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Vorrichtung zur Bestimmung des Unwuchtortes bei umlaufenden Körpern
Es ist bekannt, die durchUnwucht eines umlaufenden Körpers erzeugten mechanischen
Schwingungen in elektrische Schwingungen umzusetzen und diese elektrischen Schwingungen
durch eine geeignete Vorrichtung sichtbar zu machen und damit die Größe der Unwucht
zu ermitteln. Um auch den Ort der Unwucht, die sogenannte Fehlerebene, zu finden,
braucht man eine bestimmte zeitliche Zuordnung eines Beobachtungs- oder Anzeigevorgangs
zur Periode der Unwuchtumläufe. Bei den gebräuchlichsten Anordnungen bedient man
sich hierzu irgendeiner stroboskopischen Beobachtungseinrichtung. Ferner ist es
auch bekannt, daß zur Gewährleistung dieser stets gleichen Zuordnung mit dem auszuwuchtenden
Körper ein elektrischer Generator zu koppeln ist, dessen Strom durch Kommutatoren
oder sonstige Kontakteinrichtungen im Takte der Unwuchtstöße geöffnet oder geschlossen
wird; es ist weiterhin bekannt, die durch die Unwucht erzeugten elektrischen Schwingungen
selbst über einen mit dem Prüfkörper verbundenen Kommutator oder andere geeignete
Kontakteinrichtungen zu führen. Die Nachteile dieser Einrichtungen bestehen in erster
Linie in der Schwierigkeit sorgfältiger Kontaktgabe und in dem unvermeidlichen Kontaktfeuer
und andererseits darin, daß mit dem Prüfkörper, der ausgewuchtet werden soll,
andere
umlaufende Niassen verbunden sind, deren unter Umständen gegebene eigene Unwucht
die Meß- und Beobachtungsergebnisse fälschen kann. Die Verbindung des Prüfkörpers
mit einer umlaufenden Masse wird bei den bekannten Einrichtungen nicht vermieden
und führt besonders bei kleinen Prüfkörpern, wie Kreiseln, Kleinstmotoren, Kleinzentrifugen
u. a. m., zu falschen Ergebnissen. Bei einem kleinen Kreisel z. B., der im Drehfeld
und damit ohne Massenankupplung angetrieben wird, darf bei hohen Auswuchtanforderungen
keinerlei zusätzliche Masse mit dem Prüfkörper verbunden sein. Die Ankupplung etwa
einer Kontakteinrichtung mittels eines Universalgelenkes gibt zwar eine räumliche
Trennung von Prüfkörper und Kontakteinrichtung, aber keine Vermeidung der Verbindung
mit einer Masse, die durch ihre restliche Unwucht oder nicht genau zentrische Ankupplung
auf den Prüfkörper störend rückwirkt. Verwendet man z. B. Klauenkupplung, so muß
ein Kupplungsteil an dem Prüfkörper sitzen, und es gelingt fertigungsmäßig nicht,
die Passung so genau herzustellen, daß der Schlag dieses Kupplungsteils gegenüber
der Restunwucht des kleinen und hochwertig ausgewuchteten Prüfkörpers vernachlässigt
werden könnte. Verwendet man andererseits Reibungskupplung und vermeidet hierbei
angesetzte größere Kupplungsscheiben, so ist der für die Unwuchtortsbestimmung erforderliche
genaue Synchronismus des angekuppelten Teils nicht gewährleistet. Hochwertibe Auswuchtung
bei kleinen Prüfkörpern ist nur bei Vermeidung jeglicher Ankupplungsteile und ohne
Verwendung mitlaufender Teile möglich. Es ist demnach wünschenswert, zwecks Unwuchtortsbestimmung
die aus der umlaufenden Unwucht erzeugten elektrischen Schwingungen mittels einer
solchen Anordnung zur geforderten bestimmten zeitlichen Zuordnung eines Beobachtungs-
oder Anzeigevorgangs verwenden zu können, daß alle Kontaktschwierigkeiten vermieden
werden und daß vor allem keinerlei Masse mit dem Prüfkörper verbunden ist.
