 in Fig. 1 je eine Schalteinheit gemäß Fig. 8. Die Steuerspannung für
die Unterbrechermittel 23 bis 28 werden jedoch nicht von der in Fig. 9 dargestellten
Schaltung erzeugt, sondern von einem Frequenznormal, beispielsweise von der Netzspannung,
abgeleitet. Ein vollständiger Schaltplan einer derartigen elektronischen Schaltungsanordnung
ist in Fig. 7 dargestellt.
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Die von einer Geberwicklung 41, beispielsweise einer an ein Schwinglager
der den Prüfling tragenden Welle 1 angesetzten Tauchspulenanordnung, abgegebene
Wechselspannung wird einem Empfindlichkeitsregler 42, beispielsweise einem Potentiometer,
zugeführt, dessen Schleifer mit dem Steuergitter einer Pentode 50 verbunden ist.
Die Pentode 50 ist als Kathodenbasisverstärker mit in bekannter Weise dimensionierten
Widerständen 51, 52 und 54 und Kondensatoren 53 und 55 geschaltet. In der Kathodenleitung
liegt zusätzlich ein Potentiometer 56.
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Die verstärkte Wechselspannung der Geberwicklung 41 wird über einen
Abblockkondensator 57 auf das Steuergitter einer weiteren Pentode 58 aufgeschaltet.
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Das Steuergitter dieser Pentode ist über einen Widerstand 59 an Masse
gelegt. Die Röhre 58 dient ebenfalls als Verstärker und ist in üblicher Kathodenbasisschaltung
geschaltet. Die an der Anode der Röhre 58 auftretende verstärkte Wechselspannung
wird am Verzweigungspunkt 62 abgegriffen und über einen Kondensator 60 und einen
Abschwächwiderstand 61 auf den Schleifer des Potentiometers 56 als Gegenkopplung
geleitet.
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Die verstärkte Wechselspannung wird vom Verzweigungspunkt 62 über
Kondensatoren 70 und 80 auf je eine elektronische Schalteinrichtung gemäß Fig. 8
aufgeschaltet und über Widerstände 71 und 81 gegen Masse stabilisiert. An dem Widerstand
71 bzw.
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81 wird also die verstärkte Geberwechselspannung abgegriffen und über
einen hochohmigen Widerstand 72 bzw. 82 der Anode einer Röhre 74 bzw. 84 und der
Kathode einer Röhre 75 bzw. 85 zugeleitet. Da die Widerstände 72 und 82 hochohmig
gegenüber den Innenwiderständen der Röhren 74, 75 und 84, 85 sind, bricht die Spannung
hinter den Widerständen 72 und 82 zusammen, wenn eine der Röhren 74 oder 75 bzw.
84 oder 85 leitend ist, d. h. Anodenstrom führt. Bei offenen Röhren liegt die Wechselspannung
unbehindert über einem Ausgangswiderstand 73 bzw.
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83 an einem Schalter 78 bzw. 88. Hinter den Schaltem 78 oder 88 liegt
je ein Kondensator 79 bzw. 89 an Masse, der zusammen mit dem Widerstand 73 bzw.
83 je eine Integriereinheit bildet.
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Die Röhrenpaare 74 und 75 bzw. 84 und 85 werden von je einer Rechteckspannung
gesteuert, die über Widerstände 76, 77 bzw. 86, 87 auf die Gitter der Röhren aufgeschaltet
werden. Die beiden Rechteckspannungen sind gegeneinander um 90 phasenverschoben.
Die Frequenz der Spannungen entspricht der Umlauffrequenz der Welle. Die Impulsbreite
jedes Rechteckimpulses ist etwa 180.
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Zur Erzeugung der Rechtecksteuerspannung wird aus den von den Magnetwicklungen
90 und 91 der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 9 abgegebenen Impulsen, wie sie in
Fig. 10 unter a und b dargestellt sind, durch Dioden 92 und 93 jeweils der negative
oder positive Anteil des Doppelimpulses unterdrückt.
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Anschließend werden die beiden Impulse über die Widerstände 94 und
95 gemischt (s. Fig. 10c) und dem Gitter einer Triode 100 zugeleitet.
