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Verfahren und Einrichtung zum Auswuchten von Umlaufkörpern
Neben den
Maschinen, in denen die Umlaufkörper in einem besonderen Rahmen nach dem Wechselpendelverfahren
mit mechanisch gebundenen Pendelpunkten ausgewuchtet werden, sind auch Maschinen
entwickelt worden, bei denen der Körper mit beiderseits freigegebenen Lagern in
horizontaler Richtung schwingen kann, wobei aus den Ausschlägen an beiden Lagerstellen
auf die Unwuchten geschlossen wird. Die Beziehungen zwischen den Unwuchten U, in
der linken Ausgleichsebene, U2 in der rechten Ausgleichsebene und den Ausschlägen
## am linken und Vr am rechten Lager lauten folgendermaßen : #1 =αr2/#. ##-α#2/#.#r,
zwei -L #i - ari J Hierin kennzeichnen αt1 und art die Schwingungsausschläge
in den linken und rechten Lagerstellen des Umlaufkörpers, die dann entstehen,
wenn
man eine Einheitsunwucht beim Winkel oO in der linken Ausgleichsebene (EL) einsetzt.
Dasselbe gilt für al2 und ar2 bei einer Einheitsunwucht in der rechten Ausgleichsebene
ER ; 1 ist -die Determinante all ar2 ar1 Die Gleichungen sagen aus, daß man für
jede der beiden Ausgleichsebenen die Unwucht nach Größe und Richtung erhält, wenn
man einen bestimmten Bruchteil des linksseitigen Lagerausschlages und einen bestimmten
Bruchteil des rechtsseitigen Lagerausschlages vektoriell zusammennimmt.
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Das Wuchten mit beiderseits freigegebenen Lagern ist, insbesondere
bei höheren Drehzahlen und schwereren Körpern, dem Wuchten mit zwangsmäßig gebundenen
Pendelpunkten überlegen. Der Wuchtvorgang läuft jedoch auf ein umständliches Probieren
hinaus, solange die obengenannten Beziehungen bei der Auswertung nicht berücksichtigt
werden. Die nachträgliche vektorielle Addition der Lagerausschläge ist ziemlich
umständlich. Das Wuchten mit beiderseits freigegebenen Lagern hat daher nur in den
Fällen praktische Bedeutung erlangt, in denen elektrische Schwingungsaufnahmegeräte
zur Verfügung standen. In diesen Fällen läßt sich nämlich die vektorielle Addition
auf elektrischem Wege leicht durchführen, so daß das Meßergebnis, d. h. Größe und
Winkellage der Unwucht, in der Ausgleichsebene unmittelbar abgelesen werden kann.
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Nach einem bekannten Verfahren werden einstellbare Bruchteile der
von den Schwingungen an der einen Ahnahmestelle erzeugten Wechseispannung zu der
von den Schwingungen an der anderen Abnahmestelle erzeugten Wechselspannung überlagert
und dabei die eingestellten Bruchteile derartig bemessen, daß die resultierende
Spannung bei einer Unwucht in einer der Ausgleichsebenen gleich Null wird. Bei dieser
Einstellung ist der Ausschlag an einem die resultierende Spannung messenden Instrument
proportional zur Unwucht in einer zweiten Ausgleichs ebene. Hierbei können in den
Stromkreis der einen Schwingungsaufnahmespule ein fester und in den Stromkreis der
anderen Schwingungsaufnahmespule ein regelbarer Widerstand und gegebenenfalls ein
Phasenschieber eingeschaltet und die beiden Widerstände zur Bildung der resultierenden
Spannung in Reihe geschaltet sein.
