DE2230638A1 - Auswuchtgeraet - Google Patents

Description

Auswucht gerät

Die Erfindung "bezieht sich auf ein Gerät zum Auswuchten rotierender, im Schwerpunkt drehbar gelagerter Massen, insbesondere von Kreiselschwungrädern "bzw. -rotoren.

Sie hat auch Verfahren zur UnwuchtbeStimmung bzw. zum Auswuchten rotierender Massen zum Gegenstand, insbesondere des Schwungrades bzw. Rotors von Kreiseln, welche ein sogenanntes freies Schwungrad bzw. einen freien Rotor und mindestens einen Aufnehmer zur Feststellung der Neigung des Schwungrades bzw. Rotors gegenüber einer zur Schwungrad- bzw. Rotordrehachse senkrechten Achse oder Ebene aufweisen. Solche Kreisel mit einem über ein Biegegelenk gelagerten Schwungrad bzw. Rotor sind bekannt (US-PS Ur. 3 077 785 und 3 354 726).

Kreisel werden bekanntlich zur Trägheitsnavigation von Flugzeugen und Raumfahrzeugen verwendet. Auf Grund der einfachen Betriebsweise, der geringen Größe und des niedrigen Gewichtes sind insbesondere Kreisel mit freiem Schwungrad bzw. Rotor und Biegegelenk für die Verwendung bei Träg-

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heitsnavigationsplattformen geeignet, wo eine hohe Genauigkeit bei geringem Leistungsbedarf, geringer Größe und niedrigem Gewicht erforderlich ist. Bei diesen Kreiseln ist das Schwungrad bzw. der Rotor im Schwerpunkt an einem Biegegelenk angebracht, über welches das Schwungrad bzw. der Rotor in Umdrehung versetzt wird, gleichzeitig jedoch auch universell gelagert ist, so daß ein Kippen in jeder Richtung möglich ist. Unterhalb des Schwungrades bzw. Rotors sind Aufnehmer vorgesehen, welche Neigungs- und Rollsignale liefern und den Ab-'stand des Schwungrades bzw. Rotors vom jeweiligen Aufnehmer angeben.

Wegen der geringen Größe des Schwungrades bzw. Rotors haben Herstellungsungenauigkeiten einen großen Einfluß auf Unwuchten. Generell sind Unwuchten bezüglich des mittleren Lagerungspunktes vom Schwungrad bzw« Rotor insofern unerwünscht, als dadurch das Schwungrad bzw. der Rotor gegenüber Beschleunigungen in Richtung der und senkrecht zur Schwungrad- bzw. Rotordrehachse empfindlich wird. Der Kreisel soll Orientierungs- bzw. Richtungswechsel feststellen, nicht jedoch eine lineare Beschleunigung.

Bestimmte Unwuchtarten sind einfacher festzustellen, da fehlerhafte Vibrationen des Schwungrades bzw. Rotors über den gesamten Kreisel übertragen werden und Vibrationen in einem Wandler hervorrufen können. Bei einem Kreisel mit Biegegelenk wird jedoch der größte Teil der kleineren Vibrationen eben durch das Biegegelenk weggedämpft, so daß diese Vibrationen nicht über das Biegegelenk hinaus gelangen und außen gemessen werden können.

Kreiselunwuchten werden durch Entfernen oder Zugabe von Material an bestimmten Stellen des Schwungrades bzw. Ro-

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tors korrigiert. Üblicherweise geschieht dies durch Bohren und/oder Anbringen kleiner Gewichte. Unabhängig von der Art der Unwuchtkorrektur wird diese stets unabhängig von der Unwuchtbestimmung vorgenommen und mit einem anderen Gerät durchgeführt. Fehler des Bedienungspersonals werden in das Prüf- und Korrekturverfahren eingeführt, bei dem in weitem Umfang iterativ gearbeitet wird, welches also bei einem sehr genauen Auswuchten sehr zeitraubend ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die geschilderten Nach-· teile zu beheben und ein automatisches Auswuchten, d. h. Unwuchtbestimmen und -korrigieren, bei rotierenden, im Schwerpunkt drehbar gelagerten Massen, insbesondere Kreiselschwungrädern bzw. -rotoren, zu ermöglichen, und zwar mit leichtem, einfachem Gerät und schnell.

Dies ist mit einem Gerät der eingangs angegebenen Art erreicht, welches durch die im Hauptanspruch aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gerätes sind den Ansprüchen 2 bis 11 zu entnehmen.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist also das umlaufende Kreiselschwungrad bzw. der umlaufende Kreiselrotor in einer mit einem Gas niederer Viskosität und geringer Dichte gefüllten Prüfkammer untergebracht, welche an einem Support vorgesehen ist, der mit einem Rütteltisch winklig einstellbar verbunden ist. Die Kammer ist von einem Deckel mit mehreren Fenstern umschlossen, vor denen leistungsfähige Laserköpfe oder Laser angeordnet sind, und zwar am Support. Die Laserköpfe bzw. Laser sind so gerichtet, daß sie an bestimmten Stellen des Kreiselschwungrades bzw. -rotors ,jeweils eine bestimmte Massenmenge abbrennen. Die Laserköpfe

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bzw. Laser liegen einander diametral gegenüber und treffen mit ihren Strahlen oberhalb bzw. unterhalb desjenigen Punktes oder derjenigen Ebene auf das Schwungrad bzw. den Rotor auf, um den bzw. bezüglich welcher das Schwungrad bzw. der Rotor mittels des Biegegelenks beweglich gelagert ist. Bei einer anderen Ausführungsform kann zusätzlich ein dritter Laserkopf bzw. Laser zwischen den beiden anderen vorgesehen sein, der mit seinem Strahl auf einen neutralen Punkt in derjenigen Ebene, der sogenannten Kippebene, des Schwungrades bzw. Rotors gerichtet ist, bezüglich welcher das Schwungrad bzw. der Rotor kippen kann. Entsprechend dem Ergebnis der Unwuchtmessungen wird einer oder werden mehrere Laserköpfe bzw. Laser kurzzeitig eingeschaltet, und zwar jeweils in einer bestimmten Drehstellung des umlaufenden Schwungrades bzw. Rotors. Eine geringe Massenmenge wird vom metallischen Schwungrad bzw. Rotor sofort geschmolzen und verdampft. Um zu gewährleisten, daß das verdampfte Metall nicht wieder auf das Schwungrad bzw. den Rotor zurückfällt und dieses bzw. diesen verunreinigt, wird Druckgas auf die jeweilige Abbrandstelle gerichtet, um das explodierte Metall in Richtung auf einen Kollektor mit einer Wand aus Styroschaum zu blasen, welcher das geschmolzene Metall einschließt.

Ein Sicherheitssystem verhindert zwei aufeinander folgende Abbrände an derselben Schwungrad- bzw. Rotorstelle. Letzteres wäre mit der Gefahr verbunden, daß das Schwungrad bzw. der Rotor durchlocht wird, so daß das empfindliche Innere des Kreisels einem weiteren möglichen Abbrand durch das Loch ausgesetzt wäre. Das Sicherheitssystem weist eine einen dünnen Lichtstrahl liefernde, auf den Aufprallpunkt des Strahls vom zugehörigen Laserkopf bzw. Laser auf dem Schwungrad bzw. Rotor gerichtete Lichtquelle und ein lichtempfindliches Element zur Aufnahme reflektierten Lichtes der Lichtquelle auf.

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Trifft der dünne Lichtstrahl der Lichtquelle auf einen Abbrand, dann wird er zurückgehalten bzw. durch innere Reflektionen im Abbrandkrater partiell abgelenkt, worauf das lichtempfindliche Element anspricht.

Zur Bestimmung der Massenunwucht eines drehbar gelagerten, freien Schwungrades bzw. Rotors in einem Kreisel mit Aufnehmern zur Feststellung der Neigung des Schwungrades bzw. Rotors bezüglich zweier orthogonaler Achsen, welche in einer zur Schwungrad- bzw. Rotordrehachse senkrechten Ebene verlaufen, wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß die Drehachse parallel zur Erddrehachse und eine der beiden Bezugsachsen so nahe wie möglich zur Senkrechten ausgerichtet und die Neigung des Schwungrades bzw. Rotors gegenüber den beiden Achsen aufgezeichnet wird, worauf die Bezugsebene um die Drehachse um 90° gedreht wird, so daß die andere Bezugsachse so nahe wie möglich an der Senkrechten liegt, die Neigung des Schwungrades bzw. Rotors gegenüber den beiden Achsen aufgezeichnet und die Massenunwucht desselben aus den Neigungen in den beiden Stellungen berechnet wird.

Dabei wird die Massenunwucht MUB nach der Gleichung: D „ - D- - D - + D

■V-O TTM ·ν*Ί

MUB = ²^ ^¹ -^¹

2 cos θ

berechnet, wobei D- und Dp die Neigung bezüglich der einen Achse und D- sowie D ~ die Neigung bezüglich der anderen Achse in der ersten bzw. zweiten Stellung der Bezugsebene darstellen, ferner θ den Winkel bedeutet, welchen die parallel zur Erddrehachse ausgerichtete Schwungrad- bzw. Rotordrehachse mit der lokalen Horizontalen einschließt.

