DE1270303B - Auswuchtmaschine - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

GOIm

Deutschem.: 42 k-33

1270 303
P 12 70 303.6-52
13. September 1960
12. Juni 1968

Dien Erfindung bezieht sich auf eine Auswuchtmaschine, bei der der zu ermittelnden Unwucht eines rotierenden Körpers eine bekannte Schwingungserregung überlagert wird und der Quotient aus der Summe von überlagerter Schwingung und Unwucht-Schwingung zur Unwuchtschwingung allein gebildet wird.

Diese Anordnung ist zweckmäßig für Auswuchtmaschinen, die in nur einer Ebene die Unwucht mit Hilfe einer bekannten Schwingungserregung ermitteln. Bei Wuchtkörpern, die in einer Auswuchtmaschine in mehreren Ebenen bei überkritischen Drehzahlen geprüft werden, mißt man die Unwucht im allgemeinen an den Ausschlägen der schwingfähigen Wuchtkörperlager während des Meßlaufs. Dabei pendelt der Wuchtkörper um den der Unwucht zugeordneten Schwingungsmittelpunkt, so daß ein Ausschlag des linken Wuchtkörperlagers zwangläufig einen Ausschlag am rechten Lager, beispielsweise in entgegengesetzter Richtung, hervorruft. Durch Messung und Vergleich der Größen dieser beiden Ausschläge läßt sich die Lage des Schwingungsmittelpunktes im Wuchtkörper bestimmen. Diese Kenntnis ist notwendig, damit die gegenseitige Beeinflussung der in den Lagern wirkenden Unwuchtstörkräfte in irgendeiner Weise eliminiert und restmomentfreie Unwuchtmeßergebnisse erhalten werden können. Zur Lösung dieser Aufgabe wurde zunächst ein mechanischer Rahmen vorgeschlagen. Jetzt ist es üblicher, die Größe der Störeinflüsse durch Tarierläufe, bei denen bekannte Unwuchten angesetzt werden, möglichst genau festzustellen und durch die sogenannte elektrische Rahmenschaltung aus der Unwuchtanzeige zu entfernen.

Es ist auch vorgeschlagen worden, den in einer Wuchtmaschine liegenden Körper mit seinen Lagern ohne Einwirkung der im Körper etwa vorhandenen Unwucht, also im Stillstand, in Schwingung zu versetzen und das Größenverhältnis der dadurch hervorgerufenen Lagerausschläge festzustellen, um damit eine für das richtige Unwuchtmeßergebnis notwendige Eichung vornehmen zu können.

Ziel der Erfindung ist es, die für die Einebenwuchtung ausreichende Maschine so weiterzubilden, daß sie für Mehrebenenwuchtung geeignet ist und die restmomentfreien Meßergebnisse auf einfachere Weise, vor allem ohne Tarierläufe, bezogen auf die Lagerebenen oder auf ausgewählte Wuchtkörperstellen, wo ein Ausgleich vorhandener Unwucht mit Vorteil vorgenommen werden kann, erhalten werden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schwingungsmessung in zwei Ebenen in jeder Ebene Auswuchtmaschine

Anmelder:

Carl Schenck Maschinenfabrik G. m. b. H.,

6100 Darmstadt, Landwehrstr. 55

Als Erfinder benannt:

Heinrich Hack, 6100 Darmstadt

von einem ersten Umformer die resultierenden Schwingungen der Unwucht und des Unwuchteinflusses der anderen Ebene, von einem zweiten Umformer die resultierenden Schwingungen von Unwucht, Unwuchteinfluß der anderen Ebene, bekannte Erregung und Einfluß der bekannten Erregung der anderen Ebene in elektrische Spannungsgrößen umgeformt werden, daraus die Einflußgröße der bekannten Erregung der anderen Ebene gewonnen und der Quotient aus dieser und der bekannten Erregung gebildet wird und mit der Unwuchtgröße der anderen Ebene multipliziert wird und aus diesem Produkt und der vom ersten Umformer gewonnenen Spannung die Differenz gebildet wird, die als Maß für die zu ermittelnde Unwucht pro Ebene einen Meß-, Anzeige- oder einem durch Steuerung des Ausgleichsvorganges dienenden Gerät zugeführt wird. Die Anteile können nämlich durch Differenzbildung miteinander verglichen werden und dabei eine Aussage über die unbekannte Unwucht vermitteln. Die Gleichungen (5) und (6) in der folgenden Beschreibung geben an, wie aus dem Größenverhältnis dieser beiden Schwingbewegungen, die auf Unwucht und zusätzlicher Erregung beruhen, sich die gesuchte Größe für den notwendigen Unwuchtausgleich ohne Schwierigkeit ermitteln läßt. Dafür sind einfache, selbsttätige Mittel anwendbar. Wichtig ist, daß mit Hilfe der Erfindung diejenigen Faktoren bestimmt bzw. beim Meßvorgang ausgeschaltet werden können, die auf die Unwuchtanzeige Einfluß haben, nämlich insbesondere die Masse und ihre Verteilung längs der Drehachse des Wuchtkörpers, ferner daß die Unwuchtgröße direkt erkennbar wird, und schließlich die Einheit, in der die Unwucht gemessen werden soll, durch die Einstellbarkeit der künstlichen Erregung nach Belieben gewählt werden darf.

