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Die Erfindung betrifft eine Lagervorrichtung für eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit eines Rotationskörpers mit einer Lagerspindel zur drehbaren Lagerung des Rotationskörpers. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit eines Rotationskörpers.
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Aus der Druckschrift
DE 197 34 904 A1 ist bereits eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit bekannt. Bei der in dieser Druckschrift dargestellten Messvorrichtung wird zur Ermittlung der Ungleichförmigkeit ein drehbar gelagertes Druckrad mit einer bestimmten Kraft an den zu messenden Reifen, dessen Lager über zwei in einer Ebene hintereinander angeordnete Blattfedern mit einem feststehenden Rahmen verbunden ist, senkrecht zur Reifenachse gedrückt und die Reaktionskräfte in der Aufstandsfläche des sich abrollenden Reifens am Druckrad gemessen. Ferner werden auch die aus der Unwucht des sich drehenden Reifens resultierenden Fliehkraft-bedingten Schwingungen gemessen. Hierbei ist die Kraftrichtung des Druckrads parallel zur durch die Blattfedern vorgegebenen Schwingungsrichtung in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse. Hierdurch sind ungleichförmigkeits- und unwuchtinduzierte Kräfte nicht trennbar. In einem weiteren, in dieser Druckschrift beschriebenen Ausführungsbeispiel erfolgt die Abstützung des Drehlagers des Rotationskörpers so, dass es um eine Torsionsachse schwenkbar und senkrecht zu der von Drehlagerachse und der Torsionsachse bestimmten Ebene auslenkbar ist. Hierbei verläuft die Torsionsachse in etwa mittig und parallel zu der größten Seitenfläche der Blattfedern und senkrecht zur Rotationsachse. Die Rotationsachse der Blattfederlagerung ist unbestimmt und von der Lage der Unwuchten abhängig. Die Unwuchtmessung ist daher ungenau.
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In der Druckschrift
US 4,445,372 A wird eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht angegeben, bei der ein Träger der Rotationsachse über eine Blattfeder mit einem Ständer oder starren Maschinenbett verbunden ist. Durch die Blattfeder wird eine Schwingungsfähigkeit des Rotationskörpers entlang einer Richtung senkrecht zur Rotationsachse und einer Torsionsbewegung senkrecht zur Rotationsachse und zur Schwingungsrichtung möglich.
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In der Druckschrift
EP 1 076 231 A2 wird eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht beschrieben, bei der ein Rotationskörper in einer Aufnahme eines plattenförmigen Elements angeordnet ist, welches über Stege mit einem äußeren Rahmenteil verbunden ist. Die als Paare ausgebildeten Stege sind hierbei so angeordnet, dass die Aufnahmeplatte in der Plattenebene, welche senkrecht zur Rotationsachse verläuft, schwingfähig ist und um eine rechtwinklig zur Rotationsachse angeordnete Schwenkachse beweglich ist.
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Wege zur Ermittlung der Ungleichförmigkeit werden in den beiden letztgenannten Druckschriften nicht offenbart.
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In der Druckschrift
EP 1 143 233 A1 ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit eines Rotationskörpers angegeben, bei der der Rotationskörper in einer Richtung quer zur Rotationsachse schwingungsfähig und um eine Achse senkrecht zur Schwingungsachse und zur Rotationsachse drehbar gelagert ist. Diese schwingungs- und drehfähige Lagerung wird jedoch nur zur Messung der Unwucht genutzt. Bei der Messung der Ungleichförmigkeit des Rotationskörpers ist an der Vorrichtung eine zusätzliche Einrichtung vorgesehen, welche die Vibration des Rotationskörpers in Richtung einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse unterbindet. Dieser zusätzliche apparative Aufwand ist kosten- und materialaufwändig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lagervorrichtung zur Aufnahme einer Lagerspindel für einen rotierbar gehaltenen Rotationskörper zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit anzugeben, bei der zum einen die Veränderung der Steifigkeit durch eine speziell hierfür vorgesehene Einrichtung beim Übergang von Unwucht- zur Ungleichförmigkeitsmessung nicht notwendig ist und zum anderen die Unwucht in zwei Ebenen und die Ungleichförmigkeit unabhängig voneinander und ohne Beeinflussung der Messgrößen untereinander mit hoher Genauigkeit bestimmt werden können. Im Hoinblick auf die Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit bestand die Aufgabe darin, eine entsprechende Vorrichtung anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Lagervorrichtung mit einer Aufnahme für die Lagerspindel gelöst, welche Aufnahme um eine die Rotationsachse der Lagerspindel rechtwinklig kreuzende Drehachse schwenkbar an einer Trägerstruktur angeordnet ist, wobei zur Ermittlung der Unwucht Schwingungen in einer zur Drehachse senkrechten Erfassungsebene in Form von Radialschwingungen und/oder Drehschwingungen um die Drehachse erfassbar sind, wobei eine ungleichförmigkeitsinduzierte Kraft in einer zur Erfassungsebene senkrechten z-Richtung erfassbar ist, wobei die Trägerstruktur durch zwei parallel zueinander angeordnete Blattfedern mit einer feststehenden Grundplatte verbunden ist und die Trägerstruktur und die Blattfedern die Beweglichkeit in der Erfassungsebene und die Steifigkeit der Aufnahme in z-Richtung für die Kraftmessung bewirken.
