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Verfahren und Vorrichtung zum Auswuchten umlaufender Körper
Für das
dynamische Buchten eines Umlaufkörpers werden im allgemeinen an den beiden federnd
abgestützten Lagerstellen Schwingungsaufnahmegeräte angeordnet, die die Kräfte oder
die Schwingungsausschläge messen, die an den Lagerstellen auftreten. Um diese Ausschläge
an den Lagern zu beseitigen, genügen zwei Ausgleichsgewichte in zwei Ebenen, den
sogenannten Ausgleichsebenen, des mit Unwucht behafteten Körpers.
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Es ist bekannt, die an den beiden Lagerstellen ermittelten Meßergebnisse
so umzuformen, daß am Anzeigeinstrument die auf die Ausgleichsebenen bezogenen Unwuchten
abgelesen und dadurch zur Korrektur in den beiden Ausgleichselenen unmittelbar herangezogen
werden können. Mißt man elektrisch, so kann die Umformung im elektrischen Teil vorgenommen
werden. Diese elektrische Umformung auf die Ausgleichsebenen führt zum gleichen
Ergebnis wie früher die mechanischen Rahmenkonstruktionen, weshalb man in der neuzeitlichen
Wuchttechnik vom » elektrischen Rahmen « spricht.
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Zur Verwirklichung des »elektrischen Rahmens« ist bisher eine Schaltung
angewandt worden, die die in elektrische Wechselspannungen umgeformten mechanischen
Schwingungen der beiden Schwingungsaufnahmegeräte (Tauchspulen) hintereinanderschaltet,
und zwar derart, daß ein einstellbarer Bruchteil der von den Schwingungen an der
einen Lagerstelle erzeugten Wechselspannung der von den Schwingungen an der anderen
Lagerstelle erzeugten Wechselspannung in einer Weise überlagert wird, die die resultierende
Spannung bei einer Unbalance in einer Ausgleichsebene zu Null macht, so daß bei
dieser Einstellung des Bruchteils der einen Wechselspannung der Ausschlag an dem
die resultierende
Spannung messenden Instrument, z. B. Wattmeter,
der Unwucht in der anderen Ausgleichsebene proportional wird. Praktisch wird dieses
bekannte Verfahren im allgemeinen mit Hilfevon Potentiometern durchgeführt, die
die Bruchteile der Spannungen, die von den Schwingungsaufuehmern abgegeben werden,
einstellen, damit der von einer Tauchspule erzeugten Spannung die von der anderen
Tauchspule erzeugte Spannung überlagert werden kann und die resultierende Spannung
den Wert Null annimmt, wenn eine Unwucht in der einen der gewählten Ausgleichsebenen
besteht, das Anzeigeinstrument jedoch lediglich die Unwucht in der anderen Ausgleichsebene
anzeigen soll.
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Diese bekannte, durchWiderstände erzielte Spannungsteilung besitzt
erhebliche Nachteile, die im wesentlichen darin bestehen, daß einmal jede Spannungsteilung
leistungsvermindernd wirkt, weshalb Verstärkerröhren in den Stromkreis der Tauchspulen
eingeschaltet werden mußten, und zum anderen jede Art von regelbarem Widerstand
(Potentiometer) empfindliche Kontaktstellen erfordert, die unliebsame Störungen
im Stromkreis der Schwingungsaufnehmer und daher im Meßergebnis hervorrufen.
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Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren und Vorrichtungen zum Auswuchten
umlaufender Körper in zwei Ausgleichsebenen mit Hilfe von Schwingungsaufnehmern,
die zweckmäßig an den beiden, mindestens in einer Radialrichtung frei schwingenden
Lagerstellen des Umlaufkörpers in der Wuchtmaschine angeordnet sind, bei denen der
Ausschlag des Anzeigeinstrumentes bei Einstellung auf die eine Ausgleichs ebene
unabhängig von der Unwucht in der anderen Ausgleichs ebene gehalten wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Verwendung jeder Art
von Widerstandsschaltung und jegliche Kontaktstelle im Stromkreis der Schwingungsaufnehmer
zu vermeiden und trotzdem zu einer Trennung der Unwuchten beider Ausgleichsebenen
zu kommen. Nach der Erfindung wird das Auswuchten umlaufender Körper durch Schwingungsaufnehmer
an den beiden, mindestens in einer Radialebene frei schwingenden Lagerstellen des
Umlaufkörpers in der Weise durchgeführt, daß die von den Schwingungsaufuehmern abgegebenen
und in keiner Verbindung miteinander stehenden Ströme unmittelbar je einer von zwei
auf einer gemeinsamen Achse sitzenden Drehspulen eines doppelspuligen Anzeigeinstrumentes,
z. B.
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Wattmeter; ~ zugeführt werden, dessen magnetische Felder, in denen
sich die beiden Drehspulen bewegen, hinsichtlich ihrer Stärke unabhängig voneinander
geregelt werden können.
