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Elektrische Winkelmesseinrichtung, insbesondere zur Bestimmung des dynamischen Auswuchtungsfehlers rotierender Körper
Die Messung des Verdrehungswinkels zwischen bestimmten Lagen rotierender Körper oder Arbeitsstücke, insbesondere aber die Bestimmung der Winkellage des dynamischen Auswuchtungsfehlers gegen- über einer Grundstellung war bis nun nur mit Hilfe verwickelter und kostspieliger Einrichtungen, und ausserdem mit einer wenig genauen Annäherung durchführbar. Dennoch ist dies eine oft auftauchende Aufgabe bei der Erzeugung und beim endgültigen Zusammenbau rotierender Maschinenteile. Eben deshalb ist es von besonderer Bedeutung, die Möglichkeit zu schaffen, um den dynamischen Auswuchtungsfehler mit Hilfe einfacher und billiger Mittel genau zu messen und auszuschalten.
Die Erfindung betrifft eine elektrische Winkelmesseinrichtung, die geeignet ist, diese Aufgabe mit sehr einfachen Hilfsmitteln in verlässlicher Weise zu erfüllen.
Die Erfindung besteht aus einer elektrischen Winkelmesseinrichtung zum Messen des Verdrehungswinkels zwischen bestimmten Lagen rotierender Körper oder Arbeitsstücke, insbesondere zur Bestimmung der Winkellage des dynamischen Auswuchtungsfehlers gegenüber einer Grundstellung und ist dadurchgekennzeichnet, dass die Spannungs-bzw. Stromimpulse des vom rotierenden Körper gesteuerten Impulssenders einem gasgefüllten Rohr, einer Elektronenröhre, oder aber einem Transistor zugeführt werden, bei welchen durch entsprechende Schaltung die Charakteristik zwischen Zündimpuls und Löschimpuls einen konstanten Strom bestimmter Stärke ergeben, zwischen Löschimpuls und Zündimpuls einen Nullstrom sichern,
wobei das Zeigerinstrument zur Anzeige des auf die ganze Winkelverdrehung bezogenen Mittelwertes des als Funktion der ganzen Winkelverdrehung gemessenen Integralwertes der viereckigen Stromkurve derart kalibriert ist, dass der Zeiger den Wert des Verdrehungswinkels zwischen Zündimpuls und Löschimpuls bzw. einen demselben proportionalen Wert anzeigt.
Der Zündimpuls kann mit Hilfe eines durch die Verschiebung der elastischen Lagerung des unausgewuchteten Läufers gesteuerten bzw. dazu proportionalen elektrischen Signals bzw. durch Gleichrichtung oder Umformung des Signals erzeugt werden.
Des weiteren kann der Löschimpuls mit Hilfe eines durch eine mit dem rotierenden Körper bzw. Arbeitsstück mitrotierende Scheibe gesteuerten Kontaktpaares, oder aber mit Hilfe eines an der Steuerscheibe befestigten und mit derselben vor einer Spule vorbeirotierenden permanenten Magnets erzeugt werden.
Der Zündimpuls und auch der Löschimpuls können mit Hilfe eines von dem rotierenden Körper bzw. dem Arbeitsstück oder aber von einer damit starrgekoppelten Scheibe direkt oder indirekt reflektierten Lichtstrahles und einer Photozelle erzeugt werden.
DieErfindung kann in allen jenen Fällen zum Winkelmessen verwendet werden, in welchen der Kennwert des zu messenden Winkels in einen elektrischen Impuls umgeformt werden kann.
Die dynamische Auswuchtung von rotierenden Bestandteilen bildet ein besonderes Anwendungsgebiet der Erfindung.
An Hand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbeispiele dargestellt sind, wird die Erfindung näher erklärt. In Fig. 1 ist die Anordnung einer Einrichtung zur dynamischen Auswuchtung rotierender Bestandteile skizzenmässig dargestellt ; Fig. 2 zeigt das Schaltungsschema einer elektrischen Winkelmessvorrichtung mit einem gasgefüllten Rohr'mit zweiElektroden ; in Fig. 3 sind die Spannungs-, Impuls- und Stromdiagramme-als Funktionen des Verdrehungswinkels - der Einrichtung gemäss Fig. 2 dargestellt ; Fig. 4 ist das Schaltungsschema der elektrischen Winkelmessvorrichtung mit einer Triode (Thyratron) ; in Fig. 5 sind
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dieSpannungs-, Impuls- und Stromdiagramme - als Funktionen des Verdrehungswinkels-der Einrichtung gemäss Fig. 4 dargestellt.
