DE4133787A1 - Auswuchtverfahren und einrichtung zur ermittlung der ausgleichsmassen bei elastischen rotoren auf kraftmessende auswuchtmaschinen - Google Patents
Auswuchtverfahren und einrichtung zur ermittlung der ausgleichsmassen bei elastischen rotoren auf kraftmessende auswuchtmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Auswuchtverfahren zur Ermitt
lung der Ausgleichsmassen bei elastischen Rotoren auf
kraftmessenden Auswuchtmaschinen gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs
9.
Beim niedertourigen Auswuchten steifer Rotoren einfacher
zylindrischer Formen werden die Resultierenden aller
Einzelunwuchten meist in der linken und der rechten
Lagerebene gemessen und gegebenenfalls in zwei Ebenen
kompensiert. Damit läuft ein starrer Rotor frei von
Unwuchtschwingungen und Lagerkräften um. Da die Massenun
symmetrien im allgemeinen über die ganze Länge eines
Rotors verteilt sind, bleiben im Rotor jedoch innere
Biegemomente in Folge der von den einzelnen Unwuchten
erzeugten Fliehkräfte zurück. Bei relativ elastischen
Rotoren können diese mit dem Quadrat der Drehzahl
ansteigenden Kräfte zu unzulässig großen Verformungen
führen, die ihrerseits wieder Unwuchtwirkungen auslösen.
Gefährlich kann dies insbesondere dann werden, wenn sich
die Betriebsdrehzahl einer biegekritischen Drehzahl
nähert, bei der ohne Dämpfung eine unendlich große
Durchbiegung erfolgen würde.
Theoretisch besitzt ein Rotor oder eine Welle unendlich
viele kritische Drehzahlen. Um das Schwingungverhalten bei
einer bestimmten Drehzahl zu beurteilen, werden nur
diejenigen kritischen Drehzahlen berücksichtigt, deren
Durchbiegungsformen stören. In der Praxis genügt es meist,
eine kritische Drehzahl zu berücksichtigen, die einen
Rotor zur Wellenelastizität anregt. In bestimmten Fällen
kann es aber auch erforderlich sein, mehrere kritische
Drehzahlbereiche in Betracht zu ziehen. Ein einfacher
walzenförmiger Rotor wird sich deshalb in der Nähe der
ersten kritischen Drehzahl v-förmig, in der Nähe der
zweiten s-förmig und in der Nähe der dritten w-förmig
durchbiegen. Die diesen kritischen Drehzahlen zugeordneten
Durchbiegungsformen werden auch Eigenformen des Rotors
genannt.
Es muß deshalb mit elastischen Durchbiegungen umso mehr
gerechnet werden, je höher die Betriebsdrehzahl ist. Ziel
des Auswuchtens ist es daher, im gesamten zulässigen
Drehzahlbereich die Starrkörperkräfte und die wellenela
stische Auslenkung auf ein tolerierbares Maß zu reduzie
ren. Es sind in der Praxis mehrere Auswuchtverfahren
bekannt, die ein derartiges wellenelastisches Verhalten
von Rotoren berücksichtigen.
Ein derartiges Verfahren ist auch aus dem Aufsatz von K.
Federn, "Überblick über die gegenwärtigen Betrachtungswei
sen, die Richtlinien und Normen und die gebräuchlichen
Wege zum Auswuchten wellenelastischer Rotoren", VDI-
Berichte Nr. 161, 1971, Seiten 5 bis 12, vorbekannt. Dort
wird ein Mehr-Ebenen-Wuchten mit Ausgleich in (n+2)-
Ebenen beschrieben. Dabei handelt es sich um ein manuelles
Auswuchtverfahren. Hierzu muß bei der Berücksichtigung
von n-kritischen Drehzahlen in mindestens (n+2)-
Ausgleichsebenen ausgewuchtet werden. Dabei wird zunächst
auf herkömmliche Weise ein Starrkörperunwuchtausgleich
durchgeführt. Erst danach wird mit Hilfe von meist
mehreren Testgewichtsläufen die modale Unwucht beseitigt.
Dabei kommt es im wesentlichen auf die Erfahrung und das
Geschick des Bedieners an, wieviele Auswuchtläufe nötig
sind, um einen optimalen Lauf bei Betriebsdrehzahl zu
erreichen. In der Regel sind aber immer eine größere
Anzahl von Meßläufen nötig, um zu einem guten Auswuchter
gebnis zu gelangen.