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Die Lagervorrichtung und die mit ihr ausgestaltete Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit eines Rotationskörpers haben den Vorteil, dass keine zusätzlichen Einrichtungen notwendig sind, um die Steifigkeit in Kraftrichtung bei der Ungleichförmigkeitsmessung zu gewährleisten. Die Messgrößen zur Bestimmung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit können in vorteilhafter Weise unbeeinflusst und unabhängig voneinander und mit hoher Genauigkeit erfasst werden.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Lagervorrichtungen, Vorrichtungen zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in dem unabhängigen Anspruch angegebenen Gegenstands möglich.
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Eine vorteilhaft einfache Ausführungsform wird dadurch realisiert, wenn die Aufnahme eine Aufnahmeplatte aufweist. Besonders wenig materialaufwändig ist die Trägerstruktur, wenn sie aus einem ersten Paar einander gegenüber liegender Seitenplatten, welche parallel zur Erfassungsebene angeordnet sind, und einem zweiten Paar einander gegenüber liegender Seitenplatten besteht, welche senkrecht zur Erfassungsebene und parallel zur Rotationsachse angeordnet und mit dem ersten Seitenplattenpaar verbunden sind, wobei jede Seitenplatte des ersten Seitenplattenpaars über je einen beiderseits der Aufnahmeöffnung angeordneten Steg zur Übertragung der Radialschwingungen auf die Seitenplatten und zur Ausbildung der Drehachse mit der Aufnahme verbunden ist, und wobei jede Seitenplatte des zweiten Seitenplattenpaars über die parallel zu dieser Seitenplatte verlaufenden Blattfedern mit der Grundplatte der Vorrichtung verbunden ist. Hierbei ist die Beweglichkeit der Aufnahmeplatte vorteilhaft besonders groß, wenn jede Seitenplatte des zweiten Seitenplattenpaars ein federndes Element in Form einer unterhalb des Verbindungsstegs zwischen Aufnahme und Seitenplatte und parallel zur z-Achse verlaufenden Ausnehmung aufweist.
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Für die Beweglichkeit der Aufnahme besonders vorteilhaft ist jede Seitenplatte des zweiten Seitenplattenpaars über einen einzigen mittigen Steg mit der Aufnahme verbunden, wobei die beiden Stege beider Seitenplatten des zweiten Seitenplattenpaars auf einer Achse liegen, welche durch die Rotationsachse verläuft. Hierbei sind die Stege zur Verbindung der Aufnahme mit den Seitenplatten des ersten und des zweiten Seitenplattenpaars vorteilhaft derart ausgebildet, dass sie parallel zur Rotationsachse verlaufen.
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Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sich die Blattfedern über die gesamte Breite jeder Seitenplatte des zweiten Seitenplattenpaars in z-Richtung erstrecken, so dass zum einen die Beweglichkeit der Aufnahmeplatte und zum anderen die Steifigkeit in z-Richtung maximiert werden.
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Eine besonders vorteilhafte Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit eines Rotationskörpers wird dadurch erreicht, dass die unwuchtinduzierten Schwingungen in der Erfassungsebene durch die auf die Trägerstruktur übertragenen Radialschwingungen und durch die Drehschwingungen der Aufnahme um die Drehachse erfassbar sind. Hierdurch wird eine sehr direkte Messung der unwuchtinduzierten Schwingungen erreicht.
