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Vorrichtung zur Bestimmung der Winkellage von an auszuwuchtenden Umlaufkölpern
anzubringenden Ausgleichsmassen Einerseits ist es bekannt, die Schwingungsvorgänge
eines nicht ausgeglichenen Umlaufkörpers zur Ermittlung seiner Unwucht in einem
Elektronenstrahloszillographen zu beobachten, der sich durch höchste Empfindlichkeit
auszeichnet. Bei ihm werden die durch die mechanischen Schwingungen des Umlaufkörpers
in zwei zueinander senkrecht angeordneten, z. B. mit Piezoquarzkristallen arbeitenden
Schwingungsgebern erzeugten elektrischen Spannungsschwankungen auf zwei Steuerelektrodenpaare
des Elektrodenstrahloszillographen über Verstärker übertragen.
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Dadurch erfolgt eine periodische Ablenkung der Elektronenstrahlung,
und es entsteht ein in sich geschlossenes, beispielsweise kreisförmiges Schwingungsbild
auf einem Schirm.
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Aus diesem Bild kann man zwar auf die Größe der Unwucht und damit
auf die Bemessung der Ausgleichsmassen, nicht aber auf deren Winkellage schließen.
Andererseits wurde bekanntermaßen die Winkellage der Unwucht mit Hilfe einer aus
einer Kathodenstrahlröhre und einer Kontaktvorrichtung bestehenden Einrichtung durch
einen kurzzeitig an einer bestimmten Stelle einer Kreisbahn hervorgerufenen Lichtfleck
festgestellt, ohne daß damit die Größe des Wuchtfehlers zu ermitteln war. Hierfür
war vielmehr noch ein besonderes zusätzliches Zeigerinstrument erforderlich.
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Die Vorrichtung nach der Erfindung soll es ermöglichen, die Winkellage
des Wuchtfehlers gleichzeitig unmittelbar in dem in sich geschlossenen, beispielsweise
kreisförmigen Schwingungsbild eines Elektronenstrabloszillographen,
das
zur Bestimmung der Unwuchtgröße dient, zu markieren, so daß die Unwucht des umlaufenden
Körpers sowohl nach Größe als auch nach Winkleeage in demselben Schweingungsbild
des Elktronenstrahl oszillographen wahrzunehmen ist, ohne dal, für beide dieser
benötigten Werte je ein besonderes Anzeigeorgan erforderlich wird.
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Erfindungsgemäß ist an einer Umfangsstelle des auszuwuchtenden oder
eines mit ihm synchron rotierenden Umalufkörpers ein bei jeder Umdrehung einmal
kurzzeitig stromunterbrechender oder einen Widerstand einschaltender Kontakt, insbesondere
ein auf einem umlaufenden Schleifring mit eingelegtem blindsegment aus lsolierstofi
oder isoliertem Metall glcitender Bürswtenkontakt, angeordnet. der mit seinum gegekontakt
in dem die elektrischen Schwingungen eines der beiden Schwingungsgeber auf die Elektroden
des Elel;tronenstrahloszillogl-apheI1 übertrag, ende Stromwege liegt, Auf diese
Weise wird zau dem Zeitpunkt, in dem jener Stromweg unterbrochen wird, im geschlossenen
Schwingungsbild des Ozillogrphen, das die Größe der Unwucht anzeigt, die eine Spannungskomponente
auf Null zusammenbrechen oder, wenn statt der völligen Strommunterbrechung der Widerstand
des Stromweges erhöht wird, stark vermindert, was sich durch einen Einschnitt im
Schwingungsbild äußert. Da man den Ort der Unterbrechungsstelle relativ zum Läufer
im Zeitpunkt der maximalen Wellen ausschwingung kennt, läßt sich sowohl die Lage
als auch die Größe der anzubringenden Ausgleichsmassen am Läuferumfang eindeutig
festellen. Vorzugsweise ordnet man der Kontakt in der gleichen Radialebene des Umlaufkörpers
an, zu der der Achwingungsgeber ghört, dessen Verbindungsleitungen mit den Elektroden
des Oszillographen unterbrochen bzw. im Widerstand erhöht werden soll. weil dann
die auswertung des Meßergebnisses am einfachsten vonstatten geht.