Es ist zweckmäßig, die Vorrichtung für die zusätzliche Wuchtkörpererregung schwingfähig anzuordnen. Sie kann beispielsweise von elektromagnetischer Art

809 559/220

sein, die dem Wuchtkörper während des Meßlaufs Schwingungen gewünschter Größe und Richtung erteilt.

Zur eingehenderen Erläuterung der Erfindung und ihrer kennzeichnenden Merkmale sowie ihrer theoretischen Grundlagen und praktischen Verwirklichung dienen die schematischen Abbildungen.

Abb. 1 und 2 geben als Beispiel die Ansicht eines walzenförmigen Wuchtkörpers in schwingfähigen Lagern einer im übrigen nicht gezeichneten Auswuchtmaschine wieder;

A b b. 3 deutet die Konstruktion der Brückenständer in Seitenansicht für Wuchtkörperlager an, mit denen Aufwuchtmaschinen zur Durchführung der Erfindung versehen sein können;

A b b. 4 zeigt, wie sich die zusätzliche Erregung eines Wuchtkörperauflagers herbeiführen läßt;

A b b. 5 ist ein Schaltschema für die erfindungsgemäße automatische Unwuchteinrichtung;

A b b. 6 zeigt diagrammartig, daß die zusätzliche ao Erregung von den Lagerebenen in die Unwuchtausgleichsebenen oder -stellen des Wuchtkörpers verlegbar ist.

Der walzenförmige Wuchtkörper 1 liegt gemäß Abb. 1 mit seinem Zapfen in den bei überkritisch betriebenen Auswuchtmaschinen üblichen, z. B. durch Federn 3, schwingfähigen Auflagern 2 α und 2b. Die Federkonstanten der die beiden Auflager abstützenden Federn 3 seien jeweils so gewählt, daß die Eigenfrequenz jedes Auflagers unterhalb der Wuchtkörpermeßfrequenz liegt. Beim Meßlauf bewirke eine Unwucht 4 des Wuchtkörpers 1 in der Lagerebene E2a einen Ausschlag 5 gewisser Größe und in der LagerebeneE2b einen Ausschlage kleinerer Art in entgegengesetzter Richtung. Die Verbindungslinie der Spitzen beider Unwuchtvektoren 5 und 6 schneide die Drehachse 8 des Körpers 1 im Punkt 7. Die Lage dieses Schwingungsmittelpunktes, der in Ruhe verbleibt, hängt von der Lage des Angriffspunktes der Unwucht 4 am Wuchtkörper ab.

A b b. 2 veranschaulicht die in den Auflagerebenen EZa und E2b des Wuchtkörpers 1 angreifenden Kraftvektoren, die durch elektrische Spannungswerte charakterisiert sein können, wie es bei elektrisch messenden Auswuchtmaschinen allgemein üblich ist. In der Beschreibungseinleitung ist bereits dargelegt worden, daß während eines Meßlaufs der Wuchtkörper teils Unwuchtkräfte, teils Kräfte einer besonderen Erregung auftreten. Letztere erzeugt ein Erreger, für den an Hand der A b b. 3 und 4 ein Beispiel beschrieben wird.

