DE102010032985B4

DE102010032985B4 - Balancing device for reducing an imbalance

Info

Publication number: DE102010032985B4
Application number: DE201010032985
Authority: DE
Inventors: Dr. Bayer Erwin; Dr. Hiller Sven-J.
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2010-07-31
Filing date: 2010-07-31
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2030-08-01
Also published as: DE102010032985A1

Abstract

Wuchtvorrichtung (1) zur Verminderung einer Unwucht eines um eine Drehachse rotierenden Körpers, mit einer Welle (4), einem drehfest mit der Welle (4) verbundenden Gehäuse (6) und mit einer Flüssigkeitsmenge (28) als Ausgleichsmasse, wobei in dem Gehäuse (6) mindestens drei Kammern (10) zur Aufnahme der Flüssigkeitsmenge (28) angeordnet sind und die Flüssigkeitsmenge (28) während der Rotation einstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kammer (10) einen sich radial nach außen verjüngenden Querschnitt aufweist und durch eine Trennwand (24) in eine wellennahe Vorkammer (22) und eine wellenferne Wuchtkammer (20) getrennt ist.Balancing device (1) for reducing an imbalance of a body rotating about an axis of rotation, with a shaft (4), a housing (6) connected non-rotatably to the shaft (4) and with a quantity of liquid (28) as a balancing mass, with the housing ( 6) at least three chambers (10) are arranged to receive the amount of liquid (28) and the amount of liquid (28) can be adjusted during the rotation, characterized in that each chamber (10) has a radially outwardly tapering cross section and by a partition (24) is separated into an antechamber (22) near the shaft and a balancing chamber (20) remote from the shaft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Wuchtvorrichtung zur Verminderung einer Unwucht eines um eine Drehachse rotierenden Körpers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie in der Druckschrift DE 31 45 588 A1 offenbart.The invention relates to a balancing device for reducing an imbalance of a rotating about a rotation axis body according to the preamble of claim 1, as in the document DE 31 45 588 A1 disclosed.

Triebwerke sind hochdynamische Kreisel, die auf eine statische und dynamische Unwucht mit Mikroschwingungen reagieren, die zum Einen zu einer hohen Lager- und Strukturbeanspruchung führen, wodurch die Lebensdauer des Triebwerks bzw. der Bauteile merklich verringert wird. Zum Anderen übertragen sich die Schwingungen auf die Flugzeugstruktur, wodurch ein Anstieg des Kabinenlärmpegels erfolgt. Neben einer bereits eliminierten Unwucht aufgrund von Bauteil- und Fertigungstoleranzen entsteht im Flugbetrieb häufig eine Zusatzunwucht, die die bereits vorhandende Unwucht regelmäßig vergrößert. Die Zusatzunwucht kann z. B. in Folge von Anstreifvorgängen bei extremen Manöverlasten entstehen. Ebenso können Vogelschläge oder andere Beschädigungen wie der Abbrand oder die Erosion von Laufschaufeln ursächlich für die Zusatzunwucht sein. Bei Propfantriebwerken kann darüber hinaus die Zusatzunwucht durch eine Verstellung der Propellerblätter erzeugt werden, da sich durch Fertigungsungenauigkeiten auch die Schwerpunktlage der einzelnen Propellerblätter verschiebt, was durch statische Auswuchtung des Propellers nicht vollständig erfasst werden kann.Engines are highly dynamic gyroscopes that respond to static and dynamic imbalances with micro-vibrations that result in a high bearing and structural stress on the one hand, which significantly reduces the life of the engine or the components. On the other hand, the vibrations are transmitted to the aircraft structure, causing an increase in the cabin noise level. In addition to an already eliminated imbalance due to component and manufacturing tolerances arises in flight often an additional imbalance that regularly increases the already existing imbalance. The additional imbalance can z. B. arise as a result of grazing on extreme maneuvers. Likewise, bird strikes or other damage, such as the burning or erosion of blades, can be the cause of the additional imbalance. In prop-drive units beyond the additional imbalance can be generated by an adjustment of the propeller blades, as shifts by manufacturing inaccuracies and the center of gravity of the individual propeller blades, which can not be fully detected by static balancing the propeller.

Im Werkzeugbau, beispielsweise bei Hochpräzisionsschleifspindeln, ist es üblich, Mikroschwingungen über eine geeignete Wuchtvorrichtung mit rotierenden und gegeneinander verdrehbaren Exzenterscheiben zu verringern bzw. zu beseitigen. Dabei sind sehr hohe Wuchtgüten zu erzielen, wenn die Schleifspindel mit zwei derartigen Wuchtvorrichtungen versehen ist, die jeweils endseitig angeordnet sind. Aufgrund des verhältnismäßig hohen Eigengewichts sind diese Wuchtvorrichtungen jedoch nur bedingt für Flugzeugtriebwerke geeignet.In tool making, for example in high precision grinding spindles, it is common to reduce or eliminate micro vibrations via a suitable balancing device with rotating and mutually rotatable eccentric discs. Very high balancing qualities are achieved when the grinding spindle is provided with two balancing devices of this type, each of which is arranged at the end. Due to the relatively high weight these balancers are only partially suitable for aircraft engines.