Fig. 6 zeigt eine elektrische Winkelmessvorrichtung mit einem bistabilen Multivibrator mit Doppeltriode und mit einem rotierenden Magnet als Löschvorrichtung ; in Fig. 7 sind die Zünd-, Lösch-, Impuls- Stromdiagramme - als Funktionen der Verdrehungswinkel - einer Einrichtung gemäss Fig. 6 dargestellt. Fig. 8 ist das Schaltungsschema einer Transistorvorrichtung für Winkelmessung.
Gemäss Fig. 1 ist das rotierende Arbeitsstück 1 zum Zweck der dynamisclien Auswuchtung in bekannter Weise elastisch gelagert. Die Umformerköpfe 4 sind zur Umformung der mechanischen Schwingungen in elektrische Impulse an die Lager angeschlossen. Das Arbeitsstück 1 wird vom Motor 3 über die Kardanwelle 2 angetrieben. Mit dem Arbeitsstück zusammen rotiert die Scheibe 12 mit einer Winkelskala und auch die zur Löscheinrichtung 11 gehörende, in Fig. 2 sichtbare Steuerscheibe 18.
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zugeführt. Dieser Signalumformer erzeugt aus der Sinuswelle gleichgerichtete Nadelimpulse. Durch diese Impulse wird der elektrische Winkelmesser bzw. der Impulsempfänger 9 gesteuert, wonach dessen Strom bzw. der Strommittelwert mittels des Messinstrumentes 10 gemessen wird.
Fig. 2 zeigt das Schaltungsschema einer Ausführungsform der erfindungsgemässen elektrischen Winkelmesseinrichtung. Die elektrischen Impulse werden den Klemmen 13-14 des Transformators 15 zugeführt und über die Sekundärspule des Transformators dem an die Klemmen 20 - 21 geschalteten Gleichstromkreis superponiert. Die an die Klemmen 20-21 geschaltete Gleichspannung erzeugt einen Strom im Kreis, welcher aus dem Potentiometer 17, der Trafo-Sekundärspule 15, dem Strommesser 10, demUnterbrecher bzw. Kontaktpaar 19 und dem gasgefüllten, zwei Elektroden enthaltenden Rohr 16 besteht. In diesem Stromkreis werden durch die Steuerscheibe 18 und das Kontaktpaar 19 des Löschapparates 11 Unterbrechungen erzeugt.
Der Unterbrecher funktioniert derart, dass mit Ausnah- me einer einzigen Stellung der Scheibe 18 das Unterbrecherpaar 19 immer geschlossen bleibt. Die der Bestimmung der Unwucht zugeordnete Ausgangsstellung bzw. die Nullinie ist durch die offene Stellung der Kontakte 19 gegeben. Die Funktion der Einrichtung bewirkt, dass die Elektroden des gasgefüllten Rohres 16 bei geschlossener Stellung der Kontakte 19 eine Gleichspannung U erhalten.
Das Potentiometer 17 wird derart eingestellt, dass die Spannung U kleiner ist als die Zündspan-
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des gasgefülltenRohresderTransformator 15-z. B. vondenSchwingungsköpfen 4 über die oben beschriebenen Vorrichtun- gen und den Signalumformer 8 - einen Zündimpuls, so entsteht in der Sekundärspule ein Spannungs- 'impuls, welcher durch Superponierung den Spannungswert U bis über die Zündspannung Ug hinaus erhöht, so dass das Rohr zündet und den Strom Io hindurchlässt. Dieser Strom fliesst so lange, bis ihn die Kontakte 19 unterbrechen. Nach einem folgenden Schliessen des Kontaktpaares kann aber der Strom nur dann fliessen, wenn ein neuer Zündimpuls ankommt.