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Ferner ist eine vorteilhafte Messung der unwuchtinduzierten Schwingungen möglich, wenn an einem Fortsatz einer Seitenplatte des ersten Seitenplattenpaars eine erste Messfläche zur Schwingungsmessung oder zur Anordnung eines Schwingungssensors ausgebildet ist, welche senkrecht zu dieser Seitenplatte und parallel zur Rotationsachse verläuft und zur Erfassung der auf diese Seitenplatte übertragenen Radialschwingungen dient, und wobei an einem entfernt von der Drehachse angeordneten Ende der Aufnahmeplatte an einem Fortsatz eine zweite Messfläche zur Schwingungsmessung oder zur Anordnung eines Schwingungssensors ausgebildet ist, welche parallel zur Aufnahmeplatte verläuft und zur Erfassung der unwuchtinduzierten Drehschwingungen dient.
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Mit einer vorteilhaften Ausführungsform einer Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit ist ein vorteilhaftes Verfahren verbunden, bei dem zur Erfassung der unwuchtinduzierten Schwingungen in der Erfassungsebene die Radialschwingungen und die Drehschwingungen der Aufnahme gemessen werden und die Kraft der Ungleichförmigkeitsmessung in z-Richtung erfasst wird. Besonders vorteilhaft in Bezug auf die Genauigkeit ist hierbei, wenn die Radialschwingungen der Aufnahme durch die auf eine Seitenplatte des ersten Seitenplattenpaars übertragenen Schwingungen in x-Richtung und die Drehschwingungen durch die Verkippung der Aufnahme um die Drehachse gemessen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches in der einzigen Figur dargestellt ist.
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1 zeigt eine Ansicht einer Vorrichtung zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit eines Rotationskörpers in perspektivischer Darstellung von der Seite (schematisch).
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Die in 1 gezeigte Lagervorrichtung 1 weist eine Aufnahmeöffnung in einer als Aufnahmeplatte 3 gestalteten Aufnahme auf, in welcher eine Lagerspindel 5 angeordnet ist. Die Lagerspindel 5 dient zur Aufnahme eines nicht dargestellten Rotationskörpers, beispielsweise eines Reifens zur Ermittlung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit, wobei die Lagerspindel 5 in der Aufnahmeöffnung der Aufnahmeplatte 3 um eine Rotationsachse 7 drehbar gelagert ist. Die Aufnahmeplatte 3 ist über eine Trägereinrichtung 9 mit einer aus drei Teilen bestehenden, feststehenden Grundplatte aus einem Grundplattenträger 11 und einander gegenüberliegend angeordneten Platten 12 und 13 verbunden. Die einander gegenüberliegend angeordnete Platten 12 und 13 sind steif mit dem Grundplattenträger 11 verbunden und stehen senkrecht auf diesem.
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Die Unwucht des auf der Lagerspindel angeordneten Reifens wird in einer Erfassungsebene ermittelt, welche sich entlang der x-Richtung und parallel zur Rotationsachse 7 erstreckt. Hierfür ist die Aufnahmeplatte 3 schwenkbar um eine Drehachse 28 gelagert und ist außerdem schwingungsfähig entlang der x-Richtung ausgebildet. Die Messung der Ungleichförmigkeit erfolgt in z-Richtung durch eine Kraftmessung bei Aufbringung einer Vorlast entgegen dieser Richtung.
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Die Trägereinrichtung 9, welche unterhalb der Aufnahmeplatte 3 angeordnet und über Stege mit dieser verbunden ist, setzt sich zusammen aus einem ersten Paar einander gegenüberliegender Seitenplatten 15, 15' und einem zweiten Paar, ebenfalls einander gegenüberliegender Seitenplatten 16, 16'. Hierbei ist jeweils jede Seitenplatte des ersten Seitenplattenpaars 15, 15' mit jeder Seitenplatte des zweiten Seitenplattenpaars 16, 16 verbunden. Die Gesamtheit aus erstem Seitenplattenpaar 15, 15' und zweitem Seitenplattenpaar 16, 16' wird im Folgenden auch als Trägerstruktur bezeichnet. Jede der Seitenplatten 16, 16' des zweiten Seitenplattenpaars ist über je eine Blattfeder 18, 18', welche ebenfalls zur Trägereinrichtung 9 gehören, mit einer der Seitenplatten 12, 13 der feststehenden Grundplatte verbunden. Jede der Blattfedern 18, 18' erstreckt sich hierbei über die gesamte Breite der jeweiligen Seitenplatte 16, 16' des zweiten Seitenplattenpaars.