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Zur Bestimmung der radialen Unwucht eines drehbar gelagerten, freien Schwungrades bzw. Rotors in einem Kreisel mit mindestens einem Aufnehmer zur Feststellung der Neigung des Schwungrades bzw. Rotors bezüglich einer zu dessen Drehachse senkrechter Achse wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß die Drehachse parallel zur Erddrehachse ausgerichtet und der Kreisel mit einer Bewegungskomponente in Richtung der Drehachse und einer Frequenz gleich der Umlaufgeschwindigkeit des Schwungrades bzw. Rotors hin- und herbewegt wird, wobei zwischen der Frequenz und der Umlaufgeschwindigkeit eine Phasenverschiebung vorgenommen wird, bis sich am Aufnehmer eine der radialen Unwucht entsprechende größte Neigung ergibt.

Dabei wird die Neigung des Schwungrades bzw. Rotors mit und ohne oszillierende Bewegung desselben festgestellt und die radiale Unwucht RUB nach der Gleichung:

RUB - ^{x2 3}

2 cos θ

berechnet, wobei D >, die Neigung gegenüber dem Aufnehmer ohne oszillierende Bewegung und D ₂ die größte Neigung gegenüber dem Aufnehmer nach der Phasenverschiebung bei oszillierender Bewegung darstellen, ferner θ den Winkel zwischen der parallel zur Erddrehachse ausgerichteten Schwungrad- bzw. Rotordrehachse und der lokalen Horizontalen bedeutet.

Beim Auswuchten des drehbar und gegenüber einer zur Drehachse senkrechten Ebene kippbar gelagerten Schwungrades bzw. Rotors eines Kreisels wird erfindungsgemäß so vorgegangen, daß die radiale Unwucht RUB, die Massenunwucht MUB und

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die Modulationsunwucht MOD des rotierenden Schwungrades bzw. Rotors gemessen werden und dann entsprechend den Meßergebnissen am Umfang des Schwungrades bzw. Rotors Material mittels Laserstrahl abgebrannt wird, und zwar

a) an einer einzigen Stelle entsprechend der radialen Unwucht RUB und ober- bzw. unterhalb der Schwungradbzw. Rotorkippebene liegend;

b) zur Behebung nur der Massenunwucht MUB an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen oberhalb oder unterhalb der Schwungrad- bzw. Rotorkippebene, welche denselben Abstand von der Kippebene aufweisen;

c) zur Behebung nur der radialen Unwucht RUB an zwei übereinanderliegenden Stellen oberhalb und unterhalb und in demselben Abstand von der Schwungrad- bzw. Rotorkipp ebene;

d) zur Behebung nur der Modulationsunwucht MOD an zwei einander diametral gegenüber und oberhalb bzw. unterhalb von der Schwungrad- bzw. Rotorkippebene liegenden Stellen, welche denselben Abstand von der Kippebene aufweisen.

Die Modulationsunwucht MOD kann unmittelbar festgestellt werden, und zwar durch Demodulation eines der Aufnehmersignale.

Mit dem erfindungsgemäßen Auswuchtverfahren ist es möglich, alle drei Unwuchten RUB, MUB und MOD mit einem Minimum an Laserabbränden zu beseitigen. Dabei kommen höchstens vier Abbrandmuster bzw. -Verteilungen zur Anwendung. Die La-

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serkorrekturen "bzw. -abbrände werden so lange vorgenommen, bis die Unwuchten jeweils innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegen. Je nach den ermittelten Unwuchtarten wird automatisch die Reihenfolge der Muster bzw. Verteilungen der vorzunehmenden Abbrände festgelegt.

Nachstehend ist die Erfindung an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben. Darin zeigen:

Pig. 1 ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Auswuchtgerätes;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Gerätes gemäß Fig. 1;

Fig. 3 den Querschnitt entlang der Linie 3-3 durch das Gerät gemäß Fig. 2;

Fig. 4- einen Längsschnitt durch einen Kreisel mit Biegegelenk, welcher mit dem Gerät gemäß Fig. 1 bis 3 ausgewuchtet werden kann;

Fig. 5 und 6 jeweils schematisch die bevorzugte Bestimmung der radialen Unwucht RUB bzw. der Massenunwucht MUB;

Fig. 7 schematisch die Neigung der Modulationsebene gegenüber einem festen Punkt am Kreiselschwungrad bzw -rotor;

Fig. 8 schematisch eine Unwuchtkorrektur mit drei Laserköpfen;

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Pig. 9 schematisch vier Abbrandmuster bzw. -Verteilungen, wie sie beim Gerät gemäß Pig. 1 bis 3 zur Anwendung kommen können;

Pig. ΊΟ bis 13 jeweils einen Teil des bei der selbsttätigen Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anwendung kommenden Datenfluß- und Programmablaufplans.

Bei dem Auswuchtgerät gemäß Pig. 1 bis 3» welches also zur Bestimmung und Korrektur von TJnwuchten dient, ist ein Kreisel 10 so angeordnet, daß der umlaufende Rotor, d. h. das umlaufende Schwungrad mit gebündelten Strahlen kohärenten Lichtes hoher Energie beaufschlagbar ist, welche in Laserköpfen 11 erzeugt werden. Ein Computer 13 steuert die Laserköpfe und schaltet entsprechend festgestellten Kreiselunwuchten einen oder mehrere Laserköpfe ein, so daß dieser bzw. diese jeweils einen Lichtstrahl abgeben und das Schwungrad damit beaufschlagen. Dies geschieht über einen Auswahlschalter 14. Die Lage einer Abbrandstelle am Schwungradumfang in Umfangsrichtung ist von demjenigen Zeitpunkt abhängig, an welchem während einer Schwungradumdrehung der den jeweiligen Abbrand bewirkende, feststehende Laserkopf 11 eingeschaltet wird. Der Computer 13 bestimmt diese Lage in Umfangsrichtung auf Grund der Unwuchtmessungen, und ein logischer Zeitgeber 15 schaltet eine Energiequelle 17 für die Laserköpfe 11 im richtigen, der vorgegebenen Umfangslage entsprechenden Augenblick ein.

Wie im einzelnen aus Pig. 2 und 3 ersichtlich, sind vorteilhafterweise zwei einander gegenüberliegende, auf gegenüberliegende Seiten des Kreisels 10 gerichtete Laser 11a und 11b vorgesehen. Der Kreisel 10 ist in einer dicht abgeschlossenen Kammer untergebracht, welche von einem Deckel 18

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umschlossen ist. Der Deckel 18 ist an der oberen Plattform 19 eines winklig einstellbaren Supportes 20 befestigt. Der Support 20 ermöglicht meßbare Drehungen um drei orthogonale Achsen 21, 22 und 23· Die Drehachse des Kreisels 10 fällt im allgemeinen mit der Achse 21 zusammen, so daß die Drehachse in jede gewünschte Richtung ausgerichtet werden kann. Der Support 20 ist an einem Rütteltisch 26 angebracht, welcher senkrechte Führungen und einen Exzentermotor aufweist, so daß der Support 20 und der davon getragene Kreisel 10 senkrecht hin- und herbewegt werden können, und zwar mit einer bestimmten Frequenz.

Während der Prüfung wird die erwähnte Kammer über einen Anschluß 28 im Deckel 18 mit einem Gas geringer Dichte und Viskosität, beispielsweise Helium, gefüllt. Dichte Gasgemische, wie beispielsweise Luft,sind deswegen unerwünscht, da sie Widerstände und andere iurbulenzwirkungen hervorrufen, wodurch Kreiselbewegungen auf Grund von Unwuchten gedämpft oder verschleiert werden können. Gemäß Fig. 3 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Deckels 18 Laserfenster 29a und 29b vorgesehen. Der vom Laser 11a kommende Strahl kollimatierten, kohärenten Lichtes tritt durch ein optisches System und das Fenster 29a, um auf die Schwungradoberfläche des Kreisels 10 an einem scharf eingestellten Punkt aufzutreffen. Das optische System 51 weist eine bikonkave Zerstreuungslinse 32, sine anschließende, rekollimatierende, bikonvexe Sammellinse 33 und schließlich eine bündelnde, bikonvexe Sammellinse 34 auf, um an der Oberfläche des Kreisels 10 einen Punkt intensiver Strahlungsenergie zu gewährleisten. Der Laser 11b weist ein ähnliches optisches System auf,

Innerhalb des Deckels 18 ist eine Pumpe 37 vorgesehen_s welelis durch zwei Röhren 3& die Laserbrennstellen mit

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jeweils einem Druckgasstrom beaufschlagt. Jeder Strahl ist
so gerichtet, daß durch Laserabbrand vom Schwungrad entferntes Material vom Kreisel weggeblasen wird, und zwar zu einem Kollektor 39 hin. Dieser besteht vorzugsweise aus Styroschaum, welcher eine unregelmäßige Oberfläche aufweist, die bei Berührung mit dem verdampften oder geschmolzenen Metall schmilzt
und das Metall festhält, so daß eine Verschmutzung des Kreisels vermieden ist. Die Wand aus Styroschaum kann leicht bogenförmig gekrümmt sein, so daß sich eine Metall sammelt asche bildet.