In der Druckschrift DE 1 573 598 B ist eine Auswuchtvorrichtung für eine Trommelwaschmaschine beschrieben, wobei die Kammern in der Trommel jeweils einen radial nach außen vergrößerten Querschnitt aufweisen.In the publication DE 1 573 598 B a balancing device for a drum washing machine is described, wherein the chambers in the drum each have a radially outwardly enlarged cross-section.

Darüber hinaus ist es aus der Druckschrift DE 35 09 089 C2 bekannt, eine Flüssigkeitsmenge als Ausgleichsmasse zu verwenden. Die Flüssigkeit ist verhältnismäßig zähflüssig und in einem um eine Welle angeordneten mitrotierenden Ringraum aufgenommen. In dem Ringraum sind Kugeln gelagert, die bei einer Rotation durch die Flüssigkeit mitgenommen werden und sich bei geeigneter Drehzahl entsprechend einer Unwuchtkompensation in dem Ringraum positionieren.In addition, it is from the publication DE 35 09 089 C2 it is known to use a quantity of liquid as a balancing weight. The liquid is relatively viscous and received in a arranged around a shaft co-rotating annulus. In the annulus balls are stored, which are entrained in a rotation through the liquid and position at a suitable speed corresponding to an imbalance compensation in the annulus.

Im Bereich der Medizintechnik ist es nach der Druckschrift DE 103 20 974 B4 bekannt, elektro-rheologische Flüssigkeiten als Ausgleichsmasse zu verwenden. Zum Auswuchten z. B. eines Tomographiegerätes wird ein Ringraum um eine Rotationsachse des Tomographiegerätes positioniert. Eine eine Unwucht des Tomographiegerätes ausgleichende Flüssigkeitsmenge wird ermittelt und in den Ringraum eingebracht. Der Ringraum wird in schnelle Rotation versetzt, so dass sich die Flüssigkeit in einem die Unwucht beseitigenden Bereich des Ringraums sammelt. Zur Lagesicherung der Flüssigkeit in diesem Ringraumbereich wird dann deren Viskosität durch Einwirkung eines elektrischen Feldes erhöht. Nachteilig an dieser Lösung ist insbesondere, dass ein Nachwuchten während des Betriebes nicht ermöglicht ist und dass eine gewichtsintensive Spulenanordnung zur Einstellung der Viskosität der Flüssigkeit notwendig ist.In the field of medical technology, it is according to the publication DE 103 20 974 B4 known to use electro-rheological fluids as a balancing mass. For balancing z. B. a tomography device, an annulus is positioned about an axis of rotation of the tomography device. An amount of fluid balancing an imbalance of the tomography device is determined and introduced into the annulus. The annulus is set in rapid rotation so that the liquid collects in an unbalance-eliminating region of the annulus. To secure the position of the liquid in this annulus area then their viscosity is increased by the action of an electric field. A disadvantage of this solution is in particular that a re-balancing during operation is not possible and that a weight-intensive coil arrangement for adjusting the viscosity of the liquid is necessary.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Wuchtvorrichtung zur Verminderung einer Unwucht zu schaffen, die die vorgenannten Nachteile beseitigen und eine permanente Nachregelung einer Unwuchtkompensation ermöglichen, sowie ein Triebwerk mit einem verbesserten Laufverhalten bereitzustellen.The present invention has for its object to provide a balancing device for reducing an imbalance, which eliminate the aforementioned disadvantages and allow permanent readjustment of imbalance compensation, as well as to provide an engine with improved running behavior.

Diese Aufgabe wird durch eine Wuchtvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a balancing device having the features of patent claim 1.

Eine erfindungsgemäße Wuchtvorrichtung zur Verminderung einer Unwucht eines um eine Drehachse rotierenden Körpers hat eine Welle, ein mit der Welle drehfest verbundenes Gehäuse und eine als Ausgleichsmasse dienende Flüssigkeitsmenge. Erfindungsgemäß sind in dem Gehäuse mindestens drei Kammern zur Aufnahme der Flüssigkeitsmenge angeordnet, wobei die Flüssigkeit bei Rotation des Körpers einstellbar ist. Dabei weist jede Kammer einen sich radial nach außen verjüngenden Querschnitt auf und jede Kammer ist durch eine Trennwand in eine wellennahe Vorkammer und eine wellenferne Wuchtkammer getrennt.A balancing device according to the invention for reducing an imbalance of a body rotating about a rotation axis has a shaft, a rotatably connected to the shaft housing and serving as a balancing fluid amount of liquid. According to the invention at least three chambers for receiving the amount of liquid are arranged in the housing, wherein the liquid is adjustable during rotation of the body. In this case, each chamber has a radially outwardly tapering cross-section and each chamber is separated by a partition in a well-near antechamber and a wave-distant balancing chamber.