Aus dem Fachbuch von W. Kellenberger, "Elastisches
Wuchten", Berlin 1987, Seiten 317 bis 325, wird ein
rechnergestütztes Einflußkoeffizientenverfahren mit
Testgewichten beschrieben, bei dem sowohl der Starrkörper
ausgleich als auch die wellenelastische Durchbiegung mit
gemeinsam berechneten Ausgleichsmassen beseitigt bzw.
reduziert wird. Dazu werden neben einem Urunwuchtmeßlauf
noch mindestens soviele Unwuchtmeßläufe mit Testgewichten
erforderlich, wie Ausgleichsebenen vorgesehen sind. Bei
der Berücksichtigung der ersten kritischen Drehzahl wären
demnach mindestens vier Unwuchtmeßläufe notwendig. Da nach
diesem Verfahren die bei den Meßläufen mit Testgewichten
gewonnenen Einflußkoeffizienten im Rechner gespeichert
sind, können dann nachfolgende gleichartige Rotoren im
günstigsten Fall mit nur einem Unwuchtmeßlauf ausgeführt
werden. In jedem Fall sind aber beim erstmaligen Auswuch
ten von Rotoren diese mit Testgewichten zu bestücken und
entsprechend der Anzahl der zu berücksichtigenden
Ausgleichsebenen Testgewichtsläufe durchzuführen.
Aus einem Bericht von R. Gasch und J. Drechsler, "Modales
Auswuchten elastischer Läufer ohne Testgewichtsetzungen",
VDI-Berichte Nr. 320, 1978, Seiten 45 bis 53, ist ein
Verfahren bekannt, das ohne die vorher beschriebenen
Testgewichtsläufe die erforderlichen Ausgleichsmassen
ermittelt, um die wellenelastische Auslenkung des Rotors
zu kompensieren. Dabei wird vorgeschlagen, nach einem
zuvor durchgeführten Starrkörperausgleich einen Unwucht
meßlauf bis in die zu berücksichtigenden kritischen
Drehzahlbereiche durchzuführen und dabei die Rotorauslen
kung mit Hilfe von Wegaufnehmern an vorbestimmten
Rotorstellen zu messen. Durch die registrierten elasti
schen Auslenkungen der Rotorwelle unter Kenntnis der
Eigenform und der zugehörigen generalisierten Massen, ist
es möglich, rechnergestützt modale Unwuchtanteile zu
identifizieren und entsprechende Ausgleichsgewichte zu
berechnen. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß zunächst
in herkömmlicher Weise ein Starrkörperausgleich durchge
führt werden muß und erst danach durch einen zusätzlichen
Meß- und Ausgleichsvorgang die modale Unwucht beseitigt
werden muß.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein
Auswuchtverfahren für elastische Rotoren zu schaffen, das
ohne Testgewichtsläufe sowohl die Starrkörperunwucht als
auch die modale Unwucht beseitigt.
Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 und
Patentanspruch 9 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbil
dungen und vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie mit einem Urun
wuchtmeßlauf sämtliche Daten ermittelt, die zur Berechnung
der Ausgleichsmassen zur Kompensierung sowohl der
Starrkörperunwucht als auch gleichzeitig der modalen
Unwucht erforderlich sind. Dabei können mit Hilfe eines
einzigen Meßlaufs auch Ausgleichsmassen berechnet werden,
durch die die modalen Unwuchten mehrerer Eigenformen
berücksichtigt werden. Dazu ist lediglich erforderlich,
daß der Rotor bis in den Bereich der zu berücksichtigen
Eigenformen beschleunigt wird. Ein derartiges Auswuchtver
fahren kann darüber hinaus auf einer herkömmlichen
kraftmessenden Auswuchtmaschine durchgeführt werden, ohne
daß zusätzliche Aufnehmer angebracht werden müssen, die
die elastische Auslenkung erfassen.
Als weiterer Vorteil ergeben sich aus dem erfindungsge
mäßen Verfahren auch ein erheblicher Sicherheitsgewinn für
die beteiligten Personen und Sachen, denn bei der Berück
sichtigung der modalen Unwucht von Rotoren muß immer im
Bereich von Resonanzdrehzahlen gemessen werden, so daß
sich ohne Dämpfung theoretisch unendlich große Fliehkräfte
ergeben. So ist es in jedem Fall vorteilhaft, wenn der
modale Unwuchtmeßwert mit nur einem Meßlauf zu ermitteln
ist.
Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das
in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt die schematische Darstellung einer
Unwuchtmeßeinrichtung und das Blockschaltbild einer mit
dieser verbundenen Auswerteeinrichtung.
In der Zeichnung ist eine Unwuchtmeßeinrichtung 1 darge
stellt, in der ein Rotor 18 gelagert ist und die über zwei
Aufnehmer 2 an den Lagern 5 und einen Antrieb 4 verfügt,
wobei die Aufnehmersignale und Drehzahlsignale der
Auswerteeinrichtung 10 zugeführt werden, die mit Hilfe von
Stellgliedern 8, 9, 19, 20, 21 für vorgebbare lager- und
rotorspezifische Kenndaten, die Ausgleichsmassen in den
Ausgleichsebenen 3, 16, 17 errechnet und in einer
Ausgleichsanzeige 23 darstellt.
In einem Urunwuchtmeßlauf werden die Unwuchtmeßwerte in
den Lagerebenen 5 von der Unwuchtmeßeinrichtung 1
ermittelt. Dabei stellt ein Urunwuchtmeßlauf einen
Unwuchtmeßlauf dar, bei dem die Unwucht des auszuwuchten
den Rotors in den Lagerebenen 5 festgestellt wird, ohne
daß Testgewichtsmassen angebracht oder ein vorheriger
Starrkörperausgleich durchgeführt wurde. In der Auswerte
einrichtung 10 werden bei der Berücksichtigung einer
kritischen Drehzahl mindestens ein Unwuchtmeßwert bei
Starrkörperverhalten und mindestens ein Unwuchtmeßwert im
Bereich der kritischen Drehzahl derart ausgewertet, daß
daraus mit Hilfe eines speziellen Rechenverfahrens durch
elektronische Rechenschaltungen 11, 12, 13, 14, 15, 22 die
Ausgleichsmassen zum Starrkörperunwuchtausgleich und des
modalen Unwuchtausgleichs in den Ausgleichsebenen 3, 16,
17 berechnet werden.
Bei der Unwuchtmeßeinrichtung 1 handelt es sich um eine
kraftmessende Auswuchtmaschine herkömmlicher Art, die eine
harte, permanent kalibrierte Auswuchtmaschine darstellt.
Diese besitzt einen elektromotorischen Antrieb 4, der
gleichzeitig eine Drehzahlerfassungsvorrichtung enthält,
die im Betrieb die jeweilige Drehzahl an die Auswerteein
richtung 10 weiterleitet. Da mit dieser Unwuchtmeßeinrich
tung 1 Rotoren gemessen werden sollen, die bei ihrer
Betriebsdrehzahl wellenelastisches Verhalten aufweisen
können, ist der Antrieb 4 so ausgelegt, daß er den Rotor
18 auf entsprechende Drehzahlen beschleunigen kann. Dabei
ist der Antrieb 4 der Auswuchtmaschine auch so steuerbar,
daß feste Auswuchtdrehzahlen vorgebbar sind. Die Unwucht
meßeinrichtung 1 enthält weiterhin zwei Lagerständer 6,
die zur festen Aufnahme der Lagerzapfen des Rotors 18
dienen. Die Lagerständer 6 sind axial verstellbar und
somit an die jeweilige Rotorlänge anpaßbar. Dabei haben
die jeweiligen Lagerebenen 5 einen bestimmten Abstand 1
voneinander. Die Lagerständer 6 enthalten in ihrer
Lagerebene 5 Aufnehmer 2, die die Kraftwirkung des Rotors
18 auf die Lagerständer 6 beispielsweise mit herkömmli
chen Tauchspulenaufnehmern messen. Dabei ist für jede
Lagerebene 5 jeweils ein Aufnehmer 2 vorgesehen. Die
Lagerständer 5 gehören dabei zu einer sogenannten
herkömmlichen harten permanent kalibrierten Auswuchtma
schine.
Bei dem dargestellten Rotor 18 handelt es sich um einen
weitgehend symmetrischen Rotor, der über eine linke 3,
eine rechte 17 und eine mittlere Ausgleichsebene 16
verfügt, die bestimmbare Abstände von den Lagerebenen 5
besitzen. Durch die Festlegung der drei Ausgleichsebenen
3, 16, 17 wird bereits vorbestimmt, daß nur das wellenela
stische Verhalten der ersten Rotoreigenform kompensiert
werden soll. Denn die Berücksichtigung von n Rotoreigen
formen erfordert mindestens n+2 Ausgleichsebenen. Sollte
also das wellenelastische Verhalten der zweiten oder auch
der dritten Rotoreigenform mit berücksichtigt werden, so
wären mindestens vier bzw. fünf Ausgleichsebenen erforder
lich. In der Praxis werden kaum mehr als die ersten drei
Rotoreigenformen kompensiert, da die weiteren Eigenformen
meist nur noch eine untergeordnete Unwuchtwirkung
hervorrufen.
Der Antrieb 4 der Unwuchtmeßeinrichtung 1 ist mit dem
Rotor 18 gekoppelt, so daß dieser den Rotor 18 auf vorbe
stimmbare Drehzahlen beschleunigen kann. Eine derartige
Drehzahlregelung ist in der Zeichnung nicht dargestellt,
da sie als allgemein bekannt vorausgesetzt werden kann.
Die Drehzahlregelung könnte über Stellglieder an der
Auswuchtmaschine oder durch eine selbsttätige Regelung
aufgrund einer Drehzahlberechnung in der Auswerteeinrich
tung 10 vorgenommen werden.
Sowohl die Unwuchtmeßsignale aus den Aufnehmern 2 in der
Unwuchtmeßeinrichtung als auch die Drehzahlsignale aus
dem Antrieb 4 werden einer Unwuchtmeßschaltung 14 in der
Auswerteeinrichtung 10 zugeführt. Dieser Unwuchtmeßschal
tung 14 werden auch gleichzeitig die Drehzahlsignale der
jeweiligen Rotordrehzahl übermittelt. Die Auswerteein
richtung 10 ist auch mit einer Einstellvorrichtung 7
verbunden, durch die der Auswerteeinrichtung 10 rotor- und
lagerspezifische Kenndaten vorgegeben werden können. Eine
derartige Einstellvorrichtung 7 könnte sowohl in der
Unwuchtmeßeinrichtung 1 als auch in der Auswerteeinrich
tung 10 integriert sein. Die Einstellvorrichtung 7 enthält
ein Stellglied 8 für die erste kritische Drehzahl, die die
Auslenkung des Rotors zur ersten Eigenform anregt. Da das
in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel
lediglich eine Einrichtung zur Berücksichtigung der ersten
Eigenform beschreibt, genügt die Vorgabe der ersten
kritischen Drehzahl. Sollen in einem anderen Ausführungs
beispiel weitere kritische Drehzahlen berücksichtigt
werden, so wären diese über separate Stellglieder
vorgebbar.
Die Ermittlung der kritischen Drehzahlen bei wellenelasti
schen Rotoren ist vorbekannt und kann auch im Stillstand
des Rotors ermittelt werden. Dazu wird bei einem speziel
len Verfahren ein Erreger verwendet, der entweder in einer
wählbaren Richtung senkrecht zur Schaftachse eine
Wechselkraft veränderlicher Frequenz auf den Rotor wirken
läßt oder mit einer umlaufenden Kraft arbeitet. Es sind
aber auch Rechenverfahren bekannt, die aufgrund der
vorbekannten rotor- bzw. lagerspezifischen Kenndaten die
kritische Drehzahl vorberechnen. Eine solche bekannte
Vorberechnungsschaltung könnte auch in der Einstellvor
richtung 7 oder der Auswerteeinrichtung 10 integriert
sein.
Die Einstellvorrichtung 7 enthält weiterhin ein Stellglied
9 für Rotordaten, durch die die rotorspezifischen Daten
der Auswerteeinrichtung 10 vorgegeben werden. Dazu zählen
in erster Linie Abmessungs-, Form- und verwendete
Materialdaten des auszuwuchtenden Rotors. Diese beschrei
ben im wesentlichen die Materialverteilung des Rotors
zwischen den Auflagerpunkten in axialer und radialer
Richtung.
Die Einstellvorrichtung 7 enthält weiterhin ein Stellglied
19 für die Wuchtebenen, mit der die axialen Abstände der
Ausgleichsebenen 3, 16, 17 von einer Lagerebene 5
vorgebbar sind. Daneben enthält die Einstellvorrichtung 7
noch ein Stellglied 20 für eine Abklingungskonstante δ,
die im wesentlichen die Dämpfung des schwingungsfähigen
Systems vorgibt, die z. B. experimentell ermittelbar ist.
Darüber hinaus verfügt die Einstellvorrichtung 7 noch über
ein Stellglied 21 für die Lagersteifigkeit, die durch die
Konstruktion der Lagerständer vorgegeben ist. Alle durch
die Einstellvorrichtung 7 vorgebbaren Kenndaten können der
Auswerteeinrichtung 10 sowohl durch andere Recheneinrich
tungen als auch auf beliebigen anderen Datenträgern zur
Verfügung gestellt werden. Bei einer Ausführungsform für
Serienauswuchtungen von wellenelastischen Rotoren wird man
derartige rotor- und lagerspezifische Kenndaten der
Auswerteeinrichtung 10 über elektronische Datenträger oder
entsprechende Vorberechnungsschaltungen, die bereits bei
der Konstruktion der Rotoren erfaßt werden, übermitteln.
Die Auswerteeinrichtung 10 enthält neben der Unwuchtmeß
schaltung 14 eine Eigenformrechenschaltung 11, die mit
Hilfe der rotorspezifischen Kenndaten die generalisierte
Masse mgen1 der ersten Eigenform sowie den Eigenformaus
schlag der ersten Eigenform sowohl für die rechte
Lagerebene als auch für die linke Lagerebene 5 und die
Wuchtebenen 3, 16, 17 errechnet. Der Eigenformausschlag
wird mit ϕi(x) bezeichnet und stellt bei entsprechender
Normierung ein Verhältnis des Ausschlags entlang der
Rotorachse zum maximal möglichen Ausschlag der jeweiligen
Eigenform dar. Die Berechnung derartiger Eigenformwerte
ist bekannt und kann auch mit Hilfe einer Vorberech
nungsschaltung der Auswerteeinrichtung 10 vorgegeben
werden. Soweit noch andere Eigenformen berücksichtigt
werden sollen, wären auch für diese Eigenformen die
generalisierten Massen sowie die spezifischen Eigenform
ausschläge zu berechnen und der weiteren Berechnung der
Ausgleichsmassen zugrundezulegen. Die berechneten
Eigenformausschläge bezogen auf die beiden Lagerebenen 5
der ersten Eigenform des Rotors werden einer sogenannten
Kraftfingerprint-Rechenschaltung 22 zugeführt. Dieser
werden gleichzeitig noch Daten der Lagersteifigkeit durch
das entsprechende Stellglied 21 in der Einstellvorrichtung
7 und die Eigenkreisfrequenz der ersten Eigenform über das
Stellglied 8 für die erste kritische Drehzahl der
Einstellvorrichtung 7 übermittelt, die daraus die
sogenannten "Kraftfingerprints" nach den Formeln:
berechnet.
Es bedeuten:
FL/R = konstanten Kraftfingerprint für das rechte bzw. linke Lager bezüglich der i-ten Eigenform
CL/R = Federsteifigkeit des linken bzw. rechten Lagerständers
ϕiL/iR = Eigenformausschlag am linken bzw. rechten Lager der i-ten Eigenform
ωi = Eigenkreisfrequenz der i-ten Eigenform
FL/R = konstanten Kraftfingerprint für das rechte bzw. linke Lager bezüglich der i-ten Eigenform
CL/R = Federsteifigkeit des linken bzw. rechten Lagerständers
ϕiL/iR = Eigenformausschlag am linken bzw. rechten Lager der i-ten Eigenform
ωi = Eigenkreisfrequenz der i-ten Eigenform
Der Berechnung dieser sogenannten "Kraftfingerprints" lag
die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Massenträgheitskräf
te eines elastisch ausbeulenden Rotors unabhängig von der
Drehzahl in einem konstanten Verhältnis im linken und
rechten Lager abstützen. Das führt dann zu einer durch die
elastische Auslenkung bedingten Zusatzlagerkraft. Denn
das Verhältnis der durch die elastische Auslenkung
hervorgerufenen Lagerkraft der linken Seite zu der
Lagerkraft in der rechten Seite bei einer bestimmten
Drehzahl n1 ist gleich dem Verhältnis der Lagerkraft im
linken Lager zu der Lagerkraft im rechten Lager bei der
Drehzahl n2. Derartige konstante "Kraftfingerprints"
ergeben sich gleichfalls auch für die Auslenkung des
Rotors bei seiner zweiten und für weitere Eigenformen.
Eine derartige Ausführungsform, die auch weitere Eigenfor
men berücksichtigt, müßte deshalb bei jeder zu berücksich
tigenden Eigenform jeweils zwei Kraftfingerprints für die
Lagerebenen zusätzlich ermitteln.
Die Auswerteeinrichtung 10 enthält weiterhin eine
Exzentrizitätsschaltung 12, der von der Einstellvorrich
tung 7 die spezifischen Rotordaten als auch die Lage der
Wuchtebenen und von der Eigenformrechenschaltung 11 die
Eigenformausschläge an den Wuchtebenen vorgegeben werden.
Aus diesen Rotorkenndaten errechnet die Exzentrizitäts
schaltung 12 durch bekannte Rechenverfahren die generali
sierte Unwucht Ugen1. Wobei Ugen1 der generalisierten
Unwucht des Rotors bezüglich der 1-ten Eigenform unter
alleiniger Berücksichtigung einer theoretisch gesetzten
Testgewichtsmasse entspricht. Nach der Formel:
Ugen1 = mTG WEj · rWEj · ϕ1 WEj
mTG WEj = vorgegebenes Testgewicht für Wuchtebene j
ϕ1 WEj = Eigenformausschlag der 1-ten Eigenform an der Wuchtebene j
rWEj = Radius auf dem Testmasse in Wuchtebene j sitzt
ϕ1 WEj = Eigenformausschlag der 1-ten Eigenform an der Wuchtebene j
rWEj = Radius auf dem Testmasse in Wuchtebene j sitzt
errechnet die Exzentrizitätsschaltung 12 die generalisier
te Exzentrizität exgen1 bezogen auf die erste Eigenform.
Dieser Wert der generalisierten Exzentrizität wird einer
Unwuchtausgleichsschaltung 15 zugeführt. Ein derartiger
Wert könnte gleichfalls in einer externen Rechenschaltung
vorberechnet und der Auswerteeinrichtung 10 über Datenträ
ger oder andere Recheneinrichtungen zur Verfügung gestellt
werden. Bei der Berücksichtigung mehrerer Eigenformen
wären auch weitere generalisierte Exzentrizitäten zu
berechnen und der Unwuchtausgleichsschaltung 15 zuzulei
ten.
Zur Berechnung der entsprechenden Meßdrehzahlen n enthält
die Auswerteeinrichtung 10 eine Meßdrehzahlschaltung 13.
Dieser Meßdrehzahlschaltung 13 wird durch das entsprechen
de Stellglied 8 der Einstellvorrichtung 7 die erste
kritische Drehzahl vorgegeben. Daraus errechnet die
Meßdrehzahlschaltung 13 die entsprechenden Meßdrehzahlen,
bei denen Unwuchtmeßwerte ermittelt werden sollen. Dabei
wird eine Meßdrehzahl errechnet, bei der der Rotor in
jedem Fall Starrkörperverhalten aufweist. In der Praxis
werden hierfür Drehzahlen festgelegt, die höchstens
0,3·nkritisch ergeben, wobei nkritisch die niedrigste
Resonanzdrehzahl ist.
Zur Berücksichtigung des elastischen Rotorverhaltens wird
mindestens ein Unwuchtmeßwert erfaßt, der im Bereich der
zu berücksichtigenden ersten kritischen Drehzahl liegt. Im
allgemeinen werden dafür Drehzahlen festgelegt, die 50 bis
70% der kritischen Drehzahl betragen. Die entsprechende
Meßdrehzahl n1 bei Starrkörperverhalten und n2 im Bereich
der ersten kritischen Drehzahl wird der Unwuchtmeßschal
tung 14 als auch der Unwuchtausgleichsschaltung 15
zugeführt. Sollen noch weitere Rotoreigenformen berück
sichtigt werden, so müßte für jede zu berücksichtigende
Eigenform ein Drehzahlwert im Bereich der jeweiligen
kritischen Drehzahl errechnet und den entsprechenden
Schaltungen zugeführt werden.
Aufgrund der ermittelten Meßdrehzahlen bzw. Kreisfrequen
zen speichert die Unwuchtmeßschaltung 14 die bei diesen
Drehzahlen in der Unwuchtmeßeinrichtung 1 gemessenen
Unwuchtmeßwerte für jede Lagerebene 5. Die Unwuchtmeß
schaltung 14 kann auch so ausgebildet sein, daß sie den
Antrieb 4 der Unwuchtmeßeinrichtung 1 auf die entsprechen
de Meßdrehzahl steuert und dann die entsprechenden
Meßwerte erfaßt und speichert. Dabei sind bei der
Berücksichtigung der ersten kritischen Eigenform minde
stens zwei Unwuchtmeßwerte erforderlich, um daraus die
Ausgleichsmassen zu berechnen, die sowohl die Starrkörpe
runwucht als auch die Wellenelastizität der ersten
Rotoreigenform kompensieren. Zur Erhöhung der Meßgenauig
keit ist es allerdings vorteilhaft, eine größere Anzahl
von Unwuchtmeßwerten zu ermitteln und diese der weiteren
Berechnung zugrundezulegen. Deshalb sind insbesondere im
Bereich der kritischen Drehzahlen weitere Unwuchtmeßwerte
zu erfassen, um eine hinreichende Genauigkeit bei der
Kompensation des elastischen Unwuchtanteiles zu erzielen.
Die so von der Unwuchtmeßschaltung 14 erfaßten und gespei
cherten Unwuchtmeßwerte werden der Unwuchtausgleichsschal
tung 15 zugeführt. Diese ist gleichfalls mit dem Stell
glied 20 für die Abklingungskonstante δ verbunden, durch
die ein Wert vorgegeben wird, der der Dämpfung des schwin
gungsfähigen Systems entspricht.
Der Unwuchtausgleichsschaltung 15 liegt eine Rechenschal
tung zugrunde, die aufgrund einer Grundgleichung
die in den Lagerebenen 5 feststellbaren Unwuchtanteile
bezüglich des Starrkörperanteils als auch des elastischen
Anteils infolge der theoretisch gesetzten Testgewichte
beschreibt, wobei
= gesamte Kraft, die auf dem rechten bzw.
linken Lager wirkt unter Berücksichtigung der
Starrkörperkräfte und der durch elastische
Auslenkung bedingten Zusatzkräfte
Ω = Kreisfrequenz
ωi = Eigenkreisfrequenz der i-ten Eigenform
δi = modale Abklingungskonstante der i-ten Eigenform
exgeni = generalisierte Exzentrizität der i-ten Eigenform
Us L/R = Starrkörperunwucht in der linken bzw. rechten Lagerebene
Fei L/R = konstanter Kraftfingerprint für das rechte bzw. linke Lager bezüglich der i-ten Eigenform
bedeuten.
Ω = Kreisfrequenz
ωi = Eigenkreisfrequenz der i-ten Eigenform
δi = modale Abklingungskonstante der i-ten Eigenform
exgeni = generalisierte Exzentrizität der i-ten Eigenform
Us L/R = Starrkörperunwucht in der linken bzw. rechten Lagerebene
Fei L/R = konstanter Kraftfingerprint für das rechte bzw. linke Lager bezüglich der i-ten Eigenform
bedeuten.
Mit Hilfe der vorliegenden Grundgleichung und der
bekannten Einflußkoeffiziententheorie errechnet die
Unwuchtausgleichsschaltung 15 unter Berücksichtigung der
Unwuchtmeßwerte die in den drei Ausgleichsebenen 3, 16, 17
erforderlichen Ausgleichsgewichte nach Betrag und
Winkellage, mit der die Starrkörperunwucht als auch die
Wirkung der Wellenelastizität bei der entsprechenden
Betriebsdrehzahl kompensiert werden kann. Dabei kann die
Unwuchtausgleichsschaltung 15 auch so ausgebildet sein,
daß sie die entsprechenden Ausgleichsmassen errechnet,
wenn mehr als nur eine Eigenform berücksichtigt werden
soll. Dazu müßten der Unwuchtausgleichsschaltung 15
lediglich die zusätzlichen Unwuchtmeßwerte in der Nähe der
entsprechenden kritischen Drehzahl und die vorgegebenen
rotor- und lagerspezifischen Kenndaten zusätzlich
zugeführt werden.
Die Berechnungen der Auswerteschaltung 10 könnten auch
durch entsprechende Programme einer Datenverarbeitungsan
lage ausgeführt werden. Dazu müßten dieser die entspre
chenden Meßwerte zugeführt werden und die rotorspezifi
schen und lagerspezifischen Kenndaten vorgebbar sein.
Die von der Unwuchtausgleichsschaltung 15 ermittelten
Ausgleichsmassen in den jeweiligen Ausgleichsebenen 3, 16,
17 sind in einer Ausgleichsanzeige 23 darstellbar. Diese
kann sowohl vektoriell als auch digital erfolgen. Die
ermittelten Ausgleichsmassen können aber auch gleichzeitig
Rechen- oder Steuereinrichtungen zugeführt werden, die den
entsprechenden Ausgleich in den Ausgleichsebenen veranlaßt
oder ausführt.
Claims (9)
1. Auswuchtverfahren zur Ermittlung der Ausgleichsmassen
bei elastischen Rotoren auf kraftmessenden Auswuchtma
schinen, bei der für verschiedene Rotordrehzahlen
deren Unwuchtmeßwerte ermittelt und daraus mit Hilfe
eines Rechenverfahrens die Ausgleichsgewichte in den
Ausgleichsebenen errechnet werden, dadurch gekenn
zeichnet, daß in einem Urunwuchtmeßlauf zunächst
mindestens ein Unwuchtmeßwert bei einer vorgegebenen
Drehzahl, bei der der Rotor Starrkörperverhalten
zeigt, ermittelt wird und mindestens ein weiterer
Unwuchtmeßwert pro Lagerebene (5) und auszugleichender
Eigenform bei einer vorgebbaren Rotordrehzahl erfaßt
wird, wobei die vorgebbare Rotordrehzahl im Bereich
der zu berücksichtigenden Eigenformdrehzahl liegt, und
in einer Auswerteeinrichtung (10) mit Hilfe der
gewonnenen Unwuchtmeßwerte und vorgebbaren rotor- und
lagerspezifischen Kenndaten den Unwuchtausgleich in
den entsprechenden Ausgleichsebenen (3, 16, 17) zur
Kompensation der Starrkörperunwucht und des zu
berücksichtigenden Eigenformanteils errechnet.
2. Auswuchtverfahren zur Ermittlung der Ausgleichsmassen
bei elastischen Rotoren auf kraftmessenden Auswuchtma
schinen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
mit Hilfe der vorgebbaren rotor- und lagerspezifi
schen Kenndaten in der Auswerteeinrichtung (10) für
jede Lagerebene (5) ein konstanter drehzahlunabhängi
ger Kraftfingerprint errechnet wird, der die Unwucht
wirkung des elastischen Rotorverhaltens mit be
schreibt.