Gemäß Fig. 2 liegen die Punkte 41 und 42, auf welche die Laser 11a und 11b gerichtet sind, auf derselben Geraden
einander gegenüber, jedoch in der Höhe gegeneinander versetzt, und zwar liegen die beiden Punkte 41 und 42 mit denselben Abständen oberhalb bzw. unterhalb der zur Zeichnungsebene der Hg. 2 senkrechten Kippebene f dar, welche den gewünschten Schwerpunkt enthält und senkrecht zur Drehachse
des Kreisels 10 orientiert ist.

Gemäß Fig. 1 ist eine Sicherheitsschaltung 45 vorgesehen, welche ein Abschalten der Laserköpfe 11 von der Energiequelle 1? bewirkt, wenn der Zeitgeber 15 einen Punkt am
Umfang des Schwungrades auswählt, an dem bereits ein Abbrand stattgefunden hat. Schwungräder haben in der Regel einen dünnen Umfangsflansch, welcher bei mehreren, aufeinanderfolgenden Abbränden an derselben Stelle leicht durchbrennt, so daß das Innere des Kreisels freigelegt wird. Gemäß Fig. 3 ist
zur Feststellung eines von einem früheren Abbrand herrührenden Kraters eine Quelle 46 für kollimatiertes Licht vorgesehen, beispielsweise ein kleiner Ziellaser, welche auf den
Punkt 41 bzw. 42 gerichtet ist. Weiterhin ist ein lichtempfindliches Element 47 vorgesehen, beispielsweise eine Foto-

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diode, welches in einem solchen Winkel angeordnet ist, daß .es das von der zugehörigen Lichtquelle 46 abgegebene, yom Außenumfang des Schwungrades des Kreisels 10 reflektierte Licht empfängt. Nur glattes Metall reflektiert gut. Liegen Abbrandkrater vor, dann wird der dünne Lichtstrahl eingefangen oder durch vielfache innere Eeflektionen innerhalb des Kraters abgelenkt, so daß das Element 47 nicht genügend reflektiertes Licht erhält. In diesem lall geht der Sicherheit sschaltung 45 ein Signal zu, so daß die Verbindung zwischen dem Laser 11a bzw. 11b und der Energiequelle 17 unterbrochen wird. Weiterhin geht dem Zeitgeber 15 von der Sicherheit sschaltung 45 ein Signal zu, so daß die Stelle für den folgenden Laserabbrand beispielsweise um + 1° von der gewählten Stelle zu einer etwa äquivalenten Stelle verschoben wird.

An einem Pult 51 (I¹Ig- 1) kann Bedienungspersonal verschiedene Prüfvorgänge zur Unwuchtbestimmung starten und stoppen. Weiterhin werden dem Computer 13 von daher Unwuchtinformationen eingegeben, so daß er die geeignete Anzahl und jeweilige Stelle von vorzunehmenden Laserabbranden festlegen kann, um die Unwuchten zu korrigieren. Am Pult 5I werden Unwuchten mittels des Supportes 20 auf noch zu schildernde Art und Weise festgestellt. Die Frequenz der Hin- und Herbewegung des Rütteltisches 26 wird über eine Energiequelle 53 geregelt, welche vom Computer 13 gesteuert ist. Die Energiequelle 53 ist mit dem Rütteltisch 26 über einen Phasenschieber 52 verbunden. Dieser verändert zur Bestimmung radialer Unwucht die Phasendifferenz zwischen der Rütteltischvibration und der Rotation des Kreisels bzw. Schwungrades. Die Modulationsunwucht wird von einem Demodulator 54 festgestellt, welcher die Modulationsamplitude eines Aufnehmersignals feststellt, wenn keine Vibrationen vom Rütteltisch 26 vorliegen.

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Der Kreisel 10 gemäß Fig. 4 weist ein Gehäuse mit einem Ringflansch 61, einer zylindrischen Hülse 62 und einer sich nach unten erstreckenden, zylindrischen Schürze 63 auf. Am Außenumfang des Flansches 61 kann eine nicht dargestellte, obere "Verschlußkappe angebracht sein, wobei in dem so gebildeten oberen Hohlraum das Schwungrad .64- des Kreisels und Aufnehmer 65 angeordnet sind. Der Flansch 61, die Hülse 62 und die Schürze 63 sind koaxial zueinander und zu einer Dreh- oder Bezugsachse s angeordnet, welche senkrecht durch den Kreisel in der Zeichnungsebene der Fig. 4 läuft.

An beiden Enden der Hülse 62 ist ein Kugellager 67 bzw. 68 angeordnet, und zwar zur axialen und radialen Lagerung einer hohlen Antriebswelle 71» welche um die Achse s umläuft. Am unteren Ende der zylindrischen Schürze 63 ist ein konventioneller Elektromotor zum Antrieb der Welle 71 angeordnet. Die Statorwicklungen 72 des Motors sind an der Innenfläche der Schürze 63 befestigt. Der Motor weist eine zylindrische Nabe 73 auf, welche koaxial an der Welle 71 "vorgesehen ist, und zwar darauf mit Preßsitz sitzend. Die Nabe 73 ist mittels einer Mutter 74 oder dergleichen gegen den Innenlaufring des Kugellagers 68 gedrückt. Die Mutter 74 ist auf das untere Ende der Welle 71 aufgeschraubt und liegt in einer Ausnehmung 75 der Habe 73. Die Erregung der Statorwicklungen 72 bewirkt, daß die Habe 73 und die Welle 71 um die Achse s umlaufen.

Das Schwungrad 64 ist mittels einer kardanischen Aufhängung 77 gehalten, welche einen Ringflansch 80 und einen zylindrischen, sich nach unten erstreckenden Schaft 68 aufweist, der in der hohlen Welle 71 sitzt und damit durch eine Schraube 79 verbunden ist. Der Rotor bzw. das Schwungrad 64 ist mit dem Flansch 80 über ein Biegegelenk 81 ver-

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bunden, welches aus einem Zylinder aus elastischem Federmetall hergestellt ist, welcher zwischen dem Rotor und dem Flansch 80 mit einer ringförmigen Einkerbung versehen ist. Wird also das Schwungrad 64 von der Welle 71 über das Biegegelenk 81 angetrieben, dann kann das Schwungrad 64 gegenüber der Kippebene f unter der Wirkung eines Drehmomentes kippen.

An der unteren Seite des Schwungrades 64 ist eine Ringbahn 82 vorgesehen, welche als Rücklaufweg für die Aufnehmer 65 dient. Jeder Aufnehmer 65 weist Primär- und Sekundärwicklungen auf, die auf einem U-förmigen Kern angeordnet sind. Die Pole des Kernes sind neben der Ringbahn 82 angeordnet, so daß der Fluß durch den Luftspalt zwischen dem Kern und der Bahn 82 gesteigert und vermindert wird. Wird also die Primärwicklung durch ein Frequenzsignal erregt, dann variiert die Amplitude des Signals der Sekundärwicklung entsprechend der Entfernung der Bahn 82 von dem jeweiligen Aufnehmer. In der Regel sind vier Aufnehmer 65 vorhanden, in Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt, so daß also jeweils zwei benachbarte Aufnehmer 65 einen Winkel von 90° einschließen. Durch Vergleich der Signale jeweils zweier einander gegenüberliegender Aufnehmer 65 läßt sich ein Rollen bzw. eine Neigung des Schwungrades 64 feststellen. Die Signale der Aufnehmer 65 werden im Betrieb als Fehlersignale verwendet, um nicht dargestellte Drehmomentmotoren anzutreiben bzw. zu steuern, welche die Orientierung des Kreiselgehäuses oder -rahmens ändern, um das Schwungrad 64 wieder in die Kippebene f zu bringen. Der den Motoren zugeführte Strom ist ein Maß für die Drift oder den Orientierungswechsel bezüglich zweier orthogonaler Bezugsachsen.

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Am Umfangsflansch 64a des Schwungrades 64 sind vier dunkle Stellen 83, 84, 85 und 86 sichtbar. Diese können zur Verdeutlichung der Arten von Unwucht dienen, welche erfindungsgemäß festgestellt und beseitigt wird. Nimmt man an, daß eine der Stellen einen einzigen schweren Punkt darstellt, dann ergibt sich eine gewöhnliche radiale Unwucht RUB.

Diese Art von Unwucht wird bei umlaufenden Bauteilen normalerweise durch übliche Aufnehmerwandler an den Supporten festgestellt. Sie wird ebenfalls üblicherweise auf kon- " ventionellem Wege beseitigt, beispielsweise durch Drehen, Schleifen, Einfüllen oder Zugeben von Gewichten. Diese Art von Unwucht wird bei Kraftfahrzeugreifen durch das übliche Auswuchten beseitigt.. Das Vorliegen der radialen Unwucht RUB bedeutet, daß in einer zur Achse χ parallelen und diese enthaltenden Ebene auf der einen Seite der Achse s mehr Masse vorhanden ist als auf der anderen.

