DE10320974A1

DE10320974A1 - Verfahren zur Verminderung einer Unwucht und Vorrichtung mit einer Ausgleichseinrichtung zur Verminderung einer Unwucht

Info

Publication number: DE10320974A1
Application number: DE2003120974
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Hoheisel; Hans-Jürgen Müller; Norbert Dr. Müller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens Healthcare GmbH
Priority date: 2003-05-09
Filing date: 2003-05-09
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-10
Also published as: DE10320974B4

Abstract

Zur Verminderung einer Unwucht an einer rotierbaren Vorrichtung (1) wird eine elektro-rheologische Flüssigkeit (F) verwendet. Es ist auch eine Vorrichtung (1) beschrieben mit einer Ausgleichseinrichtung (45) zur Verminderung einer Unwucht (61). Die Ausgleichseinrichtung (45) weist einen flüssigkeitsbefüllbaren, auf der Rotationsachse (4) zentrierten Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) und einen Vorratsbehälter (33) auf, der mit dem Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) flüssigkeitsdicht verbindbar ist, um eine elektro-rheologische und/oder eine magneto-rheologische Flüssigkeit (F) zwischen dem Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) und dem Vorratsbehälter (33) auszutauschen. Es sind auch Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung (1) beschrieben, bei welchen zunächst eine Masse (m) einer die Unwucht (61) ausgleichenden Flüssigkeitsmenge ermittelt wird.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Verminderung, insbesondere Vermeidung, von Unwuchten bei rotierbaren Gegenständen oder Vorrichtungen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verwendung einer rheologischen Flüssigkeit zur Verminderung einer Unwucht an einer rotierbaren Vorrichtung.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Verminderung einer Unwucht an einer um eine Rotationsachse rotierbaren Vorrichtung, wobei die Vorrichtung einen flüssigkeitsbefüllbaren, auf der Rotationsachse zentrierten Ringkanal aufweist.
Ferner betrifft die Erfindung eine rotierbare Vorrichtung mit einer Ausgleichseinrichtung zur Verminderung einer Unwucht, wobei die Ausgleichseinrichtung einen flüssigkeitsbefüllbaren, auf der Rotationsachse zentrierten ersten Ringkanal aufweist.
Bei Vorrichtungen mit schnell rotierenden Massen führen vorhandene oder im Laufe des Betriebs auftretende Unwuchten zu einer Reihe unerwünschter Erscheinungen. Diese reichen von unerwünschter Geräuschentwicklung über übermäßigen Lagerverschleiß bei technischen Geräten allgemein bis hin zu Störungen der Bildgebung bei medizinischen Tomographiegeräten, insbesondere bei einem Röntgencomputertomographie-Gerät.

Aus DE 101 08 065 A1 ist ein Computertomograph bekannt, der Mittel zum Ermitteln einer Unwucht des rotierenden Teils der Gantry und Mittel zum Berechnen der Stelle oder derjenigen Stellen am rotierenden Teil der Gantry aufweist, an der ein Gewicht bzw. an denen Gewichte zum Ausgleich der Unwucht angeordnet werden sollen. Bei einem Computertomograph mit einer derart integrierten Einrichtung zur Ermittlung einer Unwucht ist es möglich, die Unwucht automatisch, zum Beispiel jedes Mal, wenn das Tomographiegerät in Betrieb kommt, zu überprüfen.

Aus dem Bereich des Maschinenbaus, insbesondere des Werkzeugmaschinenbaus, sind auch Einrichtungen bekannt, welche eine Beseitigung der festgestellten Unwucht, also ein sogenanntes Auswuchten, automatisch durchführen, ohne dass hierzu ein manuelles Anbringen von Ausgleichsgewichten erforderlich wäre. So sind zum Beispiel Ausgleichseinrichtungen bekannt, welche einen um die Rotationsachse zentrierten Ringkanal aufweisen, in welchem mehrere Kugeln frei beweglich sind. Entsprechende Ausgleichseinrichtungen sind beschrieben in US 3,282,127 , WO 98/01733, US 5,460,017 , DE 35 09 089 A1 oder US 4,075,909 .

Eine Vorrichtung zum Unwuchtausgleich mit einem linear verstellbaren Ausgleichsgewicht ist in DE 197 11 726 A1 beschrieben. Für das Ausgleichsgewicht ist eine magnetisch betätigbare Stelleinrichtung vorhanden, die insbesondere eine magneto-rheologische Flüssigkeit aufweist.