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Bei Anwendung der bekannten permanentdynamischen Schwingungsaufnehmer
(Tauchspulen) stehen diese Schwingungsaufnehmer erfindungsgemäß in keiner elektrischen
Verbindung miteinander. (Dies schließt nicht aus, daß an geeigneter Stelle auch
eine gemeinsame Leitung benutzt wird) Die von jeder Tauchspule abgegebenen Wechselspannungen
bzw. -ströme werden unmittelbar je einer von zwei auf einer gemeinsamen Welle angel
ordneten D rehspulen eines Doppelinstrumentes, z. B. eines Doppelwattmeters, zugeführt.
Die auf die Zeigerachse abgegebenen Drehmomente sind dabei proportional den von
den Tauchspulen abgegebenen Strömen und der Stärke des Magnetfeldes, das in diesem
Falle die Rolle des regelbaren Zwischengliedes spielt. Die magnetischen Felder,
in denen sich die beiden Drehspulen bewegen, können also erfindungsgemäß unabhängig
voneinander verändert und eingestellt werden, z. B. durch mechanisches Verschieben
permanenter Magnete innerhalb der magnetischen Felder des Anzeigeinstrumentes oder
durch Potentiometer in den Erregerkreisen der fremderregten Magnete des Doppelwattmeters.
Als Erregerströme für die feststehenden Wattmeterspulen werden synchron mit dem
Umlauf des Wuchtkörpers verlaufende Wechselströme verwendet, weil dann die Drehmomente
der Drehspulen nur dem jeweils in Phase mit diesen Wechselströmen liegenden Anteil
der elektrischen, der Unwucht entsprechenden Schwingungen proportional sind. Hierbei
können allerdings sich gegenseitig beeinflussende Unwuchtwirkungen nur dann völlig
ausgeschaltet werden, falls die von einer Unwucht hervorgerufenen Schwingungsausschläge
auf beiden Seiten in Phase liegen oder die erregendenWechselströme entsprechende
Phasenverschiebungen aufweisen. Um Phasenverschiebungen zwischen den Schwingungsausschlägen,
die auf eine einzige Unwucht an den Lagerstellen zurückzuführen sind, in ihrer Wirkung
aufzuheben, können Mittel angewendet werden, die die den Erregerspulen zugeführten
synchronen Wechselströme gegeneinander in ihrer Phase verschieben, beispielsweise
Phasenschieber oder mehrfache Wicklungen auf den fremderregten Magneten, die von
zwei um go0 phasenverschobenen, getrennt voneinander regelbaren Strömen durchffossen
werden können. Dieses Verfahren und seine Vorrichtungen gemäß der Erfindung bringen
als wesentlichstenVorteil einen »elektrischen Rahmen« ohne jede Kontaktstelle im
Tauchspulenkreis.
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Eine praktische Verwirklichung des Erfindungsgedankens wird als Beispiel
an Hand der Zeichnung beschrieben, die den Schaltplan hierfür schematisch veranschaulicht.
Der Prüfkörper 1 ist in den schwingbaren Aufnahmelagern 2 und 2a einer Wuchtmaschine
drehbar gelagert. Der Antrieb erfolgt mit konstanter Winkelgeschwindigkeit von einer
nicht dargestellten Kraftquelle aus über die Riemenscheibe 3 und die Kardanwelle
4. Mit derselben Geschwindigkeit läuft auch der bei 5a angeschlossene Zweiphasengeber
5 um. Die Lager 2 und 2a sind mit bekannten Tauchspulen 6 und 6a verbunden, die
auf etwaige Schwingungen der Lager bei der Rotation des Körpers I reagieren und
diese in Wechselspannungen verwandeln. Jede der Tauchspulen 6 und 6a ist mit einer
beweglichen Spule7 bzw. 7a eines Doppelspulenwattmeters I7 (zweckmäßig mit Nullpunkt
in der Skalenmitte) verbunden. Diese Spulen sind so angeordnet, daß je eine in einem
der beiden magnetischen Felder steht, die durch Erregung der zugehörigen, aber feststehen-
den
Spule 8 bzw. 8a des Wattmeters erzeugt werden, und so eingerichtet, daß bei Stromfluß
durch die beweglichen Spulen ein Drehmoment auf die gemeinsame Achse 9 hervorgerufen
wird. Die festen Spulen 8 und 8a des Wattmeters werden durch die eine oder die andere
der Phasen des Zweiphasengebers 5 erregt, und zwar je nach Einstellung des Schalters
10. Die Phasen des Gebers 5 sind um go bzw. 2700 voneinander entfernt und charakterisieren
durch die synchrone Kupplung von Phasengeber und Wuchtkörper zwei um go bzw. 2700
gegeneinander verlaufende Richtungen am Wuchtkörper, z. B. die Richtungen »senkrecht«
und »waagerecht«. Ein Schalter, der aus den beidenTeilschaltern I iaund I Ib besteht,
bestimmt, auf welche der vorher gewählten Ausgleichsebenen (rechtebzw. linke Ebene)
des Prüfkörpers I das Doppelspulenwattmeter I7 geschaltet wird. Die Schalter I0,
11a und I IIo bilden in Wirklichkeit zweckmäßig eine Einheit, an der alle Schaltstellungen
herbeigeführt werden können.