Gemäß A b b. 2 greifen am linken und rechten Auflager in den Ebenen E2a und E2b die Unwuchtkräfte, dargestellt durch die Vektorenkomponenten UL und UR, an, die genau ermittelt werden sollen. Die Vektoren EL und ER stellen die zusätzliche Erregung von bestimmter Größe in bestimmter Richtung des linken bzw. rechten Wuchtkörperauflagers dar. Die Vektoren UL' und UR' sind die Meßgrößen derjenigen Unwuchtkräfte, die gemäß den Darlegungen zur A b b. 1 am gegenüberliegenden Lager auftreten. UL verursacht demgemäß den Vektor UL' in der Ebene E2b und UR den Vektor UR' in der Ebene E 2 a. EL' und ER' sind die entsprechenden Beeinflussungen durch die besondere Erregung in bestimmter Größe und Richtung. Die jeweiligen Größen dieser Vektoren werden auf übliche Weise, z. B. durch elektrodynamische Schwingungsaufnehmer, etwa von Tauchspulentyp Π bis Γ 4, in entsprechende elektrische Spannungen umgewandelt. Tl ist der Wandler für die Vektoren UL und UR', Ί2 mißt die Summe UL bis ER', Γ3 mißt UR + UL' und Γ4 die Summe UR bis EL'. Wenn die vom Wandler Tl erzeugte elektrische Spannung von der des Wandlers T 2 elektrisch subtrahiert und ebenso für die Wandler Γ 3 und Γ 4 verfahren wird, und zwar jedesmal unter Berücksichtigung der vorhandenen Phasenlagen, dann wird dadurch meßtechnisch ein Zustand erreicht, als ob ein unwuchtfreier Körper vorhanden sei. In mathematischer Formel ausgedrückt, bedeutet dies:

beziehungsweise

UL+ EL + VR' + ER' - (UL + UR!) =EL + ER'. UR+ ER + UU + EL' - (UR + UU) = ER + EU.

Die Vektoren EL und ER entsprechen der voreingestellten Erregungskraft, sind also ihrer Größe nach bekannt. Es ergibt sich somit, wenn Π bis Γ 4 jetzt als Meßgrößen eingeführt werden:

72 — Tl - EL = ER' (3)

Γ4 - Γ3 - ER = EU. (4)

Es verhalten sich

UL: UU' = EL: EU (5)

UR: UR' = ER:ER'. (6) Daraus folgt:

UL= UL'~ (7) und

UR= UR'. ^L. (8)

65

Wie dies schaltungstechnisch ausgeführt werden kann, ist aus A b b. 5 und ihrer Beschreibung zu entnehmen.

55

60 Zur Erläuterung eines Maschinenbeispiels für die Ausführung des erfindungsgemäßen Meßverfahrens dienen die schematischen A b b. 3 und 4.

Eine komplette Wuchtmaschine darzustellen erübrigt sich, da sie von den bisherigen Ausführungen nicht abzuweichen braucht.

A b b. 3 zeigt deshalb nur die Seitenansicht einer festen Lagerständerbrücke 40 und deren Lager 30 ein Wuchtkörperzapfen 31 aufgenommen ist. Eine aus zwei schräggestellten, durch ein Zwischenstück 35 miteinander verbundenen Blattfederpaaren 33 und 34 und 37 und 38 hergestellte Abstützung trägt auf einer Traverse 30 α das Lager 30. Das untere Stützfederpaar 37 und 38 ist an dem Teil 36 der Lagerbrücke 40 befestigt. Die Stützfederpaare sind derart einander entgegengesetzt schräggestellt, daß der im Meßlauf befindliche Wuchtkörper sowohl vertikale wie auch horizontale Schwingungen auszuführen vermag. Die vertikalen Schwingbewegungen der Brücke werden über ein Abfühlorgan 39' auf den elektrodynamischen Schwingungsaufnehmer 39 übertragen, der dem Wandlern oder T 3 in Abb. 2 entspricht. Die

horizontalen Schwingbeweguiigen der Brücke nimmt der elektrodynamische Schwingungsaufnehmer 41 mit dem Abfühlorgan 42 auf (entspricht dem Wandler Tl oder TA in Abb. 2). Dem Wandler 41 gegenüber befindet sich der an einer Blattfeder 43 an der Lagerbrücke 40 schwingfähig befestigte Erreger 45 mit Übertragungsorgan 46 für die nach Größe und Richtung bestimmten Schwingungen. Dem Prinzip nach kann ein solcher Erreger wie durch A b b. 4 veranschaulicht, ausgeführt sein. Was für eine Erregerart benutzt wird, ist für die Verwirklichung des Erfindungsgedankens unerheblich.