Das Diagramm a in Fig. 3 zeigt die Spannung der Elektroden des gasgefüllten Rohres 16 als
Funktion der Winkelverdrehung cp der Scheibe 18. Das Diagramm b zeigt, ebenfalls als Funk- tion der Winkelverdrehung der Scheibe 18, die von dem Signalumformer 8 an die Klemmen 13 - 14 gesendeten Impulse. Das Diagramm c derselben Figur stellt die Stromstärke Io des durch das Rohr und das Messinstrument fliessenden Stromes als Funktion der Winkelverdrehung der Scheibe 18 dar. Der
Strommesser 10 zeigt den auf die ganze Winkelverdrehung bezogenen Mittelwert des Stromintegrals, gemessen als Funktion der ganzen Winkelverdrehung, wobei dieser Wert dem Winkel zwischen der Unter- brechungsnullinie und dem Zeitmoment des Impulses, d. h. der Unwuchtstellung proportional ist.
Das
Strommessinstrument 10 kann direkt im Winkelmass kalibriert werden, und man kann mit Hilfe dieser
Skala an Hand des vom Instrument gezeigten Winkelwertes an der Scheibe 12 die Unwuchtstelle be- stimmen.
In Fig. 4 ist eine andere Ausführungsform der elektrischen Winkelmessvorrichtung 9 dargestellt.
Hier wurde an Stelle des gasgefüllten Rohres mit zwei Elektroden 16 die Triode (ein Thyratron) 24 angeordnet. Durch eine entsprechende Auswahl der Widerstände R, R , Rg, R ist das richtige Funk- tionieren des Thyratrons gesichert. Das Diagramm a der Fig. 5 zeigt den Verlauf der Anodenspannung des Thyratrons als Funktion der Winkelverdrehung der Scheibe 18. Das Diagramm c stellt den Strom 10 dar, welcher durch das Thyratron und das Messinstrument 10 fliesst, falls das Kontaktpaar 19 ge- schlossen ist und wenn das Gitter des Thyratrons vom Signalumformer 8 (s. Fig. l) ausgehend über die
Klemmen 13 - 14 einen Impuls gemäss Bild, b der Fig. 5 empfängt. Dieser Strom fliesst so lange, bis
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das Kontaktpaar 19 den Anodenstrom unterbricht.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemässen elektrischen Winkelmesseinrichtung bzw. des Impulsempfängers ist in Fig. 6 zu sehen. Hier wird an Stelle der vorher angewendeten Elektronenröhren der bistabile Multivibrator 25 mit zwei Trioden verwendet. Auch kann an Stelle eines bistabilen Multivibrators die in Fig. 8 dargestellte Transistorvorrichtung zum Winkelmessen verwendet werden. Das Messinstrument 10 ist hier in den Anodenkreis der Röhre A der Doppeltriode 25 (gemäss Fig. 6) geschaltet. Die Löschvorrichtung enthält bei diesem Beispiel einen an der antimagnetischen Steuerscheibe 18 befestigten permanenten Magnet 26. Beim Verdrehen der Scheibe wird durch den Magnet 26 in der Spule 27 die für den Löschimpuls benötigte Spannung induziert.
Die Kurve a der Fig. 7 entspricht dem Zündimpulsdiagramm dieser Einrichtung als Funktion der Verdrehung und die Kurve b der Fig. 7 dem Löschimpulsdiagramm. Die Kurve c der Fig. 7 ist das Diagramm des Anodenstromes durch die Triode und zugleich durch das Instrument 10. Beim Eintreffen eines Löschimpulses aus der Vorrichtung 11 hört die Leitung durch die Röhre A auf, und der Anodenstrom fliesst durch die Röhre B.
Diese elektrische Winkelmesseinrichtung ist nicht nur zur Bestimmung der Winkelstellung der Unwucht geeignet, sie ist vielmehr in allen jenen Fällen anwendbar, in welchen die zu messende Grösse in Zündspannungs-bzw. Löschspannungsimpulse umgeformt werden kann. So ist sie auch zur Bestimmung des Phasenwinkels geeignet, wenn man Zündimpulse der Spannungslage entsprechend, und Löschimpulse der Stromlage entsprechend verwendet.