Die erfindungsgemäße Wuchtvorrichtung erlaubt eine Unwuchtkompensation während der Rotation des Körpers, beispielsweise eines Triebwerks, und somit im Flug. Es kann unverzüglich auf eine Zusatzunwucht bspw. in Folge von Propellerblattverstellungen bei Propfantriebwerken oder auf Anstreifvorgänge reagiert werden, so dass Schwingungen, die sowohl zu lager- und strukturseitigen Belastungen als auch zu lärmpegelseitigen Belastungen führen würden, sofort eliminiert bzw. stark vermindert werden, wodurch die Lebensdauer des Triebwerks bzw. der das Triebwerk haltenden Strukturelemente merklich verlängert sowie der Komfort der Flugzeugpassagiere gesteigert wird.The balancing device according to the invention allows an unbalance compensation during the rotation of the body, such as an engine, and thus in flight. It can be immediately reacted to an additional imbalance eg. As a result of Propellerblattverstellungen in prop propulsion plants or squints, so that vibrations that would lead to both bearing and structure-side loads and noise level side loads, immediately eliminated or greatly reduced, causing the Life of the engine or the the engine-holding structural elements significantly extended and the comfort of the aircraft passengers is increased.

Bei einem Ausführungsbeispiel ist jede Kammer in einem Gehäusebereich gebildet, der in der Vorkammer eine Versorgungseinrichtung zur Zuführung der Flüssigkeit aufweist, wodurch das Trägheitsmoment der Wuchtvorrichtung gering gehalten wird. Ferner kann zur Reduzierung des Trägheitsmoments die Wuchtvorrichtung in Leichtbauweise aus einem faserverstärkten Verbundmaterial beispielsweise CFK bestehen. Es hat sich gezeigt, dass eine Feinwuchtung bereits bei vier jeweils paarweise diametral zueinander angeordneten und gleichgroßen Wuchtkammern möglich ist. Dabei wird insbesondere durch die gleichgroßen Wuchtkammern und durch deren gleichmäßige Verteilung am Außenumfang der Welle verhindert, dass eine störende Unwucht durch die Wuchtvorrichtung an sich erzeugt wird. Neben einer geraden Anzahl von Wuchtkammern ist jedoch auch eine ungerade Anzahl von Wuchtkammern vorstellbar, die entsprechend gleichmäßig am Außenumfang der Welle verteilt sind.In one embodiment, each chamber is formed in a housing portion having a supply means for supplying the liquid in the pre-chamber, whereby the moment of inertia of the balancing device is kept low. Furthermore, in order to reduce the moment of inertia, the balancing device may consist of lightweight construction of a fiber-reinforced composite material, for example CFRP. It has been shown that a fine balancing is already possible with four pairs of diametrically arranged and equally large balancing chambers. It is prevented in particular by the same size balancing chambers and their uniform distribution on the outer circumference of the shaft that a disturbing imbalance is generated by the balancing device itself. In addition to an even number of balancing chambers but also an odd number of balancing chambers is conceivable, which are distributed according to evenly on the outer circumference of the shaft.

Eine Entleerung der Wuchtvorrichtung bzw. eine Entnahme der zugeführten Flüssigkeitsmenge in einen entsprechenden Tank lässt sich beschleunigen bzw. vereinfachen, wenn jeder Wuchtkammer zumindest eine Auslassöffnung zugeordnet ist und die Wuchtkammern mit benachbarten Wuchtkammern zumindest mittelbar, beispielsweise über miteinander kommunizierende Vorkammern, in Fluidverbindung stehen, so dass die gesamte Flüssigkeit über eine Wuchtkammer bzw. eine Auslassöffnung aus der Wuchtvorrichtung ausströmen kann. Dabei lässt sich die steuerungs- und regelungstechnische Komplexität reduzieren, wenn jeder Wuchtkammer eine fliehkraftbetätigte Schließeinrichtung zum Verschließen der Auslassöffnung zugeordnet ist, die in Öffnungsrichtung federvorgespannt ist. Somit kann das Schließen und das Öffnen der jeweiligen Auslassöffnung vollautomatisch ohne Steuersignal erfolgen, was ferner die Robustheit der Wuchtvorrichtung erhöht.An emptying of the balancing device or a removal of the supplied amount of liquid into a corresponding tank can be accelerated or simplified if each balancing chamber is assigned at least one outlet opening and the balancing chambers are in fluid communication with adjacent balancing chambers at least indirectly, for example via communicating antechambers that the entire liquid can flow out of the balancing device via a balancing chamber or an outlet opening. In this case, the control and control complexity can be reduced if each balancing chamber is assigned a centrifugal force-actuated closing device for closing the outlet opening, which is spring-biased in the opening direction. Thus, the closing and opening of the respective outlet opening can be fully automatic without control signal, which also increases the robustness of the balancing device.