Magnet-rheologische und elektro-rheologische Flüssigkeiten sind beispielsweise beschrieben in EP 1 219 849 A2 oder in EP 0 644 253 A2 . Es handelt sich dabei um Suspensionen oder Emulsionen kleiner Partikel in Öl oder in einer anderen Basisflüssigkeit, wobei die Partikel bestimmte elektrische oder magnetische Eigenschaften aufweisen. Bei Anlegen eines elektrischen und/oder eines magnetischen Feldes ändert sich die Erscheinungsform der rheologischen Flüssigkeit reversibel. Im feldbeaufschlagten Zustand verfestigt sich die Flüssigkeit bis hin zur Starrheit, das heißt, ihre Viskosität steigt.

Von den elektro- bzw. magneto-rheologischen Flüssigkeiten, zu trennen sind die rein magnetischen Flüssigkeiten, die auch als Ferrofluide bezeichnet werden. Dabei handelt es sich in der Regel um eine kolloidale Lösung kleiner ferromagnetischer Partikel in einer Basisflüssigkeit. Wenn die magnetische Flüssigkeit in die Nähe eines Magneten gebracht wird, wird die gesamte Flüssigkeit zum Magneten hingezogen und verhält sich, als wäre die gesamte Flüssigkeit ferromagnetisch. Derartige magnetische Flüssigkeiten sind beispielsweise beschrieben in EP 0 644 253 A2 oder in einem Fachartikel von Stefan Odenbach, erschienen in Physik in unserer Zeit, 2001, Seite 122–127: „Ferrofluide – ihre Grundlagen und Anwendungen". Ferrofluide werden häufig als Dichtmittel eingesetzt.

Es sind auch Vorschläge gemacht worden, Flüssigkeiten, insbesondere rheologische Flüssigkeiten, nicht nur als Stellmittel zum automatischen Unwuchtausgleich zu verwenden, sondern die Flüssigkeit selbst als Ausgleichsmasse zu verwenden. Eine entsprechende Auswuchtvorrichtung nach Le Blanc erwähnt DE 35 09 089 A1 . In dieser Schrift sind auch Anordnungen von Kugeln in zähen Flüssigkeiten offenbart.

In dem Abstract der japanischen Patentanmeldung JP 03261500 A ist eine sich vollautomatisch auswuchtende Waschmaschine offenbart. Deren Ausgleichseinrichtung weist einen mit einer magnetischen Flüssigkeit gefüllten geschlossenen Ringkanal auf. In dem Ringkanal sind über dessen Umfang verteilt mehrere Elektromagnete vorhanden, die jeweils gesondert ansteuerbar sind. Von einer gesonderten Unwuchtermittlungseinheit wird eine Stärke und eine Position der Unwucht ermittelt. Nach einem Stop der Waschmaschine werden selektiv ein oder mehrere Elektromagnete aktiviert. Dadurch bewegt sich die magnetische Flüssigkeit in Richtung der aktivierten Magnete und sammelt sich dort an, wodurch die Unwucht für die nachfolgende Wiederinbetriebnahme der Waschmaschine vermindert ist. Aufgrund der begrenzten Reichweite jeglicher Elektromagnete hat diese Ausgleichseinrichtung den Nachteil, dass sie nur bei vertikaler Drehachse, also bei horizontal liegendem Ringkanal, anwendbar ist. Außerdem ist bedingt durch die be grenzte Anziehungskraft der Magneten und deren begrenzter Fähigkeit, die angezogene Flüssigkeit im nachfolgenden Betriebszustand zu halten, die Stärke oder Masse der auszugleichenden Unwucht nach oben hin begrenzt. Im nachfolgenden rotierenden Betriebszustand bewirken die Zentrifugalkräfte außerdem durch Zerfließen des angezogenen Flüssigkeitsberges eine der magnetischen Haltekraft entgegengesetzte Kraft. Das Einbringen einer Flüssigkeit, die auch im rotierenden Betriebszustand im flüssigen Aggregatszustand verbleibt, erfüllt außerdem für viele Anwendungen nicht die Anforderungen an die Betriebssicherheit, beispielsweise gegenüber Restvibrationen oder Erschütterungen, oder gar Auslaufen bei einer Störung.

Der letztgenannte Nachteil ist bei einer aus SU 1771893 A1 bekannten Ausgleichsvorrichtung für einen Hochgeschwindigkeitsfräser vermieden. Dieser Fräser weist in seiner Frässcheibe einen durch eine Ausnehmung gebildeten Ringkanal auf, der mit einer ferromagnetischen Flüssigkeit gefüllt ist. In dem so in der Fräserscheibe gebildeten geschlossenen Hohlraum sind über den Umfang verteilt mehrere in radialer Richtung ausgerichtete Elektromagnete als Quelle für ein gleichmäßiges magnetisches Feld angebracht. Der Fräser funktioniert wie folgt: Im Anfangszustand liegt keine Spannung an den Spulen der Elektromagnete an, so dass sich die ferromagnetische Flüssigkeit im flüssigen Zustand befindet und gleichmäßig über die untere Oberfläche des horizontal liegenden Ringkanals zerfließt. Nach Starten der Rotation bewegt sich die ferromagnetische Flüssigkeit unter Wirkung der Fliehkraft von der Drehachse des Fräsers aus zu der stirnseitigen Wand des Ringkanals. Unter dem Einfluss der Unwucht verteilt sich die Ausgleichsmasse ungleichmäßig und strebt die Schwingungen und die Unwucht auszugleichen an. Nach Einstellen eines stabilen Laufs wird an den Spulen eine Spannung angelegt. Dadurch entsteht ein Magnetfeld, unter dessen Wirkung sich die ferromagnetische Flüssigkeit verfestigen soll. Der Fräser ist betriebsbereit.

Auch die in der SU 1771893 A1 beschriebene Vorrichtung hat den Nachteil, dass nur geringfügige Unwuchten, beispielsweise verursacht durch einen fehlenden Zahn am Fräser, beseitigbar sind. Mit anderen Worten: Der Dynamikbereich der Ausgleichsvorrichtung ist gering. Der gemäß der SU-Schrift verfolgte passive Ausgleichsmechanismus, bei welchem die Ausgleichsmasse quasi selbsttätig die Unwucht auszugleichen versuchen soll, erlaubt – soweit er überhaupt verlässlich funktioniert – nur geringe Unwuchten auszugleichen.

Selbst falls man entgegen der in der SU 1771893 A1 beschriebenen Vorgehensweise die Elektromagnete nicht gleichmäßig über den Umfang aktivieren würde, sondern entsprechend JP 03261500 A nur gezielt einzelne der Magnete aktivieren würde, wäre die Verwendung der ferromagnetischen oder magneto-rheologischen Flüssigkeit für bestimmte Anwendungen nachteilig, da diese zur Verfestigung aufwändige und schwere Magnetisiereinrichtungen („Magnete") benötigen. Dies ist insbesondere von Nachteil, falls der Ausgleich kleiner Unwuchten mit hoher Dynamik vornehmbar sein soll.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit welchen ein automatischer Unwuchtausgleich über einen großen Dynamikbereich, das heißt, bei einer über einen großen Bereich als variabel angenommenen Unwucht, durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch die Verwendung einer elektro-rheologischen Flüssigkeit zur Verminderung einer Unwucht an einer rotierenden Vorrichtung.

Die Flüssigkeit weist beispielsweise eine Basisflüssigkeit auf, in welcher in einem elektrischem Feld polarisierbare Partikel verteilt sind.

Die Flüssigkeit ist insbesondere als – vorzugsweise nicht-kolloidale – Suspension ausgebildet.

Polarisierbare rheologische Flüssigkeiten haben den Vorteil, dass sie bei Vorhandensein eines Magneten nicht oder kaum zu diesem hingezogen werden. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise die Möglichkeit zu einem präzisen Unwuchtausgleich mit hoher Dynamik.

Vorzugsweise weist die Flüssigkeit keine ferromagnetischen Eigenschaften auf. Die Partikel, deren Dipolmoment beispielsweise erst unter dem Einfluss des Feldes entsteht, weisen bevorzugt eine Größe aus dem Bereich von 0,1 μm bis 100 μm auf. Sie bestehen insbesondere überwiegend aus einem Zeolith, einer Elektrokeramik, einem elektronenleitenden Polymer, einem beschichteten Metall, aus Zellulose und/oder aus Stärke.

Die Basisflüssigkeit besteht vorzugsweise überwiegend aus einem chlorierten Kohlenwasserstoff und/oder einem – insbesondere synthetischen oder silicon-basierten – Öl. Sie kann zusätzlich Additive enthalten.

Bei Verwendung einer magneto-rheologischen Flüssigkeit im Zusammenhang mit den in diesem Dokument beschriebenen Verfahren oder Vorrichtungen gelten folgende vorzugsweise Ausgestaltungen: Die Flüssigkeit weist keine ferromagnetischen Eigenschaften auf. Die Partikel, deren Dipolmoment beispielsweise erst unter dem Einfluss des Feldes entsteht, weisen bevorzugt eine Größe im Bereich zwischen 0,1 μm und 10 μm auf. Sie bestehen insbesondere überwiegend aus Eisen, z.B. Weicheisen, Stahl, Kobalt oder Carbonyl-Eisen. Die Basisflüssigkeit besteht vorzugsweise überwiegend aus Wasser und/oder einem – insbesondere synthetischen oder silicon-basierten – Öl.

Die Verwendung von elektro-rheologischen Flüssigkeiten ist für den praktischen Betrieb – im Vergleich zu magneto-rheologischen Flüssigkeiten – für viele Anwendungen besonders vorteilhaft, weil die notwendigen elektrischen Felder besonders einfach erzeugbar sind und nur geringer Stromverbrauch entsteht.

Die oben genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung und bezogen auf das eingangs genannte Verfahren außerdem dadurch gelöst, dass

a) eine Masse einer die Unwucht ausgleichenden Flüssigkeitsmenge ermittelt wird,
b) in den Ringkanal eine magneto-rheologische und/oder eine elektro-rheologische Flüssigkeit in einer Menge eingebracht wird, so dass für den nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung eine von der ermittelten Masse abhängige Menge an Flüssigkeit im Ringkanal vorhanden ist, und
c) für den nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung die Viskosität der eingefüllten Flüssigkeit durch Einwirkung eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes erhöht wird.

Im Gegensatz zu bekannten Verfahren wird bei dem Verfahren nach der Erfindung also nicht von einer konstanten Flüssigkeitsmenge im Ringkanal ausgegangen. Vielmehr wird die Menge der Flüssigkeit im Ringkanal abhängig von der ermittelten Unwucht durch Flüssigkeitsaustausch angepasst. Dadurch lassen sich sowohl Unwuchten von wenigen Gramm als auch Unwuchten bis hin zu vielen Kilogramm ausgleichen.

Unter einem Flüssigkeitsaustausch wird in Zusammenhang mit der Erfindung sowohl eine Flüssigkeitszufuhr als auch eine Flüssigkeitsabfuhr in den Ringkanal bzw. aus diesem heraus verstanden.

Als Ringkanal wird im Zusammenhang mit der Erfindung jegliches geschlossene oder abschließbare Flüssigkeitsvolumen verstanden, das im Wesentlichen in Umfangsrichtung um die Rotationsachse verläuft und somit zumindest in einer Blickrichtung parallel zur Rotationsachse im Wesentlichen ringförmig ist. Der Ringkanal kann als Ringausnehmung oder als gesondert eingebrachte Ringröhre, beispielsweise als Ringschlauch oder als Ringrohr runden oder eckigen Querschnitts ausgebildet sein.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform enthält die magneto-rheologische bzw. elektro-rheologische Flüssigkeit Partikel, die in einem elektrischen und/oder in einem magnetischen Feld polarisierbar sind. Eine derartige rheologische Flüssigkeit ist für den Rotationsbetrieb der Vorrichtung besonders gut stabilisierbar und außerdem besonders definiert und gezielt an einer bestimmten Umfangsposition fixierbar.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden die Schritte a) bis c) während der Betriebszeit, der Lebensdauer, der Standzeit oder der Verfügbarkeitszeit der Vorrichtung wiederholt, um eine zwischenzeitlich veränderte Unwucht auszugleichen.

Das Verfahren nach der Erfindung eignet sich sowohl für eine Betriebsweise, bei welcher sich die Flüssigkeit selbsttätig in eine zum Ausgleich der Unwucht erforderliche azimutale Position bewegt, als auch für eine Betriebsweise, bei welcher die Flüssigkeit aktiv an einer zum Ausgleich der Unwucht erforderlichen, zuvor ermittelten Position positioniert wird.

Im Hinblick auf die erstgenannte Vorgehensweise wird die Vorrichtung bevorzugt in derart schnelle Rotation versetzt, insbesondere mit einer Rotationsfrequenz oberhalb der Resonanzfrequenz, dass sich die in den Ringkanal eingebrachte Flüssigkeit selbsttätig an eine zum Ausgleich der Unwucht erforderliche azimutale Position bewegt. Bei dieser Betriebsweise kann das elektrische und/oder magnetische Feld durch entsprechende Feldmittel gleichmäßig über den gesamten Umfang des Ringkanals eingeschaltet werden. Ein selektiv lokales, an einer bestimmten azimutalen Position stattfindendes Einschalten des Feldes ist nicht erforderlich. Diese Betriebsweise kann bei beliebig orientierter Rotationsachse angewendet werden.

Bezugnehmend auf die oben zweitgenannte Vorgehensweise wird nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform bei dem Verfahren nach der Erfindung zusätzlich zu der Masse auch eine Position der die Unwucht ausgleichenden Flüssigkeitsmenge ermittelt, und es wird die in den Ringkanal eingebrachte Flüssigkeit unter Verwendung der ermittelten Position in azimutale Richtung im Ringkanal positioniert, das heißt insbesondere fixiert.

Nachfolgend werden drei Varianten beschrieben, gemäß derer die eingebrachte Flüssigkeit vorzugsweise in die gewünschte azimutale Position gebracht wird:

i) Bei einer nicht-vertikalen, insbesondere bei einer horizontalen, Rotationsachse der rotierbaren Vorrichtung kann die eingebrachte Flüssigkeit an die ermittelte Position gebracht werden, indem die Vorrichtung derart positioniert wird, dass sie mit der ermittelten Position in der geodätisch tiefsten Stelle zu liegen kommt, so dass sich die eingebrachte Flüssigkeit dort sammelt. Der Ringkanal ist also hierbei nur teilweise mit Flüssigkeit gefüllt, wobei vorzugsweise nur eine Flüssigkeitsmenge entsprechend der zuvor ermittelten Masse (Schritt a) des obigen Verfahrens) injiziert wird. Das Einschalten des Feldes für den nachfolgenden Rotationsbetrieb der Vorrichtung dann bei dieser Variante lokal an der ermittelten Position oder gleichmäßig über den gesamten Umfang verteilt geschehen. Das lokale Einschalten des Feldes hat den Vorteil, dass über einen zusätzlichen Parameter ein weiterer Freiheitsgrad bei der präzisen Positionierung und Fixierung der eingebrachten Flüssigkeit im Ringkanal geschaffen wird. Schon bei geringem Rechenaufwand sind damit präzise Ergebnisse möglich. Andererseits kann man – insbeson dere im Fall der über den Umfang gleichmäßig verteilten Feldaktivierung – die Form des sich an der geodätisch tiefsten Stelle ansammelnden Flüssigkeitssees in die Berechnung der Flüssigkeitsmasse miteinbeziehen, so dass auf eine lokale Feldaktivierung für viele Anwendungsbereiche verzichtbar ist.
ii) Bei beliebig orientierter Rotationsachse kann die Vorrichtung derart in Rotation versetzt werden, dass die eingebrachte Flüssigkeit infolge der Zentrifugalkraft entlang des Ringkanals verteilt wird. Die eingebrachte Flüssigkeit wird dann an der ermittelten Position durch Einwirkung des elektrischen bzw. magnetischen Feldes lokal verfestigt, wobei das Feld in einer der ermittelten Masse äquivalenten Stärke und/oder mit einem der ermittelten Masse äquivalenten Wirkvolumen auf die Flüssigkeit einwirkt. Zur lokalen Verfestigung können mehrere entlang des Umfangs des Ringkanals aufgereihte Feldmittel vorhanden sein. Beispielsweise ist durch die Anzahl der aktivierten Feldelemente das Wirkvolumen beeinflussbar.
iii) Eine Verteilung entlang des Ringkanals kann auch vorgenommen werden, indem zunächst weitestgehend das gesamte Volumen des Ringkanals – insbesondere druckgetrieben – mit Flüssigkeit gefüllt wird. Die lokale Verfestigung geschieht dann wie unter ii).

Nach einer anderen bevorzugten Weiterbildung wird nach lokaler Verfestigung der Flüssigkeit und vor dem nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung ein verbliebener nicht verfestigter Anteil der Flüssigkeit aus dem Ringkanal entfernt. Es kann also zunächst eine Übermenge an Flüssigkeit in den Ringkanal eingefüllt werden. Das Entfernen einer überschüssigen Flüssigkeitsmenge kann auch sukzessive geschehen, wobei in jedem Schritt die Feldstärke oder das Wirkvolumen variiert werden, bis ein optimales Auswuchtergebnis erreicht ist.

Im Hinblick auf den nötigen Bauraum eines evtl. Vorratsbehälters, aus dem die Flüssigkeit für den Ringkanal entnommen wird, ist es vorteilhaft, den Ringkanal gleich zu Beginn des Auswuchtvorgangs nur teilweise mit einer Flüssigkeitsmenge entsprechend der oder in Abhängigkeit von der zuvor ermittelten Masse (Schritt a) des obigen Verfahrens) zu befüllen.

Die vorrichtungsbezogene Aufgabe wird gemäß der Erfindung und bezogen auf die eingangs genannte Vorrichtung dadurch gelöst, dass die Ausgleichseinrichtung einen Vorratsbehälter umfasst, der mit dem Ringkanal flüssigkeitsdicht verbindbar ist, um Flüssigkeit zwischen dem Ringkanal und dem Vorratsbehälter auszutauschen. Der Vorratsbehälter kann auch als Ausgleichsbehälter fungieren.

Die Vorrichtung mit der Ausgleichseinrichtung ist insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geeignet. Diesbezüglich erwähnte Vorteile und Ausgestaltungen gelten für die Vorrichtung analog.

Vorzugsweise ist der Vorratsbehälter bezüglich des Ringkanals radial weiter innen liegend angebracht, um Auswirkungen eventueller Unwuchten im Vorratsbehälter zu minimieren.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Vorratsbehälter ringförmig ausgebildet, wobei der Vorratsbehälter vorzugsweise auf der Rotationsachse zentriert ist. Ein derartig ringförmiger Vorratsbehälter hat den Vorteil, dass bei einem Flüssigkeitsaustausch mit dem Ringkanal durch den veränderlichen Inhalt im Vorratsbehälter keine Unwucht erzeugt wird. Die verbleibende Flüssigkeit im Vorratsbehälter kann durch die Zentrifugalkraft nämlich gleichmäßig über den Umfang des Vorratsbehälters verteilt werden.

Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Ausgleichseinrichtung einen weiteren Vorratsbehälter, der ebenfalls mit dem Ringkanal flüssigkeitsdicht verbindbar ist und der vorzugsweise dem anderen Vorratsbehälter diametral gegenüber und insbesondere in gleichem radialen Abstand angeordnet ist. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass die zum Ausgleich der ermittelten Unwucht erforderliche Flüssigkeitsmenge, die in den Ringkanal zu transferieren ist, zu gleichen Teilen aus den beiden Vorratsbehältern entnehmbar ist, so dass auch hierbei durch den veränderlichen Inhalt in den beiden Vorratsbehältern keine nennenswerte Unwucht durch die Vorgänge in den – vorzugsweise ohnehin radial weiter innen liegenden – Vorratsbehältern erzeugt werden.

Bei nicht exakt diametral und in radial gleichem Abstand gegenüberliegenden Vorratsbehältern kann eine geringfügige Unwucht durch die Vorratsbehälter entstehen, die aber bei bekannter Position der beiden Vorratsbehälter von einem den automatischen Unwuchtausgleich steuernden Computer von vorneherein in die Berechnung der erforderlichen Ausgleichsmasse einbeziehbar ist, so dass im Ergebnis die festgestellte Unwucht dennoch vollständig beseitigbar ist.

Nach einer ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Ausgleichseinrichtung wenigstens einen weiteren Ringkanal auf, der konzentrisch zu dem ersten Ringkanal und in Richtung der Rotationsachse von dem ersten Ringkanal beabstandet angeordnet ist. Damit läßt sich nicht nur eine azimutale Unwucht der Vorrichtung, sondern auch eine in axialer Richtung auftretende Unwucht beseitigen.

Der eine Ringkanal und/oder jeder weitere Ringkanal kann als Ringrohr, als Ringröhre oder als – starrer oder teilflexibler – Ringschlauch ausgebildet sein.

Zwischen dem Ringkanal und dem Vorratsbehälter ist vorzugsweise ein Verschlusselement zur Unterbindung des Flüssig keitsaustausches zwischen dem Ringkanal und dem Vorratsbehälter angebracht. Das Verschlusselement ist insbesondere von einem den automatischen Unwuchtausgleich steuernden Computer aktivierbar.

Falls bei einer erneuten automatischen Wuchtung Flüssigkeit wieder aus dem Ringkanal herausgebracht werden muss, bestehen mehrere Möglichkeiten, wovon bevorzugte nachfolgend wiedergegeben werden:
Die Ausgleichseinrichtung kann ein von dem Ringkanal radial nach außen führendes Leitungsstück zur Abfuhr von Flüssigkeit aus dem Ringkanal aufweisen. Dies ist insbesondere bei horizontaler (realer oder virtueller) Rotationsachse, also bei vertikal stehendem Ringkanal, von Vorteil, weil bei einer Positionierung des nach außen führenden Leitungselements in seiner geodätisch tiefsten Position die Flüssigkeit den Ringkanal selbsttätig verläßt. Von dem nach außen führenden Leitungsstück kann die Flüssigkeit beispielsweise über ein weiteres Leitungsstück wieder in den Ausgleichsbehälter oder in einen der Ausgleichsbehälter zurückgeführt werden, insbesondere nachdem das nach außen führende, nunmehr mit Flüssigkeit gefüllte Leitungselement in eine geodätisch weiter oben liegende Position gebracht wird, von wo aus die Flüssigkeit selbsttätig in den Ausgleichsbehälter zurückläuft.

Alternativ oder zusätzlich kann der Ausgleichseinrichtung eine auf den Ringkanal einwirkbare Saugpumpe zur Abfuhr von Flüssigkeit aus dem Ringkanal zugeordnet sein.

Nach einer anderen ganz besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die Vorrichtung Mittel zum Ermitteln einer Unwucht und Mittel zum Berechnen einer die Unwucht ausgleichenden Masse und/oder einer Position dieser Masse auf. Die genannten Mittel können als funktionelle Gruppen in einem – bereits erwähnten – den automatischen Unwuchtausgleich steuernden Computer realisiert sein.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Ausgleichseinrichtung Feldmittel aufweist, mit welchen im Ringkanal ein elektrisches und/oder magnetisches Feld erzeugbar ist.

Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausgestaltungen betreffend die Feldmittel beschrieben:
Das Feld im Ringkanal ist vorzugsweise mit entlang des Ringkanals veränderlicher Stärke erzeugbar.

Ebenfalls bevorzugt umfassen die Feldmittel eine Vielzahl entlang des Ringkanals aufgereihter, gesondert mit Spannung beaufschlagbarer Elektroden, die vorzugsweise flächig am Ringkanal anliegen. Eine derart ausgestaltete Vorrichtung ist besonders zum Betrieb mit einer elektro-rheologischen Flüssigkeit geeignet.

Die Feldmittel können auch eine Vielzahl entlang des Ringkanals aufgereihter, gesondert mit Strom beaufschlagbarer Spulen umfassen. Diese Variante eignet sich besonders zum Betrieb mit einer magneto-rheologischen Flüssigkeit.

Allgemein gesagt umfassen die Feldmittel eine Aufreihung von gesondert aktivierbaren Feldelementen entlang des Ringkanals.

Die Spulen sind vorzugsweise jeweils um den Ringkanal gewickelt.

Im Hinblick auf eine bei zahlreichen Anwendungen geforderte Betriebssicherheit im Falle eines Ausfalles der die Feldmittel versorgenden Stromversorgung oder des zugehörigen Stromnetzes ist es von besonderem Vorteil, falls die Feldmittel eine Vielzahl entlang des Ringkanals aufgereihter Permanentmagnete umfassen. Ein lokal variables Beaufschlagen des Ringkanals mit einem veränderlichen Magnetfeld kann beispielswei se realisiert werden, indem die Permanentmagnete von den genannten Spulen magnetisierbar und/oder entmagnetisierbar sind.

Mehrere Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Vorrichtung nach der Erfindung werden nachfolgend anhand der 1 bis 9 näher erläutert. Es zeigen:
1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung in einem ersten Betriebszustand,
3 die Vorrichtung gemäß 2 in einem anderen Betriebszustand,
4 die Vorrichtung gemäß 2 und 3 in einem weiteren Betriebszustand,
5 ein drittes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung,
6 ein viertes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung,
7 ein fünftes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung,
8 ein Detail der vorgenannten Ausführungsbeispiele betreffend Mittel zur Erzeugung eines elektrischen Feldes und
9 ein Detail der vorgenannten Ausführungsbeispiele betreffend die Erzeugung eines magnetischen Feldes.
1 zeigt eine insgesamt mit Bezugszeichen 1 bezeichnete rotierbare Vorrichtung, hier im Besonderen ein Röntgen-Computertomographiegerät. Die Vorrichtung 1 umfasst als rotierbares Teil 2 ein Messsystem des Computertomographiegeräts, wobei dieser rotierbare Teil 2 in einem stationären Gehäuse 3 um eine virtuelle horizontale Rotationsachse 4 senkrecht zur Zeichenebene umlauffähig ist. Auf dem rotierbaren Teil 2 sind mehrere Komponenten angeordnet, nämlich eine Röntgenstrahlenquelle 5, ein der Röntgenstrahlenquelle 5 gegenüberliegender Röntgenstrahlungsdetektor 6 und eine nur schematisch angedeutete Kühleinrichtung 7 zur Abfuhr von Wärme, die von einer Röntgenröhre der Röntgenstrahlenquelle 5 im Betrieb des Computertomographiegeräts erzeugt wird. Im Betrieb des Computertomographiegeräts rotiert das Messsystem um die Drehachse 4, wobei ein von der Röntgenstrahlenquelle 5 ausgehendes fächerförmiges Röntgenstrahlenbündel 8 ein Messfeld 9 unter verschiedenen Projektionswinkeln durchdringt und auf den Strahlungsdetektor 6 trifft. Aus den dabei auftretenden Ausgangssignalen des Strahlungsdetektors 6 bildet ein Datenverarbeitungsgerät 10 Messwerte, die einem Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 11 des Computertomographen zugeführt sind. Der Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 11 berechnet daraus ein Bild von einem sich in dem Messfeld 9 befindenden, nicht explizit dargestellten Patienten. Das Datenverarbeitungsgerät 10 ist über eine Datenstrecke 12, die in nicht dargestellter Weise beispielsweise ein Schleifringsystem oder eine drahtlose optische Übertragungsstrecke enthält, mit dem Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 11 verbunden. Auch die elektrischen Anschlüsse der Röntgenstrahlenquelle 5 und des Strahlungsdetektors 6 können in an sich bekannter Weise über Schleifringe bewerkstelligt sein.
Um aus den Messwerten Bilder rekonstruieren zu können, ist an dem Gehäuse 3 des Computertomographen ein Positionsaufnehmer 13 angeordnet, der im Betrieb des rotierbaren Teils 2 die Position dieses Teils 2 relativ zum Gehäuse 3 erfasst und diese Information mittels einer Leitung 14 dem Steuerungs- und Bildverarbeitungsrechner 11 übermittelt.
Bei der Fertigung des Computertomographen entstehen in der Regel Unwuchten im rotierbaren Teil 2 sowohl radial als auch axial zur Drehachse 4, so dass das rotierbare Teil 2 und das Messsystem nicht exakt bezüglich ihrer Rotationsachse 4 rotieren. Derartige Unwuchten entstehen auch im Laufe des Betriebs des Computertomographen, beispielsweise durch Veränderungen des Kühlmittels in der Kühleinrichtung 7 oder durch Zubau oder Austausch elektronischer oder anderer Komponenten auf dem rotierbaren Teil 2. Derartige Unwuchten sind unerwünscht, da sie zu unscharfen, mit dem Computertomographen hergestellten Bildern oder auch zu einer Beschädigung der mechanischen Aufhängung führen.
Die Vorrichtung 1 weist als Mittel zum Ermitteln der Unwucht und als Mittel zum Berechnen einer die Unwucht ausgleichenden Masse und optional einer Position dieser Masse mehrere als Schwingbeschleunigungsaufnehmer ausgebildete Messaufnehmer 16 auf, die über Leitungen 17 mit dem Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 11 in Verbindung stehen. Einer der Messaufnehmer 16 erfasst während der Rotation des rotierbaren Teils 2 resultierende Schwingungen in radialer Richtung, wogegen ein anderer Messaufnehmer 16 die während der Rotation des rotierbaren Teils 2 sich in axialer Richtung ergebenden Schwingungen erfasst.
Dem Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 11, auf welchem eine Auswucht-Software installiert ist, ist über eine Leitung 19 ein Monitor 18 zugeordnet, auf welchem das Ergebnis einer Unwuchtermittlung anzeigbar ist. Zum Abspeichern eines solchen Ergebnisses ist ein Speicher 22 vorhanden.
Der Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 11 ermittelt die Unwucht des rotierbaren Teils 2 automatisch jedes Mal, wenn der Computertomograph 1 in Betrieb geht.
Hinsichtlich Einzelheiten der Mittel zum Ermitteln einer Unwucht und der Mittel zum Berechnen einer die Unwucht ausgleichenden Masse wird auf DE 101 08 065 A1 verwiesen, deren Offenbarungsgehalt in die vorliegende Anmeldung explizit miteinbezogen wird, insbesondere hinsichtlich der dort angegebenen Patentansprüche 1 bis 8.
Entlang des Umfangs des rotierbaren Teils 2 ist ein als biegsamer Schlauch ausgebildeter Ringkanal 31 angebracht, der dem Ausgleich einer in der 1 nicht explizit dargestellten Unwucht dient. Durch die Biegbarkeit des Ringschlauches ist es möglich, diesen um eine beispielhaft eingezeichnete Komponente 32 herumzulegen. Dies ist bei dem dargestellten Computertomographiegerät von besonderem Vorteil, weil hierbei auf dem rotierbaren Teil (Gantry) 2 eine Vielzahl elektrischer und mechanischer Komponenten angeordnet sein muss.
An dem rotierbaren Teil 2 sind ferner zwei mit einer rheologischen Flüssigkeit F gefüllte Vorratsbehälter 33, 35 angebracht. Diese liegen einander bezüglich der Rotationsachse 4 symmetrisch und in gleichem Abstand gegenüber. Die Vorratsbehälter 33, 35 liegen bezüglich des Ringkanals 31 radial weiter innen, so dass in vorteilhafter Weise eine eventuell durch die Vorratsbehälter 33, 35 erzeugte Unwucht von vorneherein gering gehalten wird. Bei exakt symmetrischer Ausführung der beiden Vorratsbehälter 33, 35 und bei deren symmetrischem Betrieb ist jedoch auch ein Montageort möglich, der radial bezüglich des Ringkanals 31 weiter außen liegt.
Die Vorratsbehälter 33, 35 stehen über von dem Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 11 hinsichtlich des Öffnens und Schließens betätigbare Verschlusselemente 37, 39 mit dem Ringkanal 31 in Verbindung, so dass zwischen den Vorratsbe hältern 33, 35 und dem Ringkanal ein Flüssigkeitsaustausch – beispielsweise getrieben von der Schwerkraft oder von der Zentrifugalkraft – stattfinden kann. Der Ringkanal 31 ist mittels eines als Ringspule ausgestalteten Feldmittels 41 im Inneren mit einem Magnetfeld beaufschlagbar, so dass eine in den Ringkanal 31 injizierte magneto-rheologische Flüssigkeit F dadurch verfestigbar ist. Die Ringspule ist entlang des gesamten Umfangs des Röntgenkanals 31 kontinuierlich um diesen herum gewickelt und über eine Leitung 43 mit dem Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 11 verbunden. Auf diese Weise ist in dem Ringkanal 31 ein entlang seines Umfangs weitestgehend homogenes Magnetfeld erzeugbