DE4124285A1 - Vorrichtung zum messen der unwucht eines rotors - Google Patents
Vorrichtung zum messen der unwucht eines rotorsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der
Unwucht eines Rotors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Beim Messen der Unwucht eines Rotors wird der Rotor durch
einen Antrieb mit Hilfe eines Elektromotors nacheinander
in drei Betriebszustände gebracht. Im ersten Betriebszustand
wird der auszuwuchtende Rotor, an welchem die Unwucht ge
messen werden soll, auf Meßdrehzahl gebracht. Dies soll
möglichst rasch und ruckfrei geschehen. Im zweiten Betriebs
zustand wird die Unwucht bei möglichst konstanter Drehzahl
des Rotors gemessen. Dieser Vorgang soll möglichst frei
sein von Schwingungen und Vibrationen, welche aus der Un
wuchtmeßvorrichtung, insbesondere vom Antrieb, herrühren.
Im dritten Betriebszustand wird nach gemessener Unwucht der
auszuwuchtende Rotor abgebremst. Auch dieser Vorgang soll
möglichst schnell und ruckfrei durchgeführt werden.
Diesen Anforderungen wird am besten mit einem Antrieb Rech
nung getragen, der einen Drehstrommotor, welcher an ein
Drei-Phasennetz angeschlossen ist, aufweist. Wenn kein
Drei-Phasennetz zur Verfügung steht, ist es erforderlich,
einen Kondensatormotor zu verwenden. Hier handelt es sich
um einen Einphasenwechselstrommotor, in dessen Ständer
zusätzlich zur einphasigen Hauptwicklung im Hauptstrang
der Stromversorgung noch eine um 90° elektrisch versetzte
Hilfswicklung vorgesehen ist. Über diese Hilfswicklung kann
dann ein um 90° phasenverschobener Hilfsstrom geleitet
werden. Die Phasenverschiebung erreicht man durch einen
Kondensator (Betriebskondensator), dem während des Anlauf
noch ein Anlaufkondensator parallel geschaltet werden kann.
Beim Betrieb eines derartigen Einphasenwechselstrommotors,
insbesondere Kondensatormotors, zeigt es sich, daß beim
zweiten Betriebszustand, d. h. während des Meßlaufs, während
welchem bei konstanter Drehzahl die Unwucht gemessen wird,
sich Pendelschwingungen des Läufers des Motors einstellen.
Diese Pendelschwingungen treten vor allem bei Meßläufen mit
geringer Last auf. Beispielsweise bei einer Auswuchtmaschine
für Kraftfahrzeugräder wird die Lagereinrichtung für den
Rotor durch eine Meßspindel gebildet, an der das auszuwuch
tende Kraftfahrzeugrad aufgespannt wird. Für die Kalibrierung
bzw. Nachjustage der Auswuchtmaschine ist es erforderlich,
einen Meßlauf ohne aufgespanntes Rad, d. h. einen Meßlauf
mit bloßer Meßspindel, durchzuführen. Dieser Meßlauf wird
durch den unrunden Lauf des Rotors, welcher durch die Pendel
schwingungen des Motorläufers verursacht wird und auch ein
starkes Geräusch zur Folge hat, beeinträchtigt. Diese Pen
delschwingungen, welche wechselnde Winkelgeschwindigkeiten
sind, haben die doppelte Frequenz der Betriebswechsel
spannung (doppelte Netzfrequenz) und werden, wie erstmals
festgestellt wurde, durch ein unvollkommenes Drehfeld her
vorgerufen. Dieses Drehfeld wird bei bekannten Kondensator
motoren durch einen Stromversorgungskreis gebildet, in
welchem der Betriebskondensator zur Hilfswicklung in reihe
und zur Hauptwicklung parallel geschaltet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Messen
der Unwucht eines Rotors der eingangs genannten Art zu
schaffen, bei der auch bei annähernd lastfreiem Lauf des
Motors Pendelschwingungen des Einphasenwechselstrommotors,
insbesondere Kondensatormotors, der den Antrieb der Meßvor
richtung bildet, reduziert sind.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
Hilfswicklung mit einem Kondensator (Schwingkreiskondensator)
einen Schwingkreis bildet.