Bei einem Verfahren zur Verminderung einer Unwucht eines um eine Drehachse rotierenden Körpers, beispielsweise eines Triebwerks, einer Werkzeugspindel oder eines Tomographiegeräts, wird eine Wuchtvorrichtung verwendet, die eine Vielzahl von Wuchtkammern zur Aufnahme einer als Ausgleichsmasse dienenden Flüssigkeitsmenge aufweist. Die Wuchtvorrichtung wird an dem Körper befestigt und dieser in Rotation versetzt. Anschließend wird die Unwucht an der Wuchtvorrichtung erfasst und die Flüssigkeitsmenge und deren Position zur Beseitigung der ermittelten Unwucht bestimmt. Danach wird die Flüssigkeitsmenge in der jeweilige Wuchtkammer positioniert und somit die Unwucht beseitigt. Nun ist der Körper ausgewuchtet, wobei sein Wuchtzustand ständig im laufenden Betrieb überwacht und gegebenenfalls entsprechend nachgewuchtet wird.In a method for reducing an imbalance of a body rotating about a rotation axis, for example an engine, a tool spindle or a tomography device, a balancing device is used which has a plurality of balancing chambers for receiving an amount of liquid serving as a balancing mass. The balancing device is attached to the body and this set in rotation. Subsequently, the imbalance is detected at the balancing device and determines the amount of liquid and its position to eliminate the determined imbalance. Thereafter, the amount of liquid is positioned in the respective balancing chamber and thus eliminates the imbalance. Now the body is balanced, with its balancing state constantly monitored during operation and possibly rebalanced accordingly.

Dieses Verfahren erlaubt ein Feinwuchten im Betrieb und eine ständige Nachregelung zur Unwuchtkompensation, so dass ein Vibrationsniveau aufgrund einer Zusatzunwucht abgesenkt bzw. beseitigt wird und eine hochfrequente Anregung von Lager und Strukturbauteilen ausgeschlossen ist, was deren Lebensdauer anhebt und zu keiner zusätzlichen Lärmquelle führt.This method allows fine balancing during operation and continuous readjustment for unbalance compensation, so that a vibration level is lowered or eliminated due to an additional imbalance and high-frequency excitation of bearings and structural components is excluded, which increases their lifespan and leads to no additional noise source.

Dabei kann die Flüssigkeit impulsartig innerhalb eines drehzahlabhängigen Zeitfensters der jeweiligen Wuchtkammer zugeführt werden. Hierdurch werden das Trägheitsmoment der Wuchtvorrichtung und die Ausgleichsmasse langsam und gezielt erhöht, was eine schockartige Belastung sowohl der Wuchtvorrichtung als auch des sich drehenden Körpers verhindert. Dabei wird die Flüssigkeit vorzugsweise in einem wellennahen Gehäusebereich der Wuchtvorrichtung eingespritzt und aufgrund von Fliehkraft in einen, die jeweilige Wuchtkammer bildenden wellenfernen Gehäusebereich gefördert, wo sie gesammelt wird und als Ausgleichmasse dient. Hierdurch ist die Ausgleichmasse drehachsenfern positioniert, wodurch bereits eine verhältnismäßig geringe Flüssigkeitsmenge zur Kompensation einer großen Unwucht genügt. Die steuerungs- und regelungstechnische Komplexität lässt sich verringern, wenn die Flüssigkeit selbsttätig in einer Ruheposition aus sämtlichen Wuchtkammern der Wuchtvorrichtung ausströmt. Hierdurch kann zum Einen auf ein entsprechendes Steuersignal verzichtet werden und zum Anderen ist sichergestellt, dass die Wuchtvorrichtung bei einer folgenden Verwendung vollständig entleert ist, so dass sie selbst keine Zusatzunwucht aufbringt.In this case, the liquid can be impulsively fed within a speed-dependent time window of the respective balancing chamber. As a result, the moment of inertia of the balancing device and the balancing mass are slowly and selectively increased, which prevents a shock load both the balancing device and the rotating body. In this case, the liquid is preferably injected in a shaft-near housing portion of the balancing device and due to centrifugal force in a, the respective balancing chamber forming shaft distant housing area promoted, where it is collected and serves as a balancing mass. As a result, the balancing mass is positioned drehachsenfern, which already satisfies a relatively small amount of liquid to compensate for a large imbalance. The control and control complexity can be reduced if the liquid flows out automatically in a rest position from all balancing chambers of the balancing device. In this way, on the one hand can be dispensed with a corresponding control signal and on the other hand it is ensured that the balancing device is completely emptied in a subsequent use, so that they themselves do not apply additional imbalance.