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Die Nachteile dieses Überlagerungsverfahrens liegen darin, daß zur
Einstellung auf die Ausgleichsebenen die Ohmschen Widerstände im Stromkreis geändert
werden müssen, wodurch Anderungen in der Empfindlichkeit und, was noch unerwünschter
ist, Änderungen in der elektrischen Phasenverschiebung eintreten. Besonders nachteilig
ist eine derartige Widerstandsschaltung, wenn zusätzliche Integrier- und Siebglieder
im Stromkreis verwendet werden. Je nach der Einstellung der Widerstände wird der
Gesamtwiderstand des Kreises weitgehend verändert und damit auch die Phasenanzeige
erheblichen, nicht mehr zulässigen Schwankungen unterworfen. Bei der Verwendung
von Tauchspulenaufnehmern in Verbindung mit Oszillographen sind aber Integrier-
und Siebglieder nicht zu umgehen. Auch bei der Verwendung von Wattmetern als Anzeigegeräte
ist die Einstellung eines Spannungsbruchteiles durch Widerstände unvorteilhaft und
gibt zu erheblichen Empfindlichkeitseinbußen Anlaß. Derartige Empfindlichkeitseinbußen
können die Anwendung des bekannten Verfahrens vollständig verbieten, sobald im Interesse
erhöhter Betriebstüchtigkeit auf einen Verstärker verzichtet werden muß. Bei den
neuzeitlichen elektrodynamischen Auswuchtmaschinen werden in dieser Absicht Wattmeter
als Anzeigegeräte verwendet, denen die Spannungen der Schwingungsaufnehmer unmittelbar
zugeführt werden. Wegen des geringen eigenen Widerstandes von nur wenigen Ohm eines
solchen Anzeigeinstrumentes fällt jeder zusätzliche Widerstand erheblich ins Gewicht.
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Die Verwendung einstellbarer Widerstände im Tauchspulensfromkreis
hat aber noch einen weiteren Nachteil. Da die auftretenden Ströme in der Größenordnung
von einigen Mikroampere liegen, können am Schleifkontakt des Regelwiderstandes sehr
leicht Kontaktstörungen auftreten, die die Betriebssicherheit der Meßanlage herabsetzen
und zu Fehlmessungen Anlaß geben. Gerade bei den zur Verfügung stehenden kleinen
Spannungen der Tauchspule ist es sehr schwierig, einwandfrei arbeitende Schleifkontakte
zu schaffen.
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Ein Verfahren, bei dem die Stromkreise nicht durch Kontakte unterbrochen
werden, bietet daher große Vorteile. Es wird durch die Erfindung verwirklicht. Sie
bezieht sich auf ein Verfahren zum Auswuchten von Umlaufkörpern in zwei Schwinglagern,
mit dem die von zwei elektrischen Spannungsgebern erzeugten, die Schwingungsausschläge
in zwei Ebenen, insbesondere an den Lagern, abbildenden Wechselspannungen in einem
Meßkreis durch Anderung der von dem einen Spannung geber an den Meßkreis abgegebenen
Wechselspannung kompensiert werden. Die vektorielle Addition entsprechend den eingangs
angegebenen Gleichungen geschieht nun nicht dadurch, daß von den abgegebenen Spannungen
Bruchteile mit Hilfe von Widerständen abgegriffen werden, sondern daß die die mechanischen
Schwingungen in Wechselspannung überführenden elektrischen Geräte (die elektrischen
Schwingungsaufnehmer) in ihrer Empfindlichkeit einstellbar sind. Das Kennzeichen
der Erfindung besteht demnach darin, daß die Meßspannung durch Änderung der Empfindlichkeit
des Spannungsgebers, d. h. durch Anderung der von ihm bei einer vorgegebenen, in
ihn eingeleiteten Stellgröße erzeugten Spannung eingestellt wird.
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Die Empfindlichkeit entspricht von vornherein jeweils den Koeffizienten
der Gleichungen. Bei Verwendung von Tauchspulenelektromagneten als Spannungsgeber
wird die Erregerstromstärke des einen Tauchspulenelektromagneten geändert. Dieses
vereinfachte Verfahren setzt allerdings voraus, daß die Koeffizienten in den angeführten
Gleichungen
mit genügender Genauigkeit als reelle Zahlen angesehen
werden können. Bei hinreichender Entfernung von der Resonanz und kleiner Dämpfung
trifft dies praktisch immer zu.