Dieser Schwingkreiskondensator kann ohne zusätzlichen
Betriebskondensator zum Einsatz kommen. Beim Schwingkreis
kondensator kann es sich auch um einen zusätzlich zum
Betriebskondensator vorgesehenen Kondensator handeln oder
auch um den Betriebskondensator, welcher in den Schwing
kreis, insbesondere bei annähernd lastfreiem Meßlauf, d. h.
bei konstanter Drehzahl des Motors und mitlaufenden Rotors,
geschaltet werden kann. Durch entsprechende Wahl der
Kapazität des Kondensators und der Induktivität der Hilfs
wicklung entsteht in bevorzugter Weise ein Schwingkreis,
in den über den Motorläufer durch induktive Kopplung
Energie eingespeist wird. Die für die Aufrechterhaltung
der Schwingungen des Schwingkreises erforderliche Energie
kann auch anderweitig induktiv in den Schwingkreis einge
speist werden. Diese Energie wird für einen Bruchteil einer
Periode, insbesondere eine Viertelperiode, gespeichert und
wieder abgegeben, wodurch ein rundes Drehfeld während des
Meßlaufs bei normaler Unwuchtmessung oder bei der Kalibrie
rung bzw. Nachjustage der Unwuchtmeßvorrichtung entsteht.
Anhand der Figuren wird an einem Ausführungsbeispiel die
Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 schematisch ein Schaltbild eines Stromversorgungs
kreises für einen Einphasenwechselstrommotor,
der als Kondensatormotor ausgebildet ist und als
erstes Ausführungsbeispiel als Antrieb für eine
Unwuchtmeßvorrichtung dient;
Fig. 2 den Zustand der in Fig. 1 dargestellten
Schaltung beim Anlaufen des Wechselstrom
motors;
Fig. 3 die Betriebsstellung der in Fig. 1 darge
stellten Schaltung bei einem Unwuchtmeßlauf,
d. h. beim Messen der Unwucht eines auszu
zuwuchtenden Rotors oder beim Kalibrieren
bzw. bei der Nachjustage (annähernd last
freier Lauf);
Fig. 4 die Betriebsstellung der in Fig. 1 darge
stellten Schaltung beim Abbremsen nach dem
Unwuchtmeßlauf;
Fig. 5 ein Schaltbild für ein zweites Ausführungs
beispiel; und
Fig. 6 ein Schaltbild für ein drittes Ausführungs
beispiel.
In den Figuren ist ein Einphasenwechselstrommotor, insbe
sondere Kondensatormotor, mit zugehörigem Stromversorgungs
kreis, bestehend aus Hauptstrang und Hilfsstrang, darge
stellt. Im Hauptstrang befindet sich eine Hauptwicklung W1
des Motors, und im Hilfsstrang befindet sich eine Hilfs
wicklung W2. Wie eine zweipolig (einphasig) angeschlossene
Asynchronmaschine mit Kurzschlußläufer entwickelt der dar
gestellte Einphasenmotor bei positiven und negativen Dreh
zahlen treibende Momente. Unter Mitwirkung der Läuferströme
entsteht ein elliptisches, d. h. in seiner Stärke von der
momentanen Winkellage des Läufers M des Motors abhängiges
Drehfeld der jeweiligen Richtung des Läufers M. Durch die
zusätzliche Hilfswicklung W2, welche um 90° elektrisch ver
setzt ist, kann durch diese ein 90° verschobener Hilfsstrom
geleitet werden. Die Phasenverschiebung läßt sich durch
einen Kondensator C2, der als Betriebskondensator geschaltet
werden kann, erreichen.
Da der optimale Hilfsstrom von der Drehzahl abhängt, wird
dem Kondensator C2 dann, wenn er als Betriebskondensator
geschaltet ist, während des Anlaufs noch ein Anlaufkonden
sator C1 parallel geschaltet.
Um die verschiedenen Betriebszustände des Einphasenwechsel
strommotors für den Antrieb einer Auswuchtmaschine, die
nicht näher dargestellt ist, einzustellen, sind beim ersten
Ausführungsbeispiel (Fig. 1 bis 4) verschiedene Kontakte
K1 bis K4 vorgesehen. Der Kontakt K1 dient zum Verbinden
der Stromversorgungsschaltung, bestehend aus dem Haupt
strang und dem Hilfsstrang, mit einem Einphasennetz
(z. B. 220 Volt Wechselspannung). Bei geschlossenem Kontakt
K1 wird der Läufer L des Motors mit positiver Drehzahl in
Vorwärtsrichtung angetrieben.
Der Kontakt K2 dient ebenfalls zum Verbinden der Stromver
sorgungsschaltung, bestehend aus dem Hauptstrang und dem
Hilfsstrang, mit dem Einphasennetz bestehend aus Mittelpunkt
leiter N und Hauptleiter R (z. B. 220 Volt Wechselspannung).
Bei geschlossenem Kontakt K2 wird der Motor abgebremst.
Der Kontakt K3 dient zum Einschalten des Anlaufkondensators
C1. Bei geschlossenem Kontakt K3 wird der Anlaufkondensator
C1 in Reihe mit der Hilfswicklung W2 und parallel zur Haupt
wicklung W1 geschaltet.
Der Kontakt K4 hat eine Umschaltfunktion und kann den Kon
densator C2 parallel zur Hilfswicklung W2 schalten, wenn
er sich in einer Schaltposition a befindet. Wenn der Kon
takt K4 sich in einer Schaltposition b befindet, wird der
Kondensator C2 in Reihe zur Hilfswicklung W2 geschaltet und
wirkt dann als Betriebskondensator.
Im folgenden werden die verschiedenen Betriebszustände,
welche eingestellt werden können, anhand der Fig. 2 bis
4 noch näher erläutert.
In der Fig. 2 ist der Betriebszustand dargestellt, bei wel
chem der auszuwuchtende Rotor, welcher in die Lagereinrich
tung der Auswuchtmaschine eingebracht ist, durch den Elek
tromotor auf die Meßdrehzahl hochgefahren wird. Hierzu
werden die Kontakte K1 und K3 geschlossen. Der Kontakt K4
befindet sich in der Schaltposition b. Der Kontakt K2 ist
geöffnet. In diesem Betriebszustand wird der Läufer M des
Motors in Vorwärtsrichtung angetrieben, und der auszuwuch
tende Rotor, an welchem die Unwucht gemessen werden soll,
auf Meßdrehzahl gebracht. In diesem Betriebszustand sind
die beiden Kondensatoren C1 und C2 in Reihe zur Hilfswick
lung W2 geschaltet.
Wenn der auszuwuchtende Rotor auf Meßdrehzahl gebracht ist,
wird der Kontakt K3 geöffnet, so daß nur noch der Konden
sator C2, welcher als Betriebskondensator wirkt, in Reihe
zur Hilfswicklung W2 geschaltet ist.
In der Fig. 3 ist der Betriebszustand dargestellt, der beim
Meßlauf mit annähernd lastfreiem Lauf für den Motor, d. h.
bei konstanter Drehzahl im Falle einer als Universalma
schine mit zwei Lagerböcken ausgebildeten Auswuchtmaschine
oder im Falle einer mit Meßspindel ausgestatteten Auswucht
maschine vorliegt. Es werden in diesem Fall Pendelschwin
gungen des Läufers M vermieden.
Um einen Meßlauf mit der Unwuchtmeßvorrichtung durchzuführen,
werden die Kontakte K1 bis K4 in die in der Fig. 3 darge
stellten Schaltpositionen gebracht. In diesem Betriebszu
stand wird ein Meßlauf mit dem Nullrotor bzw. mit leerer
Meßspindel für Kalibrier- bzw. Nachjustagezwecke oder mit
einem Unwuchtkörper bei einem normalen Unwuchtmeßvorgang
durchgeführt, nachdem beispielsweise gemäß dem in Fig. 2
dargestellten und oben erläuterten Anlauf-Betriebszustand
die Vorrichtung auf Meßdrehzahl gebracht worden ist. Bei
dem in der Fig. 3 dargestellten Betriebszustand ist der
Kontakt K1 geschlossen, und die Kontakte K2 und K3 sind
geöffnet. Der Kontakt K4 befindet sich in ihren Schaltpo
sitionen a. In dieser Betriebsstellung befindet sich der
Kondensator C2 in dem vom Verbindungspunkt V zwischen
Hauptstrang und Hilfsstrang zum Mittelpunktleiter N des
Versorgungsnetzes geführten Strang und ist in Reihe geschal
tet zu der Hilfswicklung W2. Die Hilfswicklung W2 und der
Kondensator C2 bilden einen Schwingkreis. Die Energie für
den Schwingkreis wird über den Läufer M des Motors einge
speist und für einen Bruchteil der Periode gespeichert und
dann wieder abgegeben, wodurch sich ein rundes Drehfeld
erzeugen läßt. Die Energie wird bevorzugt eine viertel
Periode im Kondensator C2 gespeichert und dann wieder ab
gegeben.
Hierbei ist die eine Belegungsseite des Kondensators C2
mit dem Verbindungspunkt zwischen dem über den Kontakt K3
anschließbaren Anlaufkondensator C1 und der von dem Ver
bindungspunkt V abgekehrten Wicklungsseite der Hilfswicklung
W2 verbunden. Die andere Belegungsseite des Kondensators C2
wird über den in die Schaltposition a gebrachten Kontakt K4
mit dem Mittelpunktleiter N des Netzes verbunden.
In der Fig. 4 wird der Rotor abgebremst. Hierzu wird der
Kontakt K1 geöffnet, und die Kontakte K2 und K3 werden
geschlossen. Der Kontakt K4 verbleibt in der Schaltposi
tion b.
Im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel beträgt die Kapa
zität des Kondensators C2 10 µF. Der Kondensator C2 kann, wie
anhand der Fig. 2 erläutert wurde, auch als Betriebskon
densator verwendet werden. Die Kapazität des Anlaufkonden
sators C1 kann 25 µF betragen. Die Hauptwicklung hat eine
Induktivität von 210 mH, und die Hilfswicklung hat eine
Induktivität von 230 mH.
Bei dem in der Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind im Unterschied zu dem in den Fig. 1 bis 4 dargestell
ten Ausführungsbeispiel Haupt- und Hilfswicklung getrennt
voneinander, d. h. der Verbindungspunkt V ist bei diesem
Ausführungsbeispiel nicht vorhanden. Beim Ausführungsbei
spiel der Fig. 5 ist der Schwingkreis, bestehend aus der
Hilfswicklung 2 und den Schwingkreiskondensatoren C2 bzw.
C2′ ein eigenständiger Schaltkreis, der seine Energie
induktiv über den Läufer M eingespeist bekommt. Zur An
passung an unterschiedliche Frequenzen der Betriebswechsel
spannung (Netzfrequenz) sind zwei Kondensatoren C2, C2′,
die mit Hilfe eines Schalters S1 parallel zueinander in den
Schwingkreis schaltbar sind, vorgesehen. Hierdurch lassen
sich zwei unterschiedliche an verschiedene Netzfrequenzen,
beispielsweise 50 Hertz oder 60 Hertz, angepaßte Schwing
kreiskapazitäten herstellen. Es ist natürlich auch möglich,
die beiden Kondensatoren C2 und C2′ durch den Schalter S1
in Reihe zueinander zu schalten, um auf diese Weise eine
Änderung der Schwingkreiskapazität in Anpassung an die
Netzfrequenz zu erhalten. Die Möglichkeit, zwei verschie
dene Schwingkreiskapazitäten in Anpassung an die Netzfre
quenzen einzustellen, kann auch bei dem in den Fig. 1 bis
4 dargestellten Ausführungsbeispiel in entsprechender
Weise vorgesehen sein.
Bei dem in der Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel
ist noch ein zusätzlicher Betriebskondensator C3 mit relativ
geringer Kapazität, beispielsweise 2 µF, vorgesehen.
Durch diesen Betriebskondensator C3 lassen sich mechanische
Reibungsverluste ausgleichen.
Auch bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 5 und 6 kann
zusätzlich ein Anlauf- bzw. Bremskondensator wie beim
ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 vorgesehen
sein.
Claims (11)
1. Vorrichtung zum Messen der Unwucht eines Rotors mit einer
Lagereinrichtung für den Rotor, die mit einer Auswerteein
richtung verbundene Meßgeber aufweist, und einer Antriebs
einrichtung für den Rotor, welche einen Einphasen-Wechsel
motor mit einphasiger Hauptwicklung in einem Hauptstrang
und um 90° elektrisch versetzter Hilfswicklung in einem
Hilfsstrang der Stromversorgung aufweist, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Hilfswicklung (W2) mit einem Schwing
kreiskondensator (C2, C2′) einen Schwingkreis (W, C2; C2′)
bildet.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Kondensator (C2, C2′) parallel zur Hilfswicklung (W2)
geschaltet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich
net, daß der Kondensator (C2, C2′) in den Schwingkreis (W2,
C2; C2′) schaltbar ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß der Kondensator (C2, C2′) bei annähernd
lastfreiem Lauf in den Schwingkreis (W2, C2; C2′) schaltbar
ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß der Schwingkreis (W2, C2; C2′) unab
hängig von der Betriebswechselspannung ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß zur Anpassung an die Frequenz der
Betriebswechselspannung zwischen zwei Kapazitäten (C2, C2′)
für den Schwingkreis (W, C2; C2′) umgeschaltet werden kann.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß über den Motorläufer induktiv Energie
in den Schwingkreis (W2, C2; C2′) gespeist wird.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die in den Schwingkreis gespeiste Energie vom Konden
sator (C2, C2′) jeweils eine Viertelperiode gespeichert
und dann abgegeben wird.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß der in den Schwingkreis (W2, C2; C2′)
schaltbare Kondensator (C2) der Betriebskondensator im
Stromversorgungskreis ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Anlauf- bzw. Bremskondensator (C1)
beim Anlauf und beim Bremsen in den Stromversorgungskreis
geschaltet ist.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß zusätzlich zum Schwingkreiskondensator
(C2, C2′) ein Betriebskondensator (C3) in Serie zur Hilfs
wicklung (W2) geschaltet ist.
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Owner name: SNAP-ON DEUTSCHLAND HOLDING GMBH, 40822 METTMANN, |
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