Ein bevorzugtes Triebwerk hat eine erfindungsgemäße Wuchtvorrichtung, die eine permanente Nachregelung zur Kompensation einer im Flug entstehenden Zusatzunwucht bzw. Unwucht ermöglicht, so dass das Triebwerk ein gegenüber bekannten Triebwerken verbessertes Laufverhalten aufweist. Die Zusatzunwucht kann über entsprechende Schwingungs- bzw. Beschleunigungssensoren erfasst werden. Die Wuchtvorrichtung ist beispielsweise an der Welle eines Niederdruckverdichters oder an der Fan-Welle angeflanscht. Ebenfalls kann die Wuchtvorrichtung an der Niederdruckturbinenwelle angeflanscht sein, wobei dann zur Vermeidung von Temperatureinflüssen eine thermische Isolation der Wuchtvorrichtung bevorzugt wird.A preferred engine has a balancing device according to the invention, which allows a permanent readjustment to compensate for an additional imbalance or unbalance arising in flight, so that the engine has an improved running behavior compared to known engines. The additional imbalance can be detected via corresponding vibration or acceleration sensors. The balancing device is flanged, for example, to the shaft of a low-pressure compressor or to the fan shaft. Likewise, the balancing device can be flanged to the low-pressure turbine shaft, in which case thermal insulation of the balancing device is then preferred in order to avoid temperature influences.

Sonstige vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand weiterer Unteransprüche.Other advantageous embodiments of the present invention are the subject of further subclaims.

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt 1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Wuchtvorrichtung. In the following, a preferred embodiment of the present invention will be explained in more detail with reference to a schematic drawing. It shows 1 a cross section through a balancing device according to the invention.

In der Figur tragen gleiche konstruktive Elemente die gleichen Bezugsziffern, wobei aus Gründen der Übersichtlichkeit bei mehreren gleichen konstruktiven Elementen lediglich ein Element mit einer Bezugsziffer versehen ist.In the figure, the same structural elements bear the same reference numerals, and for reasons of clarity in several identical structural elements, only one element is provided with a reference numeral.

Gemäß 1 hat eine bevorzugte Wuchtvorrichtung 1 zur Beseitigung bzw. zur Verminderung einer Unwucht eines um eine Drehachse 2 rotierenden nicht gezeigten Körpers, insbesondere ein Propfantriebwerk, eine Welle 4 zum Anflanschen an z. B. eine Niederdruckverdichterwelle, eine Fan-Welle oder eine Niederdruckturbinenwelle des Triebwerks, die umfangsseitig von einem mitrotierenden sternförmigen Gehäuse 6 umgriffen ist. Die Wuchtvorrichtung 1 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch zur Drehachse 2 aufgebaut und dient vorrangig zur permanenten Nachregelung einer, beispielsweise im Flug entstehenden, Zusatzunwucht, die sich zum Beispiel aufgrund von Propellerblattverstellungen ergeben kann. Sie ist in Leichtbauweise aus einem hochbelastbaren und leichten Material wie einem kohlenstofffaserverstärkten Verbundwerkstoff (CFK) hergestellt, der die Ausführung des Gehäuses 6 mit sehr dünnen Wandstärken ermöglicht. Die Welle 4 ist zur Gewichtsreduzierung vornehmlich als Hohlwelle ausgeführt.According to 1 has a preferred balancing device 1 to eliminate or reduce an imbalance of a about an axis of rotation 2 rotating body, not shown, in particular a Propfantriebwerk, a shaft 4 for flanging on z. B. a low-pressure compressor shaft, a fan shaft or a low-pressure turbine shaft of the engine, the circumference of a co-rotating star-shaped housing 6 is encompassed. The balancing device 1 is substantially rotationally symmetrical to the axis of rotation 2 built and serves primarily for the permanent readjustment of, for example, in flight, additional imbalance, which may arise, for example, due to propeller blade adjustments. It is made of a heavy-duty and lightweight material such as a carbon fiber reinforced composite (CFRP), which is the design of the housing in lightweight construction 6 with very thin wall thicknesses possible. The wave 4 is primarily designed to reduce weight as a hollow shaft.