Nimmt man an, daß an den dunklen Stellen schwere Punkte paarweise vorliegen, dann ergeben sich Unwuchten bezüglich des Biegegelenks 81. Es sei angenommen, daß dies bezüglich der dunklen Stellen 83 und 84 bzw. 85 und 86 der Fall wäre. Es ergibt sich dann keinerlei Vibration, da das irgend einem schweren Punkt zuzuordnende Drehmoment um das Biegegelenk 81 vom anderen ausgeglichen wird. Das Vorliegen eines dieser beiden Paare bedeutet jedoch, daß oberhalb bzw. unterhalb der Biegeebene f mehr Masse als unterhalb bzw. oberhalb davon vorhanden ist. Das Schwungrad 64 ist somit gegenüber Beschleunigungen in Richtung der Achse f empfindlich. Diese Art von Unwucht MUB entlang der Drehachse konnte bisher nicht wirksam festgestellt und auf übliche Weise beseitigt werden.

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Das Schwungrad 64 kann darüber hinaus noch eine andere Art von Unwucht aufweisen. Beispielsweise sei angenommen, daß ein Paar dunkler Stellen, welche diagonal "bezüglich der Achse f liegen, schwere Punkte sind, beispielsweise die Stellen 84 und 85· Ist das Moment jedes einzelnen schweren
Punktes eines solchen diagonalen Paares gleich bezüglich des Biegegelenkes 81, dann ergibt sich weder eine Unwucht EUB
noch eine Unwucht MUB. Steht das Schwungrad 64 still, dann
existiert keine falsche' Neigung, und das Schwungrad ist gegenüber linearen Beschleunigungen nicht empfindlich, wie bezüglich der Unwuchten EUB und MUB der Fall. Läuft jedoch das Schwungrad 64 kontinuierlich um, dann sind die Stellen 84 und 85 jeweils einer radial nach außen gerichteten Zentrifugalkraft unterworfen. Die Eichtung einer solchen Kraft liegt
parallel zu jedoch nicht in der Biegeebene f. Die auf die
Stellen 84 und 85 einwirkenden Kräfte heben sich nicht auf, da beide ein im Uhrzeigersinn auf das Schwungrad 64 einwirkendes Drehmoment bewirken. Es ergibt sich, daß das Schwungrad 64 sich mit einem Gleichgewichtswinkel bzw. in eine
Gleichgewichtsebene be-züglich der Biegeebene f während der
Eotation einstellt. Das Schwungrad behält immer dieselbe
Neigung bei, und zwar wird stets derselbe Abschnitt des
Schwungrades nach unten gekippt. Im dargestellten Fall wird diejenige Stelle des Schwungrades 64 stets am tiefsten liegen, wo sich die Stelle 84 befindet. Diese Art von Unwucht
bewirkt eine falsche Modulierung der Aufnehmersignale, weil der Luftspalt zwischen der Bahn 82 und einem einzelnen Aufnehmer 65 sich bei jeder Drehung des Schwungrades 64 sinusförmig verändert.

Zur Feststellung der Unwucht BUB ist es erforderlich, daß der Eütteltisch 26 den Support 20, welcher den Kreisel
10 trägt, mit der Umlaufgeschwindigkeit des Schwungrades 64

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hin- "und herbewegt. Dabei wird die Drehachse des Schwungrades 64 auf den Nordstern (Polaris) ausgerichtet, so daß die Drehachse polar bzw. parallel zur Erddrehachse,verläuft und unerwünschte Auswirkungen der Erdeigendrehung auf den Kreisel vermieden sind.

In Fig. 5 ist die zur Feststellung der Unwucht EUB erforderliche Bewegung schematisch wiedergegeben. Läuft das Schwungrad um seine Drehachse mit 240 Hertz oder 14 400 U/ min um, dann muß der Rütteltisch 26 eine lineare Beschleunigungskomponente in Richtung der Drehachse s derselben Geschwindigkeit bzw. Frequenz liefern, nämlich 240 Hertz. Dabei ergibt sich bei einem Hub des Rütteltischs 26 eine Beschleunigung von 2 g zwischen den beiden iDotpunkten. Durch die Bewegung des Rütteltisches 26 werden alle Massepunkte des Schwungrades 64 mit einer Kraft entlang der Achse s bzw. einem Moment beaufschlagt. Ist das Schwungrad radial ausgewuchtet, dann ist jede Masse in der Nähe des Außenumfanges beispielsweise hinsichtlich des Drehmoments durch eine Massenkonzentration auf der anderen Seite der Achse s bzw. durch das zugeordnete Drehmoment, ausgeglichen. Ist das Schwungrad jedoch radial nicht ausgewuchtet, dann existiert ein Punkt, dessen Moment auf der anderen Seite nicht kompensiert wird. Dieser Punkt widersteht auf Grund seines resultierenden Momentes Umkehrungen der Linearbewegung mehr als andere Punkte entlang dem Umfang des Schwungrades. Bei jedem Hub des Rütteltischs 26 hat diejenige Stelle des Schwungrades, an welcher sich der Punkt befindet, die Neigung, weiter zu schwingen als andere Stellen. Da der Rütteltisch 26 synchron mit dem Schwungrad arbeitet, liegt der schwere Punkt bei jedem Hub des Rütteltischs 26 an derselben Stelle, wie bei einem Stroboskop. Wird das Phasenverhältnis von Rütteltischbewegung und Schwungradrotation verändert, dann· kann

die Stelle, an welcher der schwere Punkt bei jedem Hub des Rütteltisches liegt, verstellt und in die gewünschte Lage gebracht werden. Um die Größe der radialen Unwucht RUB festzustellen, wird der schwere Punk* durch Veränderung der Phase der Rütteltischbewegungsfrequenz mittels des Phasenschiebers 52 verschoben, so daß er unmittelbar über einem der Aufnehmer liegt, beispielsweise dem Ro11aufnehmer.

Diese Stelle wird durch Ermittlung des Punktes beim Phasenshiften festgestellt, an welchem D ein Maximum hat. D, stellt die Drift in Rollrichtung dar und entspricht dem Rückstellstrom, welcher dem Drehmomentmotor aufgegeben wird, um die beiden Aufnehmer wieder auf Full zurückzuführen, so daß Relativbewegungen zwischen dem Schwungrad bzw. Rotor und dem mit den Aufnehmern versehenen Gehäuse ausgeglichen werden.

In diesem Fall ergibt sich die radiale Unwucht RUB aus folgender Gleichung:

RUB -

^Dx2 - ^Dx1

2 cos θ

Dabei stellt D^ die Drift dar, wenn der Rütteltisch 26 nicht angestellt ist, während D- die Drift nach Anstellen des Rütteltisches 26 und derjenigen Einstellung bedeutet, bei welcher D ein Maximum hat. θ stellt denjenigen Winkel dar, den die Schwungrad- bzw. Rotordrehachse mit der örtlichen Horizontalen einschließt.

Die Bestiiimung der Massenunwucht MUB ist in Fig. 6 veranschaulicht, in welcher die Drehachse wieder polar, d.h..

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parallel zur Erddrehachse, verläuft. Bei der Unwucht MUB handelt es sich erwähntermaßen um eine solche, welche entlang bzw. in Richtung der Drehachse, nicht jedoch um die Drehachse wirkt und eine unzulässige Empfindlichkeit gegenüber Beschleunigungen bewirkt, die eine Komponente senkrecht zur Drehachse haben. Man könnte annehmen, daß die Unwucht MUB einfach durch Stillsetzen des Schwungrades festgestellt werden kann, wobei die Drehachse horizontal gehalten wird, so daß die Schwerkraft senkrecht einwirken kann, und wobei die Neigung des Schwungrades bei Stillstand ermittelt wird. · Im Betrieb läuft das Schwungrad jedoch kontinuierlich um, und es kommen andere Kreiselparameter ins Spiel, so daß diese Messung ungenau wird.

Stattdessen wird eine ZweiStellungsmessung durchgeführt, wobei die Bezugskoordinaten um die Drehachse um 90° gedreht werden. In der ersten Stellung mit so genau wie möglich aufgerichteter Rollachse x, werden der Roll- und Neigungsrückfuhrstrom D und D zur Driftkompensation gemessen und aufgezeichnet. Dann wird die Bezugskoordinatenebene um die Drehachse des Schwungrades um 90° gedreht, so daß die Achse y aufrecht steht. Es werden wieder die Ströme D und D festgestellt und aufgezeichnet. Mittels der folgenden vier Gleichungen werden die vier Veränderliche

MUB, R und R sowie D berechnet, wobei R und R^ die Kreixy a * χ y

selhaltekonstante entlang der x- bzw. y-Achse darstellt, ferp

ner D die ¹¹G -Größe", welche Drift auf der x-Achse durch a '

Beschleunigung entlang der y-Achse, und umgekehrt, anzeigt:

= R - cos θ D_Q

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D_x2 - R₇ - cos θ

■ Ε_χ + cos θ MDB.

Dabei veranschaulichen die Indices 1 und 2 die Stellungen (Fig. 6), in denen der jeweilige Parameter aufgezeichnet wurde. Es ergibt sich:

2 cos θ

Die Gleichung kann für R , R und D auf ähnliche Weise gelöst werden. Da bekannt, ist eine detaillierte Er-

läuterung des Ursprungs der ¹¹G -Größe" und der Kreiselhaltekonstanten überflüssig. Mit der vorstehenden Gleichung ist auch das Vorzeichen der Unwucht MUB gegeben, welches angibt, ob die schwerere Seite des Schwungrades oberhalb oder unterhalb der Kipp- bzw. Biegeebene f liegt.

Die Modulationsunwucht MOD kann direkter festgestellt und gemessen werden. Die Primärwicklungen eines einzelnen Aufnehmers können mit einer bekannten Frequenz erregt werden, welche als Trägerwelle wirkt. Der Ausgang einer Sekundärwicklung (ohne laufenden Rütteltisch) wird sinusförmig moduliert, und zwar mit genau der Umlauffrequenz des Schwungrades auf Grund der Modulationswirkung. Diese Modulation wird vom Demodulator 54 festgestellt, und zwar im Wege der AM-Eadiodemodulation, um die Modulationsamplitude zu ermitteln.

Um die Unwuchten EUB, MUB und MOD zu korrigieren bzw. zu beseitigen, muß nicht nur die Menge des vom Außen-

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umfang des Schwungrades "bzw. Rotors zu entfernenden Materials bekannt sein, sondern auch diejenige Stelle am Umfang, an welcher Material zu entfernen ist. Ferner muß "bekannt sein, ob der Laserabbrand oberhalb oder unterhalb
der Ebene f geschehen muß. Bei der Unwucht MUB ist die Lage in Umfangsrichtung ohne Bedeutung. Es braucht lediglich die zu entfernende Materialmenge berechnet zu werden, d. h. die durch einen Laserabbrand zu entfernende Materialmenge, sowie die Anzahl der erforderlichen Laserabbrände, ferner muß angegeben werden, ob die Laserabbrände oberhalb oder
unterhalb der Ebene f liegen sollen.

Bezüglich der Unwucht RUB muß zwar die Anzahl der Abbrände berechnet werden, jedoch hat die Lage oberhalb
oder unterhalb der Ebene f keine Bedeutung. Wichtig ist
jedoch stattdessen die Lage in Umfangsrichtung. Diese ist jedoch schon durch die Phasendifferenz zwischen der oszillierenden Rütteltischbewegung und der Schwungradrotation
bestimmt, bei welcher D ein Maximum hat. Diese Zeitdifferenz kann also in den Zeitgeber 15 eingegeben werden, um
den jeweiligen Laser zu einem Zeitpunkt zu zünden bzw. einzuschalten, welcher mit dem eingestellten Rütteltischhub
koinzidiert.

Um ein Auswuchten bezüglich der Modulationsunwucht MOD vorzunehmen, muß auch die zu entfernende Materialmenge und diejenige Schwungraddrehstellung bekannt sein, bei welcher der jeweilige Laser gezündet bzw. angeschaltet werden muß. Diese Drehstellung ist schwieriger zu bestimmen, kann jedoch analog wie die der Unwucht RUB zugeordnete Drehstellung festgestellt werden. Gemäß Fig. 7 stellt der Winkel θ den Winkel zwischen einem festen Punkt am Schwungrad und
dem Schwungraddurchmesser dar, welcher bezüglich der Ebene

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f stets den steilsten Winkel aufweist. Dieser Durchmesser liegt naturgemäß in derselben Ebene wie die zwei die Modulation bewirkenden, diagonalen schweren Punkte. Für die Messung kann ein Stroboskop verwendet werden. Im Deckel 18 kann ein geeignetes Fenster zur Beobachtung des vom Stroboskop beleuchteten Schwungrades vorgesehen sein. Das Stroboskop sollte mit derselben Frequenz arbeiten, wie das schnell umlaufende Schwungrad. Die Phase wird zunächst so eingestellt, daß der feste Punkt am Schwungrad an einer bestimmten Stelle bezüglich irgend eines feststehenden Objektes auftritt. Blickt man in einer zur Drehachse senkrechten Richtung direkt auf das Schwungrad, dann ändert sich der Anblick des beleuchteten Schwungrades bei jedem Lichtblitz, wenn die Phase des Stroboskops geändert wird. Ist der Anblick des oberen Teils vom umlaufenden Schwungrad am breitesten oder weitesten (größte Ellipse), dann liegt die Blickrichtung in derselben Ebene wie die gewünschte Durchmesserlinie d in Fig. 7· Ist dagegen der Anblick des oberen Teils vom umlaufenden Schwungrad am schmälsten, nämlich eine gerade Linie, dann ist die Linie d um 90° gegenüber dem Betrachter verdreht. In federn Fall kann der Winkel θ in Kenntnis der neuen Phase des Stroboskops identifiziert werden. Dieser Winkel wird dann dem Zeitgeber 15 eingegeben, um die Lage der Abbrände in Umfangsrichtung zur Modulationskorrektur zu steuern.

Gemäß Fig. 8 werden drei gesonderte Laser a, b und c um den Umfang des Kreisels 10 herum angeordnet. Die Anordnung ist in Fig. 8 schematisch wiedergegeben, jedoch derjenigen gemäß Fig. 2 ähnlich, abgesehen davon, daß ein Laser mehr vorhanden ist. Der Laser a ist so gerichtet, daß er den Umfangsflansch des Schwungrades an einem Punkt a* oberhalb der Ebene f abbrennt* Der Laser b ist so gerichtet,

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daß er an einem Punkt b¹ mit seinem Strahl auftrifft. Der Laser c schließlich, beaufschlagt mit seinem Strahl das Schwungrad an einem Punkt c* unterhalb der Biegeebene.

Bei dieser Anordnung können einzelne Unwuchten ohne Beeinflussung der anderen Unwuchten korrigiert werden. Ein Abbrand am Punkt b¹ ist neutral bezüglich der Unwuchten MOD und MUB wegen der Lage in der Ebene f, bewirkt jedoch eine Korrektur einer radialen Unwucht EUB an einer bestimmten Stelle in Umfangsrichtung. Mit den lasern a und c, welche auf gegenüberliegenden Seiten liegen und gleichzeitig eingeschaltet werden, um an den Punkten a¹ und c¹ auf zutreffen, kann die Modulationsunwucht MOD korrigiert werden, und zwar ohne Beeinflussung irgend einer anderen Unwucht. Um lediglich die Unwucht MUB zu korrigieren, wird lediglich der zugeordnete Laser a oder c zweimal eingeschaltet, und zwar mit einer Pause", welche einer Drehung des Schwungrades um 180° entspricht, so daß zwei Abbrände a^f und a^f' bzw. c* und c^f' auf gegenüberliegenden Seiten des Schwungrades entstehen. Da die Drehmomente um die Drehachse sich aufheben, ebenso wie Zentrifugalkräfte, hat das Abbrennen keine Auswirkung auf die Unwucht MOD bzw. EUB.

Es wurde gefunden, daß der Laser b weggelassen werden kann, wenn man eine zusätzliche Anzahl von Abbränden in Kauf nimmt. Es ergibt sich demgegenüber der Vorteil bei Weglassen des Lasers b und Verwendung lediglich der Laser a und c, daß sich das Gewicht vermindert· Gemäß i"ig. 2 stellen die Laser die schwersten Bauteile dar, welche auf dem Support 20 bzw. dessen Plattform 19 angeordnet sind und starr damit verbunden werden müssen.

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In Pig. 9 sind die bevorzugten Abbrandmuster bzw. -Verteilungen A, B, C und D dargestellt. Die Muster bzw. Verteilungen B und D entsprechen im wesentlichen den der Anordnung gemäß Fig. 8 zugeordneten. Die Verteilung B verdeutlicht die Lage der Abbrände zur.Korrektur allein der Unwucht MUB, wobei die Abbrände auf einer Seite der Ebene liegen. Die beiden Abbrände wurden dann unterhalb der Ebene f liegen, wenn die Unwucht MUB ein entgegengesetztes Vorzeichen hätte. Die Verteilung- D dient zur Korrektur der Unwucht MOD lediglich. Mit der Verteilung O wird lediglich eine Unwucht EUB korrigiert. Da die beiden Abbrände in gleichem Abstand von der Ebene f liegen, ferner übereinander an derselben Umfangsstelle, werden die Unwuchten MOD und MUB nicht beeinflußt. Die Verteilung C ist daher dem Abbrand am Punkt b¹ gemäß Fig. 8 äquivalent. Beim Muster A ist lediglich ein einziger Abbrand oberhalb der Ebene f vorgesehen, so daß die Unwucht MUB beeinflußt ist. Weiterhin ist die Unwucht HUB beeinflußt, weil der Abbrand radial nicht kompensiert ist. Die Unwucht MOD wird schließlich vermindert oder vergrößert, da sich eine resultierende Zentrifugalkraft ergibt.