3. Auswuchtverfahren zur Ermittlung der Ausgleichsmassen
bei elastischen Rotoren auf kraftmessenden Auswuchtma
schinen nach wenigstens einem der vohergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der in den
Lagerebenen (5) gemessenen Gesamtunwuchtwirkung mit
Hilfe der bestimmbaren Starrkörperunvucht als auch
des bestimmbaren Unwuchtanteils aufgrund der zu
berücksichtigenden Eigenformen in der Auswerte
einrichtung (10) für jede festlegbare Ausgleichsebene
(3, 16, 17) eine entsprechende Ausgleichsmasse
errechnet wird, die sowohl die Starrkörperunwucht als
auch das Eigenformverhalten der berücksichtigten
Eigenformen kompensiert.
4. Auswuchtverfahren zur Ermittlung der Ausgleichsmassen
bei elastischen Rotoren auf kraftmessenden Auswuchtma
schinen nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei der
Berücksichtigung der ersten Rotoreigenform, bei der
sich der Rotor V-förmig ausbiegt, mindestens ein
Unwuchtmeßwert bei Starrkörperverhalten und mindestens
ein Unwuchtmeßwert in der Nähe der ersten kritischen
Drehzahl erfaßt wird und in der Auswerteeinrichtung
(10) mit Hilfe der rotor- und lagerspezifischen
Kenndaten mindestens drei Ausgleichsmassen in den
mindestens drei Ausgleichsebenen (3, 16, 17) errechnet
werden.
5. Auswuchtverfahren zur Ermittlung der Ausgleichsmassen
bei elastischen Rotoren auf kraftmessenden Auswuchtma
schinen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
bei der Berücksichtigung der zweiten Rotoreigenform,
bei der sich der Rotor S-förmig durchbiegt, mindestens
ein weiterer Unwuchtmeßwert im Bereich der zweiten
kritischen Drehzahl erfaßt wird und daraus Ausgleichs
massen für mindestens vier vorgebbare Ausgleichsebenen
errechnet werden.
6. Auswuchtverfahren zur Ermittlung der Ausgleichsmassen
bei elastischen Rotoren auf kraftmessenden Auswuchtma
schinen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Berücksichtigung der dritten Rotoreigenform, bei
der sich der Rotor W-förmig durchbiegt, mindestens ein
weiterer Unwuchtmeßwert im Bereich der dritten
kritischen Drehzahl erfaßt wird und in der Auswerte
einrichtung (10) mit Hilfe der übrigen Meßwerte und
rotor- und lagerspezifischen Kenndaten Ausgleichsmas
sen für mindestens fünf Ausgleichsebenen errechnet
werden.
7. Auswuchtverfahren zur Ermittlung der Ausgleichsmassen
bei elastischen Rotoren auf kraftmessenden Auswuchtma
schinen nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch Vorgabe
der bekannten Rotorabmessungen und Massenverteilungen
als auch der bekannten Lagerdaten die rotorspezifi
schen Kenndaten in der Auswerteeinrichtung (10)
errechnet werden oder der Auswerteeinrichtung durch
andere Datenträger zur Verfügung stehen.
8. Auswuchtverfahren zur Ermittlung der Ausgleichsmassen
bei elastischen Rotoren auf kraftmessenden Auswuchtma
schinen nach wenigstens einem der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte
einrichtung als Datenverarbeitungseinrichtung
ausgebildet ist, in der mit Hilfe der vorgebbaren
rotor- und lagerspezifischen Kenndaten und den
erfaßten Meßwerten durch ein Datenverarbeitungspro
gramm die entsprechenden Ausgleichsmassen errechnet
werden.
9. Einrichtung zur Ermittlung der Ausgleichsmassen bei
elastischen Rotoren auf kraftmessenden Auswuchtma
schinen zur Durchführung des Verfahrens nach wenig
stens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß eine mit einem Antrieb (4)
versehene Auswuchtmaschine mit mindestens zwei
Lagerständern (6) und mindestens zwei Aufnehmern (2)
vorgesehen ist, die mit einer Auswerteeinrichtung (10)
verbunden sind, die eine Unwuchtmeßschaltung (14),
eine Eigenformrechenschaltung (11), eine Exzentrizi
tätsschaltung (12), eine Meßdrehzahlschaltung (13),
eine Kraftfingerprintrechenschaltung (22) und eine
Unwuchtausgleichsschaltung (15) enthält, in der die
von der Unwuchtmeßeinrichtung (1) gelieferten Meßwerte
mit den von einer Einstellvorrichtung (7) gelieferten
rotor- und lagerspezifischen Kenndaten so miteinander
verknüpft werden, daß in einer vorgesehenen Aus
gleichsanzeigeschaltung (23) für mindestens drei
Ausgleichsebenen (3, 16, 17) drei Ausgleichsmassen zur
Kompensation der Starrkörperunwucht und des zu
berücksichtigenden Eigenformanteils anzeigbar sind.
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