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Die Röhre 100 bildet zusammen mit der Röhre 101 eine kathodengekoppelte
Multivibratorschaltung. An der Anode der Röhre 101 tritt dementsprechend eine Rechteckspannung
auf, wie sie unter d in Fig. 10 dargestellt ist. Diese Rechteckspannung wird unmittelbar
über einen Kondensator 103 und die Widerstände 76 und 77 auf die Gitter der die
elektronischen Schalteinheit bildenden Röhren 74 und 75 geleitet, nachdem sie im
Abzweigpunkt 104 durch einen Widerstand 105 gegen Masse stabilisiert wurde.
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Die um 900 phasenversetzte Steuerspannung für die zweite elektronische
Schalteinheit (Röhren 84 und 85) wird gebildet, indem die an der Anode der Röhre
101 auftretenden Rechteckspannung am Verzweigungspunkt 102 abgegriffen und über
einen Kondensator 110 einem Integrationsglied zugeleitet wird, das aus einer von
einem Widerstand 111 und einem Kondensator 112 gebildeten RC-Schaltung besteht.
Durch die Integration ergibt sich der in Fig. 3 unter e dargestellte dreieckförmige
Spannungsverlauf. Die Nulldurchgänge der Dreieckimpulse sind, wie aus der Darstellung
ersichtlich, infolge der Integration bereits um 900 gegenüber den Nulldurchgängen
der Rechteckimpulse d verschoben. Diese Dreieckimpulse werden nun dazu verwendet,
eine aus zwei Röhren 113 und 114 bestehende kathodengekoppelte zweite Multivibratorschaltung
zu steuern. Die Multivibratorschaltung ist so eingestellt, daß sie auf die Nulldurchgänge
der Dreieckimpulsfolge anspricht. An der Anode der Röhre 114 tritt dementsprechend
eine Rechteckspannung auf, wie sie unter f in Fig. 3 dargestellt ist. Die Impulsflanken
dieser Rechteckspannung eilen dabei den Flanken der unter d dargestellten Rechteckimpulse
um 900 nach. Die zweiten Rechteckimpulse werden nun über einen Kondensator 115 und
über die Widerstände 86 und 87 an die Gitter der Röhren 84 und 85 gelegt, nachdem
sie im Verzweigungspunkt 116 durch einen Widerstand 117 gegen Masse stabilisiert
wurden.
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Die die Widerstände 73 und 83 mit den Kondensatoren 79 bzw. 89 verbindenden
Schalter 78 und 88 können nach Beendigung der Ermittlung der Unwucht des Prüflings
geöffnet werden. Die in den Kondensatoren 79 und 89 gespeicherten Spannungen werden
je an die Gitter von Kathodenverstärkerröhren 118 bzw. 119 entladungsfrei angelegt.
Da die gespeicherten Spannungen sowohl positiv als auch negativ sein können, sind
die Kathodenverstärker so dimensioniert, daß sie Spannungen beider Polaritäten übertragen
können.
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Die an den Kathoden der Röhren 118 und 119 auftretenden Gleichspannungen
werden nun in Rechteckspannungen zerlegt, wobei wieder elektronische Schaltmittel
verwendet werden. Eine der Schalteinrichtungen wird dabei von einem Röhrenpaar 120
und 121, die andere von einem Röhrenpaar 130 und 131 gebildet. Die Steuerspannnungen
für diese Röhren bestehen wiederum aus Rechteckspannungen, die gegeneinander um
900 phasenversetzt sind. Bei der dargestellten Ausführungsform wird zur Erzeugung
dieser Rechteckspannungen als Frequenznormal die Netzspannung wie folgt verwendet:
Aus der Sekundärwicklung eines mit seiner Primärwicklung 151 an das Lichtnetz angeschlossenen
Netztransformators 150 mit an Masse gelegter Mittel-
anzapfung 153 werden an den
Klemmen 152 und 154 zwei gegenphasige Wechselspannungen entnommen.