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Die Aufnahmeplatte 3, deren größte Fläche sich parallel zur x-z-Ebene erstreckt, steht senkrecht auf der Rotationsachse 7. Sie ist über jeweils einen Steg 20, 20' eines ersten Stegpaars mit jeweils einer Seitenplatte des ersten Seitenplattenpaars 15, 15' verbunden. Die Stege 20, 20' erstrecken sich hierbei in Richtung Rotationsachse 7 zu beiden Seiten der Aufnahme für die Lagerspindel 5 und sind unterhalb der Aufnahmeplatte 3 angeordnet. Sie bilden eine starre Verbindung zwischen der Aufnahmeplatte 3 und den Seitenplatten 15, 15' des ersten Seitenplattenpaars. Durch diese starre Verbindung werden die unwuchtinduzierten Schwingungen eines auf der Lagerspindel rotierbar gehaltenen Rotationskörpers in der x-z-Ebene entlang der x-Richtung von der Aufnahmeplatte 3 über die Stege 20, 20' auf die Trägerstruktur übertragen. Diese Schwingungen werden auch als Radialschwingungen bezeichnet. Die Schwingfähigkeit wird hierbei durch das seitlich an dem ersten Seitenplattenpaar 15, 15' und entlang des zweiten Seitenplattenpaars 16, 16' angeordnete Blattfedernpaar 18, 18' gewährleistet, da sich die kürzere Seite jeder Blattfeder 18, 18' in Richtung der Rotationsachse 7 erstreckt.
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Die Radialschwingungen werden von der Seitenplatte 15 des ersten Seitenplattenpaars auf einen sich parallel zur Rotationsachse 7 erstreckenden Fortsatz 25 der Seitenplatte 15 übertragen, welcher eine Seitenfläche 26 aufweist, die eine erste Messfläche zur Schwingungsmessung oder zur Anordnung eines Schwingungssensors 27 ausbildet. Die Seitenfläche 26 verläuft hierbei senkrecht zur x-Richtung. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an der Seitenfläche 26 ein Schwingungssensor 27 angeordnet, der die Schwingungen des Rotationskörpers aufgrund der Unwucht in x-Richtung (Radialschwingungen) erfasst.
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Die Stege 20, 20' bilden außerdem eine Drehachse in z-Richtung aus, um welche die Aufnahmeplatte 3 gegenüber der Trägereinrichtung 9 mit der feststehenden Grundplatte schwenkbar ist. Die Drehachse ist in 1 mit dem Bezugszeichen 28 versehen und verläuft parallel zur z-Richtung und senkrecht zur Rotationsachse 7 und der x-Richtung. Die Bewegung der Aufnahmeplatte 3 um die Drehachse 28 aufgrund einer Unwucht des Rotationskörpers, im Folgenden als Drehschwingungen bezeichnet, wird über eine Fläche 30 an einem Fortsatz 31 an der Aufnahmeplatte 3 erfasst. Der Fortsatz 31 ist dabei an einer Seitenkante der Aufnahmeplatte 3 angeordnet, welche parallel zur Drehachse 28 verläuft. Die Fläche 30 zur Erfassung der Schwenkbewegung der Aufnahmeplatte 3 ist zu der größten Fläche der Aufnahmeplatte 3 parallel. An dieser durch die Fläche 30 ausgebildeten zweiten Messfläche ist ein Schwingungssensor 32 angeordnet, der die Komponente der unwuchtinduzierten Drehschwingung der Aufnahmeplatte 3 in Richtung der Rotationsachse 7 erfasst. In einem nicht dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel kann die zweite Messfläche auch direkt zur Schwingungsmessung ausgebildet sein.