In Abb. 4 entspricht die Masse Ml auf der Feder 52 der schwingfähigen Masse des Gebildes 30 bis 38 in Abb. 3. Die andere Masse Ml auf der Feder 53 soll dem Aggregat 43 bis 45 entsprechen. Die beiden Massen Ml und Ml sind über die elektrisch erregbare magnetische Kraft der Spule 51 gekuppelt. Die Unwuchtkraft 55 des in der Auswuchtmaschine gelagerten Wuchtkörpers (Vektor UL oder UR) rotiert im Takt der Meßlauffrequenz um die Wuchtkörperachse α (Pfeil 55 α). Die zusätzliche Erregung mittels der elektromagnetisch arbeitenden Spule 51 erzeugt eine horizontal hin- und hergehende Kraft (Doppelpfeil 57). Bei gleicher Phasenlage addieren sich die Kräfte 55 und 57. Die Summenkraft wird von dem Aufnehmer 41 in Abb. 3 in elektrische Spannung gewandelt und kann hinsichtlich ihrer jeweiligen Größe an der Skala 56 angezeigt werden.

Die Wirkungsweise der geschilderten Anlageteile ergibt sich aus der Beschreibung des Schaltschemas gemäß A b b. 5. Die von einem üblichen Phasengeber 60 während der Meßläufe abgegebenen beiden Hilfswechselspannungen mögen um 90° phasenverschoben zueinander liegen und über den Umschalter 60 a und die Leitungen 61 und 62 mit je zwei elektrischen multiplikativen Elementen 63, 64 bzw. 65,66 verbunden sein. Die vom Wandlern abgegebene Wechselspannung wird über die Leitung 67 dem Element 65 und die vom Wandler Tl abgegebene Spannung über Leitung 68 dem Element 63 zugeführt. Die Spannung des Wandlers Γ 3 liegt über die Leitung 69 dem Element 66 und die Spannung des Wandlers Γ 4 über die Leitung 70 am Element 64. Direkt vom Phasengeber 60 werden über die Leitung 71 und die Verstärker 72 und 73 sowie die Leitungen 74 bzw. 75 die Spulen EL bzw. ER der zusätzlichen Erreger 45 an den Lagerständerbrücken 40 (A b b. 3) synchron und phasentreu zur Wuchtkörperfrequenz erregt. Die von den multiplikativ wirkenden Elementen 65 und 66 abgegebenen Spannungen werden über die Leitungen 76,77 den Verstärkern 78, 79 zugeführt und aus ihnen, galvanisch getrennt, zweimal entnommen. Über die Leitung 80 ist der eine Verstärkerausgang mit Element 63 so verbunden, daß sich die beiden Spannungen aus den Teilen 63 und 78 subtrahieren. Außerdem ist der Verstärker 78 über die Leitung 81 mit einer der Erregung (EL) entsprechenden Spannung zur Subtraktion verbunden, so daß über die Leitungen 82 und 83 dem dividierenden Element 84 der Betrag TI—TI—EL zuströmt. Über die Leitung 85 ist, wie erwähnt wurde, das Element 79 mit dem Element 64 verbunden und über die Leitung 86 mit der Erregung (ER), so daß zu dem dividierenden Element 89 über die Leitungen 87 und 88 der Betrag T4-T3—ER kommt. Über die Leitungen 90, 91 wird die Spannung (EL) auch dem Element 89 zugeführt, wodurch der Quotient
Γ4 - Γ3 - ER EL

gebildet werden kann. Über die Leitungen 92 und 93 gelangt die dem Wert (ER) entsprechende Spannung zum Element 84, so daß dort der Quotient

Tl-Tl- EL ER

entsteht. Der Quotient des Elementes 84 wird über die Leitungen 94,95 einem multiplizierenden Element 96 zugeführt. Die dem Betrag UR entsprechende Spannung wird über die Leitungen 97, 98 dem Element 96 zugeführt. Von der Ausgangsspannung des Elements 96 wird über die Leitungen 99,100 der Betrag Tl subtrahiert, so daß am Meßgerät 101 die der Unwucht UL entsprechende Spannung anliegt. Für die Unwucht UR verfährt man entsprechend. Der in Element 89 gebildete Quotient gelangt über die Leitungen 102,103 zum multiplizierenden Element 104. Die der Unwucht entsprechende Spannung wird über die Leitungen 105,106 ebenfalls dem Element 104 zugeführt. Über die Leitungen 107 und 108 wird der Betrag der Spannung T 3 subtrahiert und das Ergebnis zum Meßgerät 109 für die Unwucht UR geleitet.