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Durch die Erfindung wird noch ein zweiter Weg zur Lösung derselben
Aufgabe vorgeschlagen, der bei Einrichtungen zum Auswuchten von umlaufenden Körpern
in zwei Schwinglagern und mit zwei die Schwingungsausschläge in zwei Ebenen, insbesondere
an den Lagern abbildenden, in Reihe mit einem Meßinstrument und einem Phasenschieber
geschalteten Spannungsgebern, deren einer eine einstellbare Spannung an den Meßkreis
zu geben vermag, beschritten werden kann. Diese Lösung besteht darin, daß durch
eine Einstellvorrichtung für das Verhältnis der Schwingungsamplitude am Umlaufkörper
und der in den Spannungsgeber eingeleiteten Stellgröße z. B. eine einstellbare Hebelübersetzung
zwischen dem Umlaufkörper und dem Spannungsgeber vorgesehen ist.
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Ein Ausführungsbeispiel einer derartigen Meßanordnung ist in der
Zeichnung schematisch dargestellt.
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Der Wuchtkörper I ist in den beiden Lagern 2 L und 2 R gelagert und
wird oberhalb der Eigenschwingungszahl der Maschine, d. h. im überkritischen Lauf,
angetrieben. Die Schwingungsausschläge der beiden Lager werden Schwingungsaufnehmern
3 L und 3 R zugeführt. Die Schwingungsaufnehmer bestehen in diesem Fall beispielsweise
aus fremderregten elektrodynamischen Aufnahmegeräten. Das Anzeigeinstrument 4 liegt
im Stromkreis in Reihe mit den Tauchspulen der beiden Aufnahmegeräte. Die Elektromagneten
der Schwingungsaufnehmer werden mit Gleichstrom gespeist.
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Mit dem Umschalter 5 können die Elektromagneten wechselweise an vorbereitete
Spannungsregulierungssysteme ,6L oder 6R gelegt werden, je nachdem ob die Unwucht
in der linken oder in der rechten Ausgleichsebene gemessen werden soll. Der erforderliche
Gleichstrom wird von der Batterie 7 geliefert. Das Arbeiten an den mit derartigen
Meßanordnungen versehenen Maschinen geht in der Weise vor sich, daß die Erregerstromstärken
gemäß den Koeffizienten der oben angeführten Gleichungen mit Hilfe der Spannungsteilersysteme
eingestellt werden. Das bedeutet allerdings nicht, daß jeweils die Gleichungen ausgewertet
werden und die Einstellung dementsprechend vorzunehmen ist, was in Sonderfällen
geschehen kann. Diese Einstellung läßt sich ähnlich wie bei den eingangs geschilderten
bekannten Einrichtungen versuchsmäßig ermitteln. Bei Verwendung eines mit einer
künstlichen Unwucht in nur einer Ebene behafteten Körpers wird die Erregerstromstärke
so lange verstellt, bis das Meßgerät auf Null zeigt; bei dieser Einstellung ist
dann der Anschlag des Gerätes bei gleichartigen Körpern der Unwucht in einer zweiten
Ausgleichsebene proportional.
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Das Verhältnis der abgegebenen Spannung des Schwingungsaufnehmers
zum mechanischen Schwingungsausschlag an den Lagerstellen läßt sich auch mechanisch
einstellen, und zwar beispielsweise durch Einschaltung eines Zwischen hebels mit
veränderlicher Übersetzung zwischen schwingendem Lager und elektrischem Schwingungsaufnehmer.
Beispielsweise kann durch Verschiebung des Schwingungsaufnehmers längs diesem Zwischenhebel
der Anteil des von der Lagerstelle her wirkenden mechanischen Schwingungsausschlages
auf den Schwingungsaufnehmer und damit die Empfindlichkeit ebenso wie bei dem erstbeschriebenen
Ausführungsbeispiel beliebig eingestellt werden.