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In dem anhand der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Seitenplatte 15 des ersten Seitenplattenpaars zwei Ausnehmungen 22, 22' auf, welche sich im Wesentlichen in x-Richtung erstrecken und nebeneinander angeordnet sind. Hierdurch wird ein Steg 23 ausgebildet, der eine Fortsetzung des Verbindungsstegs 20 zwischen Aufnahmeplatte 3 und Seitenplatte 15 in Richtung der Rotationsachse 7 darstellt. Diese Ausnehmungen 22, 22' dienen der Erleichterung der Schwenkbewegung um die Drehachse 28, wobei die Steifigkeit der Seitenplatte 15, 15' in x-Richtung hierdurch nicht verändert wird. Entsprechende Ausnehmungen sind auch in der der Seitenplatte 15 gegenüber liegenden Seitenplatte 15' vorgesehen.
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Die Aufnahmeplatte 3 ist ferner mit jeder Seitenfläche des zweiten Seitenflächenpaars 16, 16' über jeweils einen mittig und zu beiden Seiten der Aufnahmeöffnung der Aufnahmeplatte 3 angeordneten Steg 34, 34' verbunden. Unterhalb jedes in Richtung Rotationsachse 7 verlaufenden, unterhalb der Aufnahmeplatte 3 angeordneten Stegs 34, 34' weist jede Seitenplatte des zweiten Seitenplattenpaars 16, 16' eine im Wesentlichen in Richtung z-Richtung verlaufende Ausnehmung 36 auf, welche die Schwenkbewegung der Aufnahmeplatte 3, übertragen auf die Seitenplatte 16, 16' des zweiten Seitenplattenpaars, ermöglicht.
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Die Lagervorrichtung 1 ist gegen eine in z-Richtung wirkende Kraft, welche zur Messung der Ungleichförmigkeit eingesetzt wird, steif ausgebildet. Dies ist im wesentlichen durch die Steifigkeit der kraftübertragenden Stege 20, 20' und 34, 34' zwischen Aufnahmeplatte 3 und Trägerstruktur, bestehend aus dem ersten Seitenplattenpaar 15, 15' und dem zweiten Seitenplattenpaar 16, 16', die Gestaltung der Trägerstruktur und vor allem durch die Steifigkeit der Blattfedern 18, 18' gegen eine Kraft in z-Richtung bedingt. Die hohe Steifigkeit der Blattfedern 18, 18' in diese Richtung ist dadurch begründet, dass sie ihre längste und damit steifste Seitenkante in z-Richtung aufweisen, auf die bei einer Kraft in z-Richtung eine Schubkraft wirkt.
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In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel können die Seitenplatten der Trägerstruktur, insbesondere die Seiteplatten des ersten Seitenplattenpaars 15, 15', teilweise mit Rundungen ausgebildet sein. Die Rundungen verlaufen hierbei parallel zur x-z-Ebene.
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Zur Messung der Unwucht und der Ungleichförmigkeit eines Rotationskörpers wird der Rotationskörper zunächst auf die Lagerspindel gesetzt und dort festgelegt. Anschließend wird die Spindel 5 beispielsweise mittels eines elektromotorischen Antriebs in Rotation um die Rotationsachse 7 versetzt. Zur Ermittlung der drehzahlabhängigen Unwucht werden bestimmte Drehzahlen eingestellt und die Radialschwingungen des Rotationskörpers über den ersten Schwingungsaufnehmer 27 in x-Richtung und die Komponente der Drehschwingungen um die Drehachse 28 im Wesentlichen in Richtung Rotationsachse 7 anhand des zweiten Schwingungsaufnehmers 32 erfasst. Nach bekannten Verfahren wird hieraus die winkelabhängige Unwucht des Rotationskörpers berechnet.
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Bei der anschließenden Messung der Ungleichförmigkeit wird gegen den auf der Spindel 5 angeordneten Rotationskörper in die zur z-Richtung entgegengesetzte Richtung beispielsweise mittels eines Druckrades eine Vorlast aufgebracht. Hierzu kann beispielsweise ein Schlitten, auf dem das Druckrad angeordnet ist, in z-Richtung zur Spindelachse hin verschoben werden. Die durch die Ungleichförmigkeit des Rotationskörpers erzeugten Gegenkräfte in z-Richtung werden durch eine in 1 nicht dargestellte Kraftmesseinrichtung an der das Druckrad tragenden Einrichtung erfasst und mittels bekannter Verfahren wird hieraus die Ungleichförmigkeit des Rotationskörpers ermittelt.