Entsprechend den für ein bestimmtes Schwungrad gemessenen Unwuchten kann die Aufeinanderfolge von Verteilungen bzw. Mustern A bis D so ausgewählt werden, daß die zum Auswuchten des Schwungrades erforderliche Anzahl von Abbränden minimal ist. Wird beispielsweise ein direkt vom Hersteller kommendes Schwungrad geprüft und festgestellt, daß die radiale Unwucht und die Modulationsunwucht innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches liegen, dann sind lediglich Abbrände nach dem Muster B zur Korrektur der Unwucht MUB anzubringen. Sobald auch die Unwucht MUB innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereiches liegt, ist das geweilige Schwungrad verwendbar.

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Liegen alle drei Arten von Unwucht außerhalb der Toleranzbereiche, dann wird vorteilhafterweise zunächst nach dem Muster A ein Abbrand angebracht, so daß die Unwuchten EUB und MUB gleichzeitig beeinflußt werden. Ist die zur Korrektur der Unwuchten MUB und RUB jeweils erforderliche Anzahl von"Abbränden unterschiedlich, so muß zunächst festgelegt werden, welche der beiden Unwuchten MUB und RUB zunächst korrigiert werden soll.

Beispielsweise sei angenommen, daß die Unwucht RUB zur Korrektur mehr Abbrände erfordert als die Unwucht HUB. Wird nach dem Muster A vorgegangen, und werden die Abbrände oberhalb und unterhalb der Ebene f zur Korrektur der Unwucht MUB hervorgerufen, dann stellt sich, wenn alle zur vollständigen Korrektur der Unwucht RUB erforderlichen Abbrände gemacht worden sind, und die Unwucht RUB innerhalb des vorgeschriebenen Toleranzbereiches liegt, heraus, daß die Unwucht MUB zu stark korrigiert wurde, und daß nunmehr eine andere Unwucht MUB entgegengesetzten Vorzeichens vorliegt. Daher ist es in den meisten Fällen vorzuziehen, daß bezüglich des Musters A die geringere Anzahl von Abbränden für die Unwucht MUB bzw. RUB verwendet wird, so daß diejenige Unwucht, für welche die Korrektur noch nicht vollständig ist, nicht über das erforderliche Maß hinaus korrigiert wird.

In den Fig. 10 bis 13 ist der Datenfluß- und Programmablaufplan für eine automatische Bestimmung der Unwuchten MOD, MUB und RUB eines Kreisels mit Biegegelenk der in Fig. 4 wiedergegebenen Art bzw. von dessen Rotor oder Schwungrad, und für ein Auswuchten durch Abbrände an bestimmten Stellen des Umfangsflansches vom Rotor bzw. Schwungrad dargestellt. Während aller dabei stattfindenden

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Vorgänge läuft das Schwungrad bzw. der Rotor kontinuierlich mit einer bestimmten Drehzahl um. Im Hinblick auf die Erläuterungen in den Fig. 10 bis 13 ist eine detaillierte Beschreibung der Vorgänge nicht erforderlich. Dem Bedienungspersonal werden Instruktionen, beispielsweise mittels einer Bildröhre oder dergleichen, am Pult 51 mitgeteilt. Statt des Bedienungspersonals kann gegebenenfalls auch automatisch mittels geeigneter Einrichtungen gearbeitet werden, beispielsweise bei der Orientierung des Kreisels in eine besondere Stellung. Sollen während des Verfahrens D- bzw. D-Werte eingegeben werden, dann ermittelt das Bedienungspersonal den Neigungs- bzw. Rollrückführstrom und gibt den ermittelten Wert dem Computer 13 ein, um eine der Unwuchten zu berechnen.

Fig. 10 bezieht sich auf die Bestimmung der drei Unwuchten. Die Bestimmung der Massenunwucht MUB geschieht mit abgeschaltetem Rütteltisch 26. Der Befehl 91 ("Berechne MDBⁿ) wird vom Computer 13 unter Verwendung der Eingaben D_x^, D^, ΰ_χ2 und D^ entsprechend der oben angegebenen Gleichung (2) befolgt. Nachdem die Unwucht MUB berechnet ist, wird die Unwucht HUB unter Zuhilfenahme des Rütteltisches 26 bestimmt. Der Befehl 92 bei der Bestimmung der Unwucht RUB gewährleistet, daß der schwere Punkt tatsächlich unmittelbar über einen der Aufnehmer der x-Achse verschoben worden ist, da dann keine Schwungradneigung gegeben sein sollte, d. h. keine Drift auf der y-Achse, welche ein Rückstelldrehmoment erfordert. Der Befehl 92 ("Berechne RUB") wird unter Zuhilfenahme der Gleichung (1) erfüllt. Danach wird die Modulationsunwucht MOD bei abgeschaltetem Rütteltisch 26 gespeichert.

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Wenn die ursprünglichen Unwuchten festgestellt sind, wird gemäß Fig. 11 weiter verfahren, und zwar mit der Eingabe M in eine erste richtungsweisende logische Fragefolge, um zunächst festzulegen, welches Abbrandmuster bzw. welche Abbrandverteilungen A, B, C oder¹ D zunächst aur Anwendung kommen soll. Weiterhin wird damit festgelegt, ob eine Abkürzung deswegen möglich ist, weil eine oder mehrere Unwuchten innerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegt. Liegt beispielsweise die Unwucht MOD innerhalb des zugehörigen Toleranzbereichs, dann würde der Befehl 94- mit "Nein" beantwortet werden. Unterstellt man, daß die Antwort auf den Befehl 95 ebenfalls "Nein" lautet, und daß lediglich die Unwucht RUB außerhalb des entsprechenden Toleranzbereichs liegt, so daß die Antwort auf den Befehl 96 "Ja" lautet, dann können viele der normalerweise durchzuführenden Torgänge übersprungen werden, da lediglich Abbrände zur Beseitigung der Unwucht HUB (Huster bzw. Verteilung 0) vorgenommen werden müssen, um das Schwungrad vollständig auszuwuchten. Liegt beispielsweise lediglich die Unwucht MOD außerhalb des zugehörigen Toleranzbereichs, dann lauten die Antworten auf die Befehle 94, 97 und 98 "Ja" bzw. "Nein" bzw. "Nein", und es wird der Befehl gegeben, lediglich Abbrände zur Beseitigung der Unwucht MOD (Muster bzw. Verteilung D) vorzunehmen. Liegen alle geschilderten Unwuchten des Schwungrades innerhalb der entsprechenden Toleranzbereiche, dann lauten die Antworten auf die Befehle 94, 95 und 96 stets "Nein", und das Auswuchten ist beendet.

Liegt neben der Unwucht MUB bzw. RUB eine zu große Unwucht MOD vor, oder liegen alle drei Unwuchten gleichzeitig außerhalb der vorgegebenen Grenzen, dann wird das Abbrandprogramm A gemäß Fig. 11 in Gang gesetzt. Es wird der dem Vorzeichen der Unwucht MUB entsprechende Kopf 1 bzw. 2

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(Laser 11a bzw. 11b nach. Fig. 2) oberhalb bzw. unterhalb der Ebene f ausgewählt. Der Befehl 101 zur Berechnung der Anzahl der Abbrände erfordert die Kenntnis des Ausmaßes der Änderung der Unwucht MUB bzw. RUB durch einen einzigen von einem Laser bewirkten Abbrand. Selbstverständlich ist anzunehmen, daß bei jeder Laserbetätigung dieselbe Massenmenge vom Schwungrad entfernt wird. Die Anzahl der Abbrände zur Korrektur der Unwucht EUB wird wie folgt berechnet:

N,, = INT

RUB - 4°/hr

Dabei stellen INT einen Operator zur Umwandlung des Wertes in den Klammern in die nächstliegende ganze Zahl und K- einen Faktor dar, welcher die Änderung (in Grad pro Stunde) der Unwucht RUB je Abbrand wiedergibt. Auf ähnliche Weise wird die Anzahl der zur Korrektur der Unwucht MUB erforderlichen Abbrände wie folgt berechnet:

^K2

Dabei bedeutet K« ebenfalls den Faktor, welcher die Änderung (in Grad pro Stunde) der Unwucht MUB je Abbrand wiedergibt .

Mit dem Befehl 102 wird dem Zeitgeber 15 die kleinere der beiden ermittelten Abbrandanzahlen N- und Np eingegeben. Der nächste Befehlssatz besteht aus einem Zündunterprogramm, mit welchem die ermittelte Anzahl von Abbränden vom Computer 13 und dem Zeitgeber 15 durchgeführt wird. Wird nach dem Muster A gezündet, dann muß für die einzelnen Abbrände

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die richtige Lage in Umfangsrichtung ausgewählt werden. Diese ist schon von der Bestimmung der Unwucht EUB her bekannt. Für jeden Abbrand schließt oder öffnet die Sicherheitsschaltung 4-5, und zwar gemäß der Antwort auf den Befehl 103, die vom Aufnehmer 4-7 geliefert wird. Wird beispielsweise dem Zeitgeber 15 eine Abbrandanzahl 3 eingegeben, dann liegt nach Ausführung des ersten Abbrandes an der Stelle, wo der zweite Abbrand vorgenommen werden soll, bereits ein Krater vor. Der jeweilige Laser wird wirkungslos gemacht und die Zeitgabe um 1° verschoben, um den Krater beim nächsten Überlaufen zu vermeiden. Gewöhnlich ist die Verschiebung um 1° so gering, daß die radiale Fehllokalisierung vernachlässigbar ist. Hat jedoch eine verhältnismäßig große Anzahl von Verschiebungen um jeweils 1° stattgefunden, und zwar bei einer gleichen Anzahl von Abbränden, dann kann es wünschenswert sein, einen oder beide Laser entlang der Drehachse s zu verstellen, d. h. den jeweiligen Laser gegenüber der Ebene f anzuheben oder abzusenken, so daß bei derselben Stellung in Umfangsrichtung eine neue Abbrandreihe angebracht werden kann. Der Befehl 104 nach Beendigung der Abbrände hat lediglich eine Wiederholung der Abbrände nacheinander zur Folge, bis die kleinere Abbrandanzahl N^ oder U« erreicht ist.

Ist das Programm A gemäß Fig. 11 beendet, dann folgt die Eingabe Q beim Programm D gemäß Fig. 12 zur Anbringung von Abbränden nach dem Muster D zur Korrektur der Unwucht MOD. Zu beachten ist, daß die Abbrände nach dem Programm A bzw. dem Muster A lediglich deswegen als erste ausgewählt worden sind, weil die Unwucht MOD außerhalb des zugehörigen Toleranzbereichs gelegen hat. Die Abbrände nach dem Programm bzw. Muster A vergrößern oder vermindern die Unwucht MOD. Daher wird beim Programm D zunächst der Ausgang vom Demodulator 54 wieder eingegeben. Der Befehl 106 verlangt die Bestim-

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mung des Winkels θ durch das Bedienungspersonal mittels des Stroboskops, um die Abbrände nach dem Muster bzw. der Verteilung D mit dem Programm D in richtiger Lage in Umfangsrichtung anbringen zu können. Der Befehl 107 wird mit Hilfe der folgenden Gleichung erfüllt:

INT - »D - 600 mv

IL, stellt, dabei den Faktor dar, welcher die durch einen einzigen Abbrand bewirkte Änderung (in Millivolt) der Unwucht MOD angibt. Das Unterprogramm zur Laserzündung bzw. -einschaltung entsprechend dem Muster D gemäß Befehl 108 umfaßt dasselbe, wie das Unterprogramm zur Zündung bzw. Einschaltung der Laser entsprechend dem Muster A, d. h. das Programm A. In Fig. 12 sind daher die Schritte des Unterprogramms weggelassen. Jedesmal dann, wenn der Zeitgeber 15 das Vorliegen des Winkels θ feststellt, werden die beiden um 180° gegeneinander versetzten, also einander gegenüberliegenden Laser gleichzeitig gezündert bzw. eingeschaltet.

Nach dem Unterprogramm D gemäß Fig. 12 folgt die Eingabe R gemäß Fig. 13. Es werden die Unwuchten RUB und MUB wieder geprüft, und zwar gemäß Fig. 10, wobei der Rütteltisch 26 gestartet und gestoppt wird, wie erforderlich. Liegt die Unwucht RUB immer noch außerhalb des zugehörigen Toleranzbereichs, dann lautet die Antwort auf den Befehl 111 "Ja" und es wird gemäß dem Unterprogramm C vorgegangen, um Abbrände nach dem Muster C anzubringen. Die Anzahl N^ der gemäß Befehl 112 zur Korrektur allein der Unwucht HUB erforderlichen Abbrände wird auf dieselbe Weise berechnet, wie beim Unterprogramm A bzw. dem Muster A der Fall, abge-

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selten davon, daß in der entsprechenden Gleichung die bei der neuerlichen Prüfung ermittelte neue Unwucht EUB eingesetzt wird.

Liegt auch nach Ablauf des Unterprogramms C die Unwucht MUB immer noch außerhalb des zugeordneten Toleranzbereiches, dann lautet die Antwort auf den Befehl 113 "Ja", und es wird nach dem Unterprogramm B vorgegangen· Die Anzahl der gemäß Befehl 114 zur alleinigen Korrektur der Unwucht MOB erforderlichen Abbrände wird auf dieselbe Weise berechnet, wie beim Unterprogramm A der Fall, abgesehen davon, daß die bei der neuerlichen Prüfung ermittelte neue Unwucht MÜB der Berechnung zu Grunde gelegt wird. Sobald die Abbrände gemäß Programm B ausgeführt sind, wird der !Rütteltisch 26 abgeschaltet.

Das Bedienungspersonal muß dann wieder zur Bestimmung der Unwucht MÜB gemäß Fig. 1Ö mit der Eingabe T zurückkehren, um eine letzte Überprüfung vorzunehmen. Liegen alle Unwuchten jeweils innerhalb des entsprechenden Toleranzbereichs, dann lauten die Antworten auf die Befehle 9²S 95 und 96 in Fig. 11 jeweils "Nein", und das Auswuchten ist .abgeschlossen.

Aus Fig. 11 gehen zwei Abkürzungen zu zwei Eingaben N und P in Fig. 13 hervor, und zwar für den Fall, daß die Unwucht MOD innerhalb des zugehörigen Toleranzbereichs liegt. Die Abkürzung zur Eingabe P vom Befehl 96 her wird dann beschritten, wenn lediglich die Unwucht EUB ursprünglich oder nach einer neuerlichen Überprüfung außerhalb des zugehörigen Toleranzbereichs liegt» Wird auf den Befehl 95 mit ¹¹Ja" geantwortet, dann hat dies den weiteren Befehl 111 gemäß Fig. 13 zur Folge, um festzustellen, ob zunächst das Programm C

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ausgeführt werden muß. Ist die Antwort auf den dem Befehl 95 folgenden Befehl 111 "Nein", dann liegt nur die Unwucht MUB außerhalb der vorgegebenen Toleranzgrenze, so daß lediglich das Programm B ausgeführt werden muß.

In das an Hand der Fig. 10 bis 13 beispielsweise geschilderte Verfahren können weitere Redundanzschleifen und Kontrollen eingebaut werden, wenn erwünscht. Der jeweils erreichte Auswuchtgrad wird durch Änderung der Grenzen der Toleranzbereiche für die Unwuchten kontrolliert. Um mit dem Gerät gemäß Fig. 8 zu arbeiten, welches drei Laser aufweist, wird nach einem ähnlichen Datenfluß- und Programmablaufplan vorgegangen. Die mit jedem Laserabbrand bewirkte Änderung der Unwucht MUB bzw. MOD kann dadurch eingestellt werden, daß man den Abstand des Punktes, auf welchen ein bestimmter Laser gerichtet ist, von der Ebene f ändert.

Die Erfindung vermittelt zahlreiche Vorteile. Zunächst ergibt sich der Vorteil, daß die gesamte Einrichtung zur Prüfung und Korrektur von Unwuchten zu einem einzigen integrierten System zusammengefaßt ist, in welchem der Kreisel bzw. dessen Schwungrad oder Eotor während aller Prüf- und Korrekturvorgange kontinuierlich umläuft. Die für ein vollständiges Auswuchten erforderliche Zeit ist dadurch drastisch vermindert.

Da ferner mit einer Mindestanzahl von Laserabbränden und mit einem Satz von Abbrandmustern bzw. -Verteilungen gearbeitet wird, welche lediglich zwei an bestimmter Stelle angeordnete Laserköpfe oder Laser erfordern, kann das beim Auswuchten übliche Arbeiten auf Iterationsbasis durch geeignetes Programmieren eines Computers vermieden werden, welcher Unwuchten und Abbrandanzahlen berechnet und Befehls-

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entScheidungen trifft, und zwar auf der Basis bestimmter, logischer Kombinationen zu großer Unwuchten.

Ein weiterer Vorteil liegt in der Verwendung einer Atmosphäre niedriger Viskosität und Dichte für das genaue Messen. Ermöglicht wird dies durch strömendes Druckgas und den Kollektor 39 aus Styroschaum zum Einfangen geschmolzenen Materials, welches vom jeweiligen Schwungrad bzw. Rotor abgebrannt worden ist. Ohne dieses Materialauffangen würde das jeweilige Schwungrad verunreinigt werden, wenn es sich nicht in freier Atmosphäre befände. Die besagte Druckgasströmung kann dann fehlen, wenn das abgebrannte Material so wegfliegt, daß es den Kollektor 39 berührt.