Das Gehäuse 6 kann vier symmetrisch Gehäuseabschnitte 8 aufweisen, die jeweils einen sich radial nach außen verjüngenden V-förmigen Innenraum 10 begrenzen. Diese Gehäuseabschnitte sind hier diametral zueinander um den Umfang der Welle 4 verteilt. Der Innenraum 10 wird von zwei zueinander angestellten Seitenwandungen 12, 14, einer Bodenwandung 16 und einem Umfangsflächenabschnitt 18 der Welle 4 gebildet. Er weist eine wellenferne, trapezförmige Wuchtkammer 20 und eine wellennahe, ebenfalls in etwa trapezförmige Vorkammer 22 auf, die über eine Trennwand 24 voneinander getrennt sind und über in der Trennwand 24 angeordnete Durchbrüche 26 in Fluidverbindung miteinander stehen. Die Durchbrüche 26 sind im Randbereich der Trennwand 24 angeordnet, so dass eine als Ausgleichsmasse dienende Flüssigkeit 28 ohne bauliche Störungen wie Stufen zwischen der Wuchtkammer 20 und der Vorratskammer 22 fließen kann.The housing 6 can have four symmetrical housing sections 8th each having a radially outwardly tapered V-shaped interior 10 limit. These housing sections are here diametrically opposed to each other around the circumference of the shaft 4 distributed. The interior 10 is made of two mutually employed side walls 12 . 14 , a bottom wall 16 and a peripheral surface portion 18 the wave 4 educated. He has a wave-far, trapezoidal balance chamber 20 and a wave-like, also approximately trapezoidal prechamber 22 on that over a partition wall 24 are separated from each other and over in the partition 24 arranged breakthroughs 26 in fluid communication with each other. The breakthroughs 26 are in the edge area of the partition 24 arranged so that serving as a balancing fluid 28 without structural disturbances such as steps between the balancing chamber 20 and the pantry 22 can flow.

Die Wuchtkammer 20 dient zur Aufnahme der die Ausgleichsmasse definierenden Flüssigkeitsmenge 28 und hat im Bereich der Bodenwandung 16 eine mittig angeordnete und sich in radialer Richtung erstreckende Auslassöffnung 30 zum Ablassen der in der Wuchtkammer 20 aufgenommenen Flüssigkeitsmenge 28 in einer Ruheposition, die über eine Ventileinrichtung 32 verschließbar ist.The balancing chamber 20 serves to accommodate the balancing mass defining amount of liquid 28 and has in the area of the bottom wall 16 a centrally disposed and extending in the radial direction outlet opening 30 for draining the in the balancing chamber 20 absorbed amount of liquid 28 in a rest position, via a valve device 32 is closable.

Die Ventileinrichtung 32 hat einen Ventilteller 34, der über einen Schaft 36 in einer Bohrung 38 der Trennwand 24 in radialer Richtung geführt ist und über einen Dichtring 40 dichtend in Anlage mit der Bodenwand 16 bringbar ist. Der Ventilteller 34 ist über eine den Schaft 36 umgreifende und zwischen der Trennwand 24 und dem Ventilteller 34 angeordnete Feder 42 in seiner Öffnungsposition federvorgespannt. Das Verschließen der Auslassöffnung 30 kann selbsttätig über die Fliehkraft der Ventileinrichtung 32 bei Rotation der Wuchtvorrichtung 1 erfolgen, aufgrund der der Ventildeckel 34 ab einer bestimmten Drehzahl gegen die Federkraft der Feder 42 radial nach außen bewegt wird und sich dichtend über den Dichtring 40 an der Bodenwandung 16 abstützt. Die Auslassöffnung kann aber auch aktiv durch ein elektromechanisches Stellglied verschlossen werden.The valve device 32 has a valve plate 34 , which has a shaft 36 in a hole 38 the partition 24 is guided in the radial direction and via a sealing ring 40 sealing in contact with the bottom wall 16 can be brought. The valve plate 34 is about a the shaft 36 encompassing and between the dividing wall 24 and the valve plate 34 arranged spring 42 spring biased in its open position. The closing of the outlet opening 30 can automatically over the centrifugal force of the valve device 32 during rotation of the balancing device 1 done, due to the valve cover 34 above a certain speed against the spring force of the spring 42 moved radially outward and sealing over the sealing ring 40 on the bottom wall 16 supported. The outlet opening can also be actively closed by an electromechanical actuator.