Bei der Messung der Unwucht in Komponenten zeigt das Gerät 101 den Betrag ULs, das ist der Wert der Unwucht im linken Wuchtkörperauflager in senkrechter Komponente, und das Gerät 109 den Betrag URs, das ist der Wert der Unwucht im rechten Wuchtkörperauflager in senkrechter Komponente, unmittelbar an. Nach Umlegung des Schalters 60 a werden die Beträge ULw und URw angezeigt (w = waagerechte Komponente).

Für die polare Unwuchtmessung sind zwei übliche Phasengeber 60 mit drehbarem Stator vorgesehen. Wenn die Spule S die Erreger steuert, muß die waagerechte Komponente der Unwucht auf Null eingestellt werden, so daß in der senkrechten Komponente Unwucht und Erreger in Phase liegen.

Die restmomentfreie Unwuchtsmessung läßt sich mit den Mitteln der Erfindung auf jede beliebige Wuchtkörperebene oder -stelle beziehen, ähnlich wie es auf Auswuchtmaschinen mit unterkritischer Unwuchtmessung geschieht. Die Meßgeräte 101 und 109 können in Gramm-Ausgleichsgewicht oder anderen Maßeinheiten geeicht sein. Für die Transformation der Kräfte aus den Lagerebenen in die Ausgleichsebenen lassen sich Einrichtungen, wie sie beispielsweise aus der französischen Patentschrift 1 207 643 bekannt sind, mit Vorteil einsetzen.

Es ist auch möglich, die Kräfte der künstlichen Erregung, von denen die Vektoren EL und ER herrühren, entsprechend ihren Abständen α bzw. b von den Ausgleichsebenen oder -stellen des Wuchtkörpers (A b b. 6) und dem Abstand d der Meßstellen voneinander einzustellen und auf diese Weise eine resultierende Erregungswirkung E_Result zu erzielen, die ein Erreger in einer Ausgleichsebene hervorbringt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Auswuchtmaschine, bei der der zu ermittelnden Unwucht eines rotierenden Körpers eine bekannte Schwingungserregung überlagert wird

und der Quotient aus der Summe von überlagerter Schwingung und Unwuchtsschwingung zur Unwuchtsschwingung allein gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Schwingungsmessung in zwei Ebenen in jeder Ebene von einem ersten Umformer die resultierenden Schwingungen der Unwucht und des Unwuchteinflusses der anderen Ebene, von einem zweiten Umformer die resultierenden Schwingungen von Unwucht, Unwuchteinfluß der anderen Ebene, bekannte Erregung und Einfluß der bekannten Erregung der anderen Ebene in elektrische Spannungsgrößen umgeformt werden, daraus die Einflußgröße der bekannten Erregung der anderen Ebene gewonnen und der Quotient aus dieser und der bekannten Erregung gebildet wird und mit der Unwuchtgröße der anderen Ebene multipliziert wird und aus diesem Produkt und der vom ersten Umformer gewonnenen Spannung die Differenz gebildet wird, die als Maß für die zu ermittelnde Unwucht pro Ebene einem Meß-, Anzeige- oder einem zur Steuerung des Ausgleichsvorganges dienendem Gerät zugeführt wird.

2. Auswuchtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bekannte Schwingungserregung einstellbar ist.

3. Auswuchtmaschine nach Anspruch 1 oder 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für die Schwingungserregung vorgesehene Vorrichtung (45, Sl) schwingfähig angeordnet ist.

4. Auswuchtmaschine nach Anspruch 1 mit Phasengeber für die polare Unwuchtmessung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Phasengebern vorgesehen ist.

5. Auswuchtmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe eines Wechselschalters die waagerechten und senkrechten Komponenten der Unwucht pro Ebene getrennt angezeigt werden können.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 839 563, 880 509,
887276;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1044 531;
französische Patentschrift Nr. 1201955;
britische Patentschrift Nr. 828 613;
schweizerische Patentschrift Nr. 260 390.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

809 559/220 5.68 © Bundesdruckerei Berlin