Das Sicherheitssystem mit lichtempfindlichen Elementen innerhalb der Prüfkammer ermöglicht einen einfachen und narrensicheren Schutz des Schwungrades vor einer Anhäufung von Abbränden an einer Stelle, ohne daß eine zeitraubende optische Inspektion oder eine verwickelte Speicherung von Abbrandpositionen durch einen elektronischen Speicher erforderlich wäre.

Schließlich ist die Bestimmung der Unwuchten MUB und RlIB vereinfacht und verbessert.

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Claims (16)

1. Ansprüche

   Gerät zum Auswuchten rotierender, im Schwerpunkt drehar gelagerter Massen, insbesondere von KreiselSchwungrädern bzw. -rotoren, gekennzeichnet durch einen mit bestimmter !Frequenz hin- und herbeweglichen Rütteltisch (26) mit einem Support (20) zur Halterung der rotierenden Masse bzw. des rotierenden Schwungrades (64) in einer bestimmten Orientierung, wenigstens einen am Support (20) starr befestigten, auf die Masse bzw. das Schwungrad (64) gerichteten Laserkopf bzw. Laser (11 bzw. 11a; 11b; a; b; c) zum Abbrennen eines bestimmten Anteils der rotierenden Masse bzw. einer bestimmten Massenmenge vom Schwungrad (64), und einen Zeitgeber (15) zum Lasereinschalten in einer bestimmten
   Drehstellung der Masse bzw. des Schwungrades (64).
2. 2. Gerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Steuerung für die Frequenz der Bütteltischbewegung entsprechend der Drehzahl der Masse bzw. des Schwungrades (64), und
   durch einen Phasenschieber (52) zur Phasenverschiebung
   der Rütteltischbewegungsfrequenz gegenüber der Massenbzw. Schwungradrotation.
3. 3. Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
   daß der Support (20) eine Plattform (19) aufweist, auf welcher der bzw. die Laserköpfe oder Laser (11 bzw. 11a; 11b; a; b; c) befestigt sind und die Masse bzw. das Schwungrad (64) anbringbar ist, und welche mit dem Rütteltisch (26)
   in eine bestimmte Winkelstellung starr einstellbar verbunden ist.

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4. 4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch eine Prüfkammer zur Aufnahme der Masse bzw. des Schwungrades (64), welche von einem Deckel (18) dicht umschlossen ist, der ein mit dem zugehörigen Laserkopf bzw. Laser fluchtendes Fenster (29a bzw. 29b) sowie einen Anschluß (28) zur Gaseinführung aufweist.
5. 5- Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse bzw. das Schwungrad (64) in einer Atmosphäre eines Gases niedriger Dichte und niedriger Viskosität angeordnet ist.
6. 6. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein an den Zeitgeber (15) angeschlossenes Sicherheitssystem (45, 46, 47) zur Verhinderung des Einschalt ens des bzw. jedes Laserkopfes bzw. Lasers (11 bzw. 11a} 11b; a{ b; c) an einer Stelle der Masse bzw. des Schwungrades (64), welche bereits einen Abbrand aufweist.
7. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Sicherheitssystem eine einen dünnen Lichtstrahl liefernde, auf den Aufprallpunkt des Strahles vom zugehörigen Laserkopf bzw. Laser (11 bzw. 11a} 11b; a; b; c) auf der Masse bzw. dem Schwungrad (64) gerichtete Lichtquelle (46) und ein lichtempfindliches Element (47) zur Aufnahme reflektierten Lichtes der Lichtquelle (46) aufweist.
8. 8. Gerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Kollektor (39) zur Aufnahme von abgebranntem Material und Verhinderung von Verunreinigungen der Masse bzw. des Schwungrades (64) dadurch vorgesehen ist.

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9. 9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor (39) als Wand mit unregelmäßiger Oberfläche ausgebildet und neben der Masse bzw. dem Schwungrad (64) angeordnet ist, wobei die Wand bei Berührung mit dem abgebrannten Material schmelzbar ist.
10. 10. Gerät nach Anspruch 9₅ dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (39) mindestens an der Oberfläche aus Styroschaum besteht.
11. 11. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung einer Verunreinigung der Masse bzw. des Schwungrades (64) durch abgebranntes Material eine Düse bzw. Röhre (38) vorgesehen ist, durch welche ein Druckgasstrahl auf den Aufprallpunkt des zugehörigen Laserstrahles zur Ablenkung des durch einen Abbrand entfernten Materials zum Kollektor (39) gerichtet ist.
12. 12. Verfahren zur Bestimmung der Massenunwucht eines drehbar gelagerten, freien Schwungrades bzw. Rotors in einem Kreisel mit Aufnehmern zur Feststellung der Neigung des Schwungrades bzw. Rotors entlang zweier orthogonaler Achsen, welche in einer zur Schwungrad- bzw. Rotordrehachse senkrechten Ebene verlaufen, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (s) parallel zur Erddrehachse und eine der beiden Bezugsachsen (x und y) so nahe wie möglich zur Senkrechten ausgerichtet und die Neigung des Schwungrades bzw. Rotors (64) gegenüber den beiden Achsen aufgezeichnet wird, worauf die Bezugsebene um die Drehachse (s) um 90° gedreht wird, so daß die andere Bezugsachse (x bzw. y) so nahe wie möglich an der Senkrechten liegt, die Neigung des Schwungrades bzw. Rotors (64) gegenüber den beiden Achsen aufge-

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    zeichnet und die Massenunwucht MUB desselben aus den Neigungen in den beiden Stellungen berechnet wird.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Massenunwucht MUB nach der Gleichung:

    - D . - D₁ + D₂

    2 cos θ

    berechnet wird, wobei D >. und D₂ die Neigung bezüglich der einen Achse und D . sowie D ₂ die Neigung bezüglich der anderen Achse in der ersten bzw. zweiten Stellung der Bezugsebene darstellen, ferner θ den Winkel bedeutet, welchen die parallel zur Erddrehachse ausgerichtete Drehachse (s) mit der lokalen Horizontalen einschließt.
14. 14. Verfahren zur Bestimmung der radialen Unwucht eines drehbar gelagerten, freien Schwungrades bzw. Rotors in einem Kreisel mit mindestens einem Aufnehmer zur Feststellung der Neigung des Schwungrades bzw. Rotors bezüglich einer zu dessen Drehachse senkrechter Achse, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (s) parallel zur Erddrehachse ausgerichtet und der Kreisel (10) mit einer Bewegungskomponente in Richtung der Drehachse (s) und einer Frequenz gleich der Umlaufgeschwindigkeit des Schwungrades bzw. Rotors (64-) hin- und herbewegt wird, wobei zwischen der Frequenz und der Umlaufgeschwindigkeit eine Phasenverschiebung vorgenommen wird, bis sich am Aufnehmer (65) eine der radialen Unwucht entsprechende größte Neigung ergibt.
15. 15· Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung des Schwungrades bzw. Rotors (64) mit und ohne oszillierende Bewegung desselben festgestellt und die ra-

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    diale Unwucht RUB nach der Gleichung:

    D^-D
    RUB =

    2 cos θ

    berechnet wird, wobei D ^ die Neigung gegenüber dem Aufnehmer (65) ohne oszillierende Bewegung und D^ die größte Neigung gegenüber dem Aufnehmer (65) nach der Phasenverschiebung bei oszillierender Bewegung darstellen, ferner θ den Winkel zwischen der parallel zur Erddrehachse ausgerichteten Drehachse (s) und der lokalen Horizontalen bedeutet.
16. 16. Verfahren zum Auswuchten des drehbar und gegenüber einer zur Drehachse senkrechten Ebene kippbar gelagerten Schwungrades bzw. Rotors eines Kreisels, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Unwucht RUB, die Massenunwucht MUB und die Modul at ionsunwuclit MOD des rotierenden Schwungrades bzw. Rotors (64) gemessen werden und dann entsprechend den Meßergebnissen am Umfang des Schwungrades bzw. Rotors (64) Material mittels Laserstrahl abgebrannt wird, und zwar

    a) an einer einzigen Stelle entsprechend der radialen Unwucht RUB und ober- bzw. unterhalb der Schwungradbzw. Rotorkippebene (f) liegend;

    b) zur Behebung nur der Massenunwucht MUB an zwei einander diametral gegenüberliegenden Stellen oberhalb oder unterhalb der Schwungrad- bzw. Rotorkippebene (f), welche denselben Abstand von der Kippebene (f) aufweisen;

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    c) zur Behebung nur der radialen Unwucht RUB an zwei übereinanderliegenden Stellen oberhalb und unterhalb und in demselben Abstand von der Schwungrad- bzw. Rotorkippebene (f);

    d) zur Behebung nur der Modulationsunwucht MOD an zwei einander diametral gegenüber und oberhalb bzw. unterhalb von der Schwungrad- bzw. Rotorkippebene (f) liegenden Stellen, welche denselben Abstand von der Kippebene (f) aufweisen.

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