Die Vorkammer 22 weist im Bereich einer der Seitenwandungen 14 eine Einspritzdüse zum Zuführen der Flüssigkeit 28 in den jeweiligen Innenraum 10 auf. Um ein Entleeren der Wuchtvorrichtung 1 in einer Ruheposition unabhängig von der Lage der Wuchtkammern 20 zu ermöglichen, sind in Bereichen, in denen die Gehäuseabschnitte 8 an der Welle 4 umfangsseitig angreifen, entsprechende Kanäle 46 in der Welle 4 und in den Gehäuseabschnitten 8 ausgebildet, so dass die jeweils benachbarten Innenräume 10 miteinander in Fluidverbindung stehen bzw. miteinander kommunizieren können. Zum Auffangen der aus den Wuchtkammern 20 abließenden Flüssigkeit 46 ist unterhalb der Wuchtvorrichtung 1 ein Auffangbehälter 48 positioniert.The antechamber 22 points in the area of one of the side walls 14 an injection nozzle for supplying the liquid 28 in the respective interior 10 on. To empty the balancing device 1 in a rest position regardless of the position of the balancing chambers 20 allow in areas where the housing sections 8th on the shaft 4 attack peripherally, corresponding channels 46 in the wave 4 and in the housing sections 8th designed so that each adjacent interior spaces 10 be in fluid communication with each other or can communicate with each other. To catch the from the balancing chambers 20 draining liquid 46 is below the balancing device 1 a collection container 48 positioned.

Zusätzlich verfügt die Wuchtvorrichtung 1 über nicht dargestellte Schwingungs- bzw. Beschleunigungsensoren, die die Zusatzunwucht erfassen, und über ein entsprechendes Rechnersystem, das die entsprechenden Flüssigkeitsmengen 28 und Einspritzzeitfenster festlegt.In addition, the balancing device has 1 not shown vibration or acceleration sensors that detect the additional imbalance, and a corresponding computer system, the corresponding amounts of liquid 28 and injection time window sets.

Im Folgenden wird ein bevorzugtes Verfahren der vorliegenden Erfindung erläutert: Die Wuchtvorrichtung 1 wird z. B. an die Niederdruckverdichterwelle eines Propfantriebwerks angeflanscht und mit entsprechenden Sensoren zur Aufnahme bzw. Ermittlung einer Unwucht des Triebwerks versehen. Des Weiteren wird die Wuchtvorrichtung 1 mit einem Rechnersystem zur Bestimmung der jeweiligen Flüssigkeitsmenge 28 und der Einspritzzeitfenster ausgerüstet. Dann wird das Triebwerk in Betrieb genommen und die Auslassöffnungen 30 werden durch die fliehkraftbasierten Schließeinrichtungen 32 verschlossen. Sollte eine unzulässige Unwucht bzw. Zusatzunwucht vorliegen, wird diese über die Sensoren erfasst und das Rechnersystem kalkuliert die Flüssigkeitsmenge und deren Position zur Beseitigung der Unwucht sowie die Einspritzimpulse und die drehzahlabhängigen Einspritzzeitfenster der Flüssigkeit 28. Dann wird die Flüssigkeit 28 in die jeweilige Vorkammer 22 impulsartig in den bestimmten Zeitfenstern eingespritzt. Die eingespritzte Flüssigkeit 28 wird mittels Fliehkraft in Richtung der Trennwand 24 getrieben und tritt über die Durchbrüche 26 in die jeweilige Wuchtkammer 20 ein. Je nach Position der ermittelten Unwucht wird die Flüssigkeit nur in eine der Vorkammern 22 oder aber in mehrere der Vorkammern 22 eingespritzt, so dass sowohl nur eine der Wuchtkammern 20 aktivierbar ist als auch mehrere Wuchtkammern 20 gleichzeitig aktivierbar sind. Nachdem die Flüssigkeit 28 entsprechend der kalkulierten Dosiermenge und Art in der jeweiligen Wuchtkammer 20 angelagert und die zuvor erfasste Unwucht beseitigt ist, wird permanent im laufenden Betrieb das Triebwerk hinsichtlich einer neuen Unwucht bzw. unzulässigen Schwingungen überwacht. Wenn erforderlich, wird eine neue Flüssigkeitsmenge 28 in die jeweilige Wuchtkammer 20 wie vorstehend erläutert gefördert bzw. nachgefördert, so dass auch die neue Unwucht beseitigt wird.In the following, a preferred method of the present invention is explained: The balancing device 1 is z. B. flanged to the low-pressure compressor shaft of a Propfantriebwerks and provided with appropriate sensors for receiving or determining an imbalance of the engine. Furthermore, the balancing device 1 with a computer system for determining the respective amount of liquid 28 and the injection time window equipped. Then the engine is put into operation and the exhaust ports 30 are due to the centrifugal-based locking devices 32 locked. If there is an impermissible unbalance or additional imbalance, this is detected by the sensors and the computer system calculates the amount of liquid and its position to eliminate the imbalance and the injection pulses and the speed-dependent injection time window of the liquid 28 , Then the liquid 28 into the respective antechamber 22 impulsively injected in certain time windows. The injected liquid 28 is moved by centrifugal force in the direction of the partition wall 24 driven and steps over the breakthroughs 26 in the respective balancing chamber 20 one. Depending on the position of the determined imbalance, the liquid is only in one of the antechambers 22 or in several of the antechambers 22 injected so that only one of the balancing chambers 20 can be activated as well as several balancing chambers 20 can be activated simultaneously. After the liquid 28 according to the calculated dosing quantity and type in the respective balancing chamber 20 stored and the previously detected imbalance is eliminated, the engine is permanently monitored during operation with regard to a new imbalance or impermissible vibrations. If necessary, a new amount of fluid 28 in the respective balancing chamber 20 promoted or promoted as explained above, so that the new imbalance is eliminated.

Offenbart ist eine Wuchtvorrichtung zur Verminderung einer Unwucht eines um eine Drehachse rotierenden Körpers, mit einer Welle und mit einer Flüssigkeitsmenge als Ausgleichsmasse, wobei eine Vielzahl von Wuchtkammern zur Aufnahme der Flüssigkeitsmenge am Außenumfang der Welle angeordnet sind, und wobei die Flüssigkeitsmenge während einer Rotation des Körpers einstellbar ist, ein Verfahren zur Ansteuerung der Wuchtvorrichtung und ein Triebwerk mit einer derartigen Wuchtvorrichtung.Disclosed is a balancing device for reducing an imbalance of a body rotating about a rotation axis, with a shaft and with an amount of liquid as a balancing mass, wherein a plurality of balancing chambers for receiving the amount of liquid on the outer circumference of the shaft are arranged, and wherein the amount of liquid during rotation of the body is adjustable, a method for controlling the balancing device and an engine with such a balancing device.

Im obigen Ausführungsbeispiel sind vier Wuchtkammern 20 vorgesehen.In the above embodiment, four balancing chambers 20 intended.

Es sollten mindestens jedoch drei Wuchtkammern vorhanden sein. Diese können vorzugsweise über den Umfang der Welle 4 gleichverteilt sein, so dass zwei Wuchtkammern mit der Drehachse 2 einen Winkel von 120° bilden.There should be at least three balancing chambers. These may preferably be over the circumference of the shaft 4 be equally distributed, so that two balancing chambers with the axis of rotation 2 form an angle of 120 °.

Die Wuchtvorrichtung kann aber auch mehr als 4 Wuchtkammern aufweisen, um eine noch genauere und feinere Auswuchtung zu ermöglichen. Dabei können die Wuchtkammern kleiner ausfallen als die in 1 gezeigten.However, the balancing device can also have more than 4 balancing chambers to allow even more accurate and finer balancing. The balancing chambers can be smaller than those in 1 shown.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Wuchtvorrichtungbalancer
22: Drehachseaxis of rotation
44: Wellewave
66: Gehäusecasing
88th: Gehäuseabschnitthousing section
1010: Innenrauminner space
1212: Seitenwandungsidewall
1414: Seitenwandungsidewall
1616: Bodenwandungbottom wall
1818: UmfangsflächenabschnittPeripheral surface portion
2020: Wuchtkammerbalancing chamber
2222: Vorkammerantechamber
2424: Trennwandpartition wall
2626: Durchbruchbreakthrough
2828: Flüssigkeit/FlüssigkeitsmengeLiquid / liquid quantity
3030: Auslassöffnungoutlet
3232: Ventileinrichtungvalve means
3434: Ventiltellervalve disc
3636: Schaftshaft
3838: Bohrungdrilling
4040: Dichtringseal
4242: Federfeather
4444: Einspritzdüseinjection
4646: Kanalchannel
4848: Auffangbehälterreceptacle

Claims

Balancing device ( 1 ) for reducing an imbalance of a rotating body about a rotation axis, with a shaft ( 4 ), a rotationally fixed with the shaft ( 4 ) connected housing ( 6 ) and with a quantity of liquid ( 28 ) as a balancing mass, wherein in the housing ( 6 ) at least three chambers ( 10 ) for receiving the amount of liquid ( 28 ) are arranged and the amount of liquid ( 28 ) is adjustable during the rotation, characterized in that each chamber ( 10 ) has a radially outwardly tapering cross section and by a partition wall ( 24 ) in a wave-like antechamber ( 22 ) and a wave-distant balancing chamber ( 20 ) is disconnected.

Balancing device according to claim 2, wherein each chamber ( 10 ) in a housing section ( 8th ) formed in the antechamber ( 22 ) a supply device ( 44 ) for supplying the liquid ( 28 ) having.

Balancing device according to claim 1 or 2, wherein the balancing chambers ( 20 ) each at least one outlet opening ( 30 ) and at least indirectly with adjacent balancing chambers ( 20 ) are in fluid communication with each other.

Balancing device according to claim 3, wherein each balancing chamber ( 20 ) a biased in the opening direction centrifugal force actuated valve device ( 32 ) for closing the outlet opening ( 30 ) assigned.