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Die Potentiometer 12 und I2e besorgen die Aufteilung des durch die
festen Spulen 8 und 8a zu sendenden Stromes. Beide Potentiometer und sämtliche Schalter
liegen im Stromkreis des Zweiphasengebers 5 und nicht im Stromkreis der Tauchspulen.
Die Schalter I3 und 13a dienen zum Polaritätswechsel des vom Phasengeber 5 erzeugten
Stromes, um je nach Wunsch den Ausgleich der Unwucht entweder durch Materialzugabe
oder -wegnahme herbeiführen bzw. um beim Wuchten notwendige Vorzeichenwechsel der
Anzeige bewirken zu können.
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Beim Verfahren und der Vorrichtung gemäß der Erfindung sind die Ströme
in den Spulen 7 und 7a lediglich bestimmt durch die Unwucht des Prüfkörpers I. Der
Schalter 10 des Phasengebers 5 verursacht, daß der Phasengeberstrom mit Hilfe der
Potentiometer 12 oder 12a in solchem Verhältnis aufgeteilt wird, daß die durch die
festen Spulen 8 und 8a fließenden Ströme in Zusammenarbeit mit der Erregung der
Spulen 7 und 7a ein resultierendes Drehmoment um die Achse g hervorrufen, das von
der Unwucht in einer der vorbestimmten Ausgleichsebenen des Prüfkörpers I unabhängig
ist.
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In der Praxis wird der Prüfkörper I, der bereits dynamisch ausgewuchtet
ist und mit dem zu prüfenden Körper übereinstimmt oder ihm wenigstens sehr ähnlich
ist, auf die Lager 2 und 2a gebettet und mit der Kardanwelle 3 gekoppelt. Eine künstliche
Unwucht wird in einer der vorher bestimmten Ausgleichsebenen dieses Prüfkörpers
angebracht, z. B. in der rechten Ebene.
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Mit dem Schalter IIa-IIb in der auf der Weich nung dargestellten
Einstellung, die der Stellung » links - senkrecht« oder »links - waagerecht« entsprechen
möge, werden, nachdem der Motor in Gang gesetzt ist, Wechselströme auf jede der
Spulen 8 und 8a als Folge der Prüfkörperumdrehung gegeben. Gleichzeitig fließen
in den Spulen 7 und 7a Wechsel ströme als Folge der von der Unwucht in den Aufnehmern
6 und 6a erzeugten Wechselspan nungen. Das Potentiometer 12 wird dann so eingestellt,
daß das Wattmeter Null anzeigt; das bedeutet, daß der Strom, den der Phasengeber
5 erzeugt, vor seinem Durchgang durch die festen Spulen 8 und 8a in solcher Weise
aufgeteilt ist, daß eine Unwucht in der rechten Ausgleichsebene keine Anzeige einer
Unwucht für die linke Ausgleichsebene bewirkt. Ist dies erreicht, dann beseitigt
man die künstliche Unwucht rechts wieder und bringt sie in der linken Ausgleichsebene
an. Jetzt wird der Schalter I ra-I Ib in die andere Lage, die »rechtssenkrecht«
bzw. »rechts - waagerecht« entspricht, gestellt und das Potentiometer 12a justiert,
bis auch hier trotz der künstlichen Unwucht die Nullanzeige des Wattmeters erreicht
ist.
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Die gesamte Apparatur ist nun in solcher Weise geeicht, daß jegliche
Unwucht in der rechten Ausgleichsebene in keiner Weise das Ablesen einer Unwucht
in der linken Ausgleichsebene, und umgekehrt, behindert. Wenn nun der bereits dynamisch
ausgewuchtete Prüfkörper entfernt und durch einen erst zu prüfenden Umlaufkörper
ersetzt wird, dann können durch aufeinanderfolgende Betätigung des Schalters IO-II
(der, wie gesagt, zweckmäßig eine Einheit bildet) am Wattmeter die Unwuchten in
den linken Vertikal- und Horizontalkomponenten und in den rechten Vertikal- und
Horizontalkomponenten abgelesen werden. Es ist zu beachten, daß die Bezeichnungen
vertikal und horizontal hier relativ zu verstehen sind, nämlich bezogen auf ein
am Wuchtkörper gewähltes und in lDbereinstimmung damit befindliches Achsenkreuz
an der Winkelskala des Wuchtmaschinenantriebs.