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Die folgenden Darstellungen zeigen, wie dies erfindungsgemäß durch
Verwendung der von den Prüfkörperschwingungen erzeugten Wechselspannung zur phaseneinhaltenden
Synchronisierung eines Stroboskops möglich ist, und zwar etwa durch Synchronisierung
einer zweiten elektrischen Ävechselspannung, die unabhängig von der Unwucht durch
einen Generator erzeugt wird, der auf der Drehachse des Stroboskops angekuppelt
ist.
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Die durch Unwuditumlauf erzeugten mechanischen Schwingungen werden
z. B. in an sich bekannter Weise durch starre Ankopplung einer in einem feststehenden
NIagnetfeld schwingenden Tauchspule an die Prüfkörperlager in elektrische Schwingungen
von Unwuchtfrequenz und der Unwucht proportionaler Amplitude umgesetzt. Diese Schwingungen
werden außer zur Anzeige der Unsvuchtgröße auch zur Bestimmung des Unwuchtortes
verwendet. Es gilt, eine stroboskopische Beobachtungsfrequenz mit den Unwuchtumläufen
zu synchronisieren, und zwar unter Einhalfung einer in allen Versuchsfällen gleichen
Phasendifferenz zwischen Unwuditumlauf und stroboskopischer Periode Zwischen Unwuchtumlauf
und den erzeugten elektrischen Schwingungen besteht ein festes Phasenverhältnis.
Um nun durch diese elektrischen Schwingungen eine stroboskopische Beobachtungsfrequnz
ohne Rückwirkung auf die elektrischen Schwingungen zu synchronisieren, kann man
wie folgt verfahren. Nian verstärkt die elektrische Wechselspannung und leitet sie
in einen Wechselstromgenerator (Synchrongenerator), der fest gekuppelt auf der Achse
des Stroboskopmotors sitzt und so mit der Schlitzscheibe des Stroboskops mit umläuft.
Zwecks Synchronisierung des Scheibenumlaufs mit der von der Tauchspule gelieferten
taktgebenden elektrischen Schwingung ist daher die von dem Generator erzeugte elektrische
Wechselspannung mit der taktgebenden Wechselspannung zu synchronisieren. Regelt
man die Frequenz des Generators durch Änderung des Antriebs so, daß sie in die Nähe
der taktgebenden Frequenz kommt, so wird der Generator durch die taktgebende Frequenz
selbsttätig synchronisiert. Schaltet man z. B. an die Klemmen des Erzeugers der
taktgebenden Wechselspannung einen Spannungsmesser. so wird der Zeiger dieses Instruments
so lange im Takt der durch die Uberlagerung der beiden Wechselspannungen erzeugten
Schwebungen schwingen, als die beiden Frequenzen noch nicht völlig gleich sind.
Nian erkennt also den Synchronismus der beiden Wechselspannungen daran, daß das
Nleßinstrument konstanten Wert anzeigt.
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Nun muß man noch zur Unwuchtortsbestimmung zwischen der Periode der
Unwuchtumläufe und den stroboskopischen Perioden in allen Versuchsfällen stets die
gleiche, bestimmte Phasendifferenz einhalten. also auch bei starrer Ankopplung der
Tauchspule zwischen der taktgebenden elektrischen Schwingung und der Wechselspannung
des Generators eine bestimmte, stets gleiche Phasendifferenz einregeln, etwa die
Phasendifferenz von go-. Man kann zu dieser Phasenmessung nicht ein Dynamometer
verwenden, da die beiden Spannungen zwecks selbsttätiger Synchronisierung in einen
Stromkreis geschaltet sind; man kann sich aber folgender einfacher Anordnung bedienen:
in den Stromkreis
ist ein Hilfswiderstand gelegt, und an den Klemmen
des Hilfswiderstandes sowie an denjenigen des Erzeugers der taktgebenden Spannung
sind Spannungsmesser angeschlossen. Unter Voraussetzung einiger noch zu nennender
Bedingungen genügt es alsdann zur Einhaltung der geforderten Phasendifferenz von
go0: den Antrieb des Generators so zu regeln, daß beide Instrumente gleiche Spannungen
anzeigen. Zu dieser Phasenmessung müssen folgende Bedingungen erfüllt sein: Der
(reelle und imaginäre) Widerstand des Generators muß gegenüber dem Hilfswiderstand,
der zwischen dem Erzeuger der taktgebenden Spannung und dem Generator liegt, vernachlässigbar
klein sein; weiterhin muß der Widerstand des Erzeugers der taktgebenden Spannung
gleich sein dem reellen Hilfswiderstand, was sich durch entsprechende Wahl des Hilfswiderstandes
bzw. durch Zuschaltung eines passenden Vorwiderstandes vor den Erzeuger der taktgebenden
Spannung erreichen läßt. Nach dem Dargestellten ist bei Regelung des Antriebes bis
zur Konstanz der Zeigerausschläge und zur Betragsgleichheit der beiden gemessenen
Spannungen tatsächlich erreicht, daß der Umlauf der Stroboskopscheibe mit dem Umlauf
der Unwucht synchronisiert und im immer gleichen Phasenverhältnis gehalten ist.
Man kann nun die Unwuchtortsbestimmung in an sich bekannter Weise vornehmen. Beobachtet
man zuerst stroboskopisch einen umlaufenden Prüfkörper mit örtlich bekannter und
markierter Unwucht, so erscheint der Prüfkörper stehend, wobei die Unwuchtmarke
an einer bestimmten Stelle zu sehen ist. Diese Stelle am Umkreis kann man z. B.
durch Nachdrehen eines über dem feststehenden Umkreis spielenden Zeigers festhalten.
Beobachtet man alsdann einen an einer beliebigen Stelle markierten Prüfkörper mit
unbekanntem Unwuchtort durch die durch die Unwucht synchronisierte Stroboskopscheibe,
so zeigt sich diese Markierung an derjenigen Stelle, die durch den Winkelabstand
der willkürlich angebrachten Marke auf dem Prüfkörper vom Ort seiner Unwucht bestimmt
ist. Der am Umkreis abzulesende Winkel zwischen der Stelle der ruhend erscheinenden
Markierung und jenem Zeiger ist gleich dem Winkel zwischen Markierung und Unwuchtort
auf dem Prüfkörper, so daß hiernach bei abgebremstem Prüfkörper der Unwuchtort ohne
weiteres angegeben werden kann. Nach Kenntnis des Unwuchtortes ist die Unwucht in
bekannter Weise leicht zu beseitigen.
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In der Zeichnung ist die erfindungsgemäße Anordnung beispielsweise
dargestellt. Das auf der Feder I ruhende Lager 2 des Prüfkörpers 3 ist durch eine
starre Verbindung mit der Tauchspule 4, die im Magnetfeld des Magneten 5 schwingfähig
angeordnet ist, verbunden. Die in der Tauchspule 4 erzeugte Wechselspannung wird
durch die Leitungen 6 und 7 dem Verstärker 8 zugeführt. Der Verstärker 8 ist über
den ergänzenden Vorwiderstand g und den Hilfswiderstand 12 mit dem Synchrongenerator
I7 verbunden. Der Spannungsmesser IO ist an den Punkten I3 und I4, der Spannungsmesser
II an den Punkten 15 und I6 angeschlossen. Auf der gemeinsamen Welle 2I des Synchrongenerators
I7 und des durch den Regler 19 regelbaren Motors8 befindet sich die Stroboskopscheibe
20. Der Strahlenkegel 22 (Licht- bzw. Blickstrahlen) dient zur stroboskopischen
Ermittlung des Ortes der Prüfkörpermarke 23. Der an dem Umkreis des Prüfkörpers
einstellbare Zeiger wurde in der Zeichnung nicht dargestellt.