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Die eine Wechselspannung wird über einen hochohmigen Widerstand 155
auf ein vorgespanntes Diodenpaar 156, 157 geleitet und durch dieses Diodenpaar so
begrenzt, daß über eine Leitung 158 und Widerstände 122, 123 an den Gittern des
Röhrenpaares 120, 121 eine trapezförmige Steuerspannung anliegt. Die beiden Ausgangsklemmen
152 und 154 der Sekundärwicklung des Netztransformators 150 sind durch einen regelbaren
Widerstand 161 und einen Kondensator 160 überbrückt. Zwischen dem Kondensator 160
und dem Widerstand 161 kann nun eine um 900 phasenverschobene Wechselspannung abgenommen
werden, die über den Widerstand 165 einem vorgespannten Diodenpaar 166, 167 zugeleitet
wird. Das Diodenpaar 166, 167 begrenzt die Wechselspannung auf eine Trapezspannung,
die nun über die Leitung 168 und die Widerstände 132, 133 den Gittern der Röhren
130, 131 zugeführt wird.
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Hinter den Ausgangswiderständen 124 und 134 der aus den Röhrenpaarenl20,
121 und 130, 131 gebildeten elektronischen Schalteinheiten treten Rechteckimpulse
auf, die sich im wesentlichen von der Nullinie her aufbauen und je nach dem Vorzeichen
der in den Kondensatoren 79 und 89 gespeicherten Ladungssummen negativ oder positiv
sind. Die Amplituden der Impulse sind den in den Kondensatoren 79 und 89 gespeicherten
Ladungssummen mit und M2 proportional, da die als Kathodenverstärker geschalteten
Röhren 118, 119 die Spannung der Kondensatoren 79, 89 vorzeichenrichtig übertragen,
so daß an den Kathodenwiderständen der Röhren 118, 119 eine entsprechende vorzeichenrichtige
und proportionale Spannung abgegriffen werden kann.
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Ist die hinter dem Eingangswiderstand 124' liegende Spannung negativ,
wird sie im Takte der über den Widerstand 123 an dem Gitter der Röhre 121 liegenden
Steuerspannung an Masse kurzgeschlossen oder bei sperrender Röhre ungehindert über
den Widerstand 124 übertragen. Ist sie hinter dem Eingangswiderstand 124' positiv,
wird sie in ähnlicher Weise im Takte der über den Widerstand 122 am Gitter der Röhre
120 liegenden Steuerspannung an Masse kurzgeschlossen oder über den Widerstand 124
ungehindert übertragen. Dieses Ergebnis läßt sich ohne weiteres erreichen, wenn
die entsprechenden Schaltelemente aufeinander abgestimmt sind. Dasselbe gilt natürlich
für die zweite von den Röhren 130 und 131 gebildete Schalteinheit. Von den beiden
hinter den Widerständenl24 und 134 auftretenden Rechteckspannungen werden nun durch
Kondensatoren 125 und 135 die Gleichspannungsanteile unterdrückt. Anschließend werden
beide Impulsfolgen miteinander gemischt. Da die beiden Impulsfolgen entsprechend
der Phasenverschiebung der von den Leitungen 158 und 168 übertragenen Steuerspannungen
ebenfalls um 900 phasenverschoben sind, ergibt sich eine treppenförmige Impulsfolge.
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Die Grundschwingung dieser Treppenimpulsfolge ist, wie eine Fourieranalyse
zeigen würde, eine Sinusspannung von 50 Hz, deren Amplitude in einem bestimmten
Verhältnis zu der Größe der Unwucht des Prüflings steht und aus deren Phase relativ
zu der Netzspannung unmittelbar die Drehwinkellage der Unwucht des Prüflings ermittelt
werden kann.
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Diese Grundschwingung wird nun mittels eines aus Röhren 140 und 141
bestehenden selektiven Verstärkers aus der treppen artigen Impulsfolge ausgesiebt.
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Die Kopplung beider Stufen des Verstärkers erfolgt über einen Vorwiderstand
142 und einen auf 50 Hz abgestimmten Resonanzkreis 143. Die Röhre 141 ist dabei
als Kathodenstufe geschaltet, um ein über einen Kondensator 144 angekoppeltes Größenanzeigeinstrument
145 von dem Schwingkreis 143 zu trennen.
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Das Größenanzeigeinstrument 145 kann nun in bekannter Weise so geeicht
werden, daß es unmittelbar die Größe der Unwucht des Prüflings anzeigt. Da bei geöffneten
Schaltern 78 und 88 die zwischen den Kondensatoren 79 und 89 und dem Größenanzeigeinstrument
145 liegenden Schaltelemente vollkommen unabhängig von dem Ermittlungsvorgang der
Unwucht des Prüflings sind und da sich die Kondensatoren 79 und 89 kaum entladen,
bleibt die Anzeige des Größenanzeigeinstrumentes 145 auch noch bestehen, wenn die
den Prüfling tragende Welle 1 bereits wieder stillsteht. Damit wird jedoch das Auswuchten
des Prüflings wesentlich erleichtert, da der die Vorrichtung bedienende Arbeiter
sich keinerlei Vormerkungen machen muß. Besonders wesentlich ist dieser Umstand
auch, wenn aus irgendwelchen mechanischen Gründen der Prüfling nur an bestimmten
Stellen ausgewuchtet werden kann. In diesem Fall muß nämlich die ermittelte Größe
der Unwucht beispielsweise unter Zuhilfenahme von Tabellen od. dgl. in zwei Vektoren
zerlegt werden.
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Da die Winkellagen der Vektoren nur bei stehendem Prüfling ermittelt
werden können, bedeutet es eine wesentliche Erleichterung, daß das Anzeigeinstrument
145 auch zu diesem Zeitpunkt noch die entsprechende Anzeige liefert.
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Ebenso wie die Größe der Unwucht kann die Phasenlage der Unwucht
noch nach Beendigung des Auswuchtvorganges abgelesen werden. Dabei wird die Phasenlage
folgendermaßen ermittelt: Die vom Kondensator übertragene Wechselspannung wird einer
Röhren 170 und 171 enthaltenden Multivibratorschaltung als Steuerspannung zugeleitet.
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An der Anode der Röhre 171 tritt dementsprechend eine zu der Wechselspannung
phasengleiche Rechteckspannung auf, die mittels eines Kondensators 172 kleiner Kapazität
einem Widerstand 173 zugeleitet wird. Hierbei findet eine Differenzierung statt,
d. h., aus den Rechteckflanken entstehen kurze Impulse abwechselnder Polarität.
Von diesen Impulsen wird mittels einer Diode 174 jeweils der positive Anteil unterdrückt.
Die negativen Impulse gelangen über einen Widerstand 173' an das Gitter einer Röhre
175 und sperren diese.
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Der Röhre 175 ist eine Röhre 176 in Flip-Flop-Schaltung zugeordnet,
so daß in dem Moment, wo die Röhre 175 sperrt, die Röhre 176 leitend wird.
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Dieser Zustand hält so lange an, bis auf das Gitter der Röhre 176
ein negativer Impuls gelangt, der die Flip-Flop-Schaltung umsteuert. Diese weiteren
Impulse werden aus dem Netz gewonnen, indem die Klemme 154 der Sekundärwicklung
des Netztransformators 150 über einen Phasenwendeschalter 177 und einen hochohmigen
Widerstand 178 an das Gitter einer Röhre 179 gelegt wird. Da diese Röhre stark übersteuert
ist, führt ihre Anode Rechteckspannungen.
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Diese Rechteckspannungen werden mittels eines Kondensators 180 und
eines Widerstandes 181 differenziert, d. h. in Doppelimpulse verwandelt. Die posi-
tiven
Impulse werden von einer Diode 182 an Masse kurzgeschlossen.
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In den Anodenkreis der Röhre 175 ist nun ein Gleichstrommeßinstrument
183 eingeschaltet. Die Trägheit des Instrumentes 183 wird durch einen Kondensator
184 noch unterstützt, so daß das Instrument 183 den schnellen Stromschwankungen
mit einer Frequenz von 50 Hz nicht folgen kann und dementsprechend den mittleren
Wert der von der Röhre 175 abgegebenen Stromimpulse anzeigt. Dieser mittlere Wert
ist jedoch dem Zeitabstand der beiden negativen Impulse proportional und stellt
dementsprechend ein unmittelbares Maß für die Winkellage der Unwucht des Prüflings
dar. An Stelle des Größenanzeigeinstrumentes 145 und des Phasenwinkelanzeigeinstrumentes
183 oder zusätzlich zu diesen können Steuermittel für selbsttätige Einrichtungen
zur Beseitigung der Unwucht des Prüflings vorgesehen werden. Derartige Einrichtungen
sind allgemein bekannt. Sie können beispielsweise einen Fräser enthalten, der an
der entsprechenden Stelle des Prüflings eine entsprechende Massenmenge abfräst.