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An Hand der Zeichnung soll die Vorrichtung nach der Erfindung und
ihre Wirkungsweise an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Werden gemäß
Fig. 1 die senkrecht zur Drehachse des Auszuwuchtenden Umalukförpers K in seiner
horizontalen Schwingungsebene sich äußernden mechanischen Schwingiungen des Lagerbockes
mit Hilfe eines eines Piezoquzarzschwingungsgeberrs S1 ampltundengetren umgesetzt,
dan erhölt man bei Übertragung der durch die Kristalle er zeugten Ladespannungen
über den Verstärker V1 auf das Steuerelektrodenpaar a1, a3 des Elektronenstrahlozillographen
E ein geradliniges Schwingungsbild von der Frequenz der Drchbewegung, dessen Amplitude
dem Ausschlag des Umlaufkörepers in seiner hori zontaien Schwingungsebene entspricht.
Mit Hille einer Kunstschaltung oder durch einen zweiten. in der vertikalen Schwingngsebene
angeordneten Schwingungsgeber S2 kan n man mun eine zw3eite Spannung erzungen, die
gegenüber der ersten um genau 90 phasen verschoben ist. Die beiden Spannungen Von
S1 und S2 werden auf gleiche Amplitude eingeregelt, und die Spannung von S2 wird
aber den Verstärker V2 an des zweite Steuerelcktrodenpaar b1, b2 des Elektronenstrahloszillegraphen
E gelegt. Da die beiden Platten paare a1, a2 und b1, b2 in ihrer Richtung senk recht
zueinander stehen, ergibt die Addition der Vektoren als Schwingungsbild einen Kreis,
dessen Radius r dann wie bekannt ist. ein Maß für die Größe der unwucht ist.
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Wenn, wie in Fig. 1 dargestellt ist, da@ senkrechte Plattenpaar a1,
a2 des Oszillographen an den in der horizontalen schwingungscheneangeordneten schiwngungsgeber
S1 gelegt ist und eine Auslenkung des Lager bockes nach der Seite dieses Schwingungsgebers
hin im Oszillographen einen politivien Ausschlag nach oben bewirkt, so bedeuter
der Punkt A1 des Zkreises stets den zeitilichen Augenblick, in dem die maximale
Wellenauslenkung des Umlaufkörpers gerade die Ebene des Schwingungsgebers passiert.
denn dann hat der Schwingungsgeber sinen größten positiven Ausschalg.
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Diesen Ausschlag nun zeitlich in eine eindeutige relative Beziehung
zu einem bestimmten Punkt des Läuferumfanges zu bringen und damit auf die lage des
Wuchtfehlers schile-15en zu können, dient erfindungsgemäl: eine Kontaktanordnung,
- die nach Fig. t als eine aut einem mit dem auszwuchtende Umautkprper rotierenden,
auf seiner Welle isolierten Schleifring m gleitende Bürste g ausgebildet ist und
den Stromweg, der die elektrische ii Schwingungen des einen Schv;ingungsgebersS
auf die Plattenelktroden a1, und a2 überträgt, bei jeder Umdrehung einmal kurzzeitig
unterbricht, und zwar bei dem gewählten Beispielnach Fig. 1 axial neben dem Schwingungs
geber S1. Zu diesem Zweck enthält der Schleifrung m aun einer Stell seines Umfanges
ein Blindsegment d aus isolierstoff oder ausw iso liertem Metall. das in bezug auf
die tangentiale Bürstenbreite so bemessen ist. daß hier beim Ubergang der Bürste
g eine Stromunterbreehung stattfindet, Der Schliefring m ist durch den leitenden
steg h mit einem zweiten Schleifring n verbunden, auf dem an beliiebiger Stelle
seines Umfanges des Bürste f schleift. Die beiden schleifringe n und m sind über
ihre Bürsten f und g in den Stromweg beschaltet, der den Schwingungsgeber S1 mit
dem Plattenpaar a1, a2, des oszillographen verbindt.
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Zu dem zeitpimkt, In dern die Kontakt einrichtung den Stromweg unterbricht,
also die Bürste g das-Blindsegment eS des Schleitringesm !fl passiert, bricht im
Schwingungsbild die senkredite Spannungskomponente des kreises auf Null zusammen.
Es zeigt sich damit das Bild nach Fig. 2. Da der Punkt4, wie bereits gesagt wurde,
den Zeitpunkt bedeutet, an dem die maximale Wellenauslenkung des Umlaufkörpers den
Schwingungsgeber S1 am stärksten beeinflußt. und e die Spannung zu der Zeit bedeutet,
in welcher die Unterbrechung einzusetzen beginnt, da ferner der Kreis einmal bei
jeder Umdrehung der Welle durchlaufen wird, so entspricht der -Winkel A1 O, e im
Schwingungsbild dem Winkel zwischen der maximalen Wellenauslenkung und der Lage
der Unterbrechungsstelle. Der Ort der Unterbrechungsstelle relativ zum Umlaufkörper
im Zeitpunkt der maximalen Wellenauslenkung ist aber bekannt, also läßt sich auf
diese Weise direkt am Umiaufkörper die Lage der maximalen Wellenauslenkung feststellen.
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Soll der Schwingungskreis nicht völlig unterbrochen, sondern nur
an der betreffenden Stelle kurzzeitig im Widerstand erhöht werden. so ist die Vorrichtung
nach der Fig. 3 verwendbar, bei der zwischen die Schleifringfläche m und ein darin
eingefügtes isoliertes Blindsegmentt genügender Breite aus Metall ein Widerstand
p geschaltet ist.
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Für die Anbringung der Ausgleichsmassen am Umfang ist zu unterscheiden,
ob die Aus-' wuchtung innerhalb, unterhalb oder oberhalb der kritischen Drehzahl
erfolgt. In der kritischen Drehzahl ist bekanntlich der Ort der anzubringenden Ausgleichsmasse
am Unifang um 905 hinter die Stelle der maximalen Wellenauslenkung verschoben. Bei
unterkritischem Lauf liegt der schwerpunkt des Läuferkörpers in der Ebene der maximalen
Wellenauslenkung selbst, so daß die Schwerpunktexzentrizität durch eine Masse auszugleichen
ist, die auf der dem maximalen Wellenauslenkpunkt entgegengesetzten Seite des Umfanges
anzubringen wäre. Der besonders bei Läufern von Turbogeneratoren häufigste Fall
ist die Auswuchtung im überkritischen Lauf. Hierbei wird die Schwerpunktexzentrizität
durch eine Masse am Umfang im maximalen Wellenauslenkpunkt selbst kompensiert. Dementsprechend
wandert auch beim Hochfahren des Läufers der Punkt e im Kathodenstrahloszillogramm,
und zwar innerhalb des unterkritischen Laufes bis zur kritischen Drehzahl um 90
und darüber hinaus im Bereich des überkritischen Laufes nochmals um 9o.
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Liefert der Schwingungsgeber keine reine Sinusform, sondern eine
verzerrte Kurve, so ergibt, sich als Schwingungsbild im Elektronenoszillographen
kein Kreis, sondern eine andere Figur, deren Radiusvektor nicht mit konstanter Geschwindigkeit
umläuft, so daß der Drehwinkel des Umlaufkörpers nicht dem im Oszillogramm entspricht.
Man kann dies sclbstverständlich dadurch vermeiden, daß in die Übertragungsleitungen
zum Oszillographen an sich bekannte Siebketten geschaltet werden, die nur die Grundwelle,
also eine reine Sinuswelle, durchlassen.
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Die von dem Piezogeber gelieferte Spannung ist sehr gering und muß
verstärkt werden. Der dazu benötigte Verstärker arbeitet zwar amp'-lituden- und
frequenzgetreu, nicht aber winkelgetreu. Man erhält damit einen Phasenfehler, der
eine Funktion der Frequenz ist. Dern kann in einfachster Weise dadurch begegnet
werden, daß der Kontakt, der bei jeder Umdrehung des Umlaufkörpers den Stromweg
des Schwingungsgebers einmal kurzzeitig unterbricht oder seinen Widerstand erhöht,
d. h. in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. I die Bürste g, um den gleichen Winkel
am Umfang verschoben wird, der als Phasenfehler in Erscheinung tritt. Dies kann
entweder von Hand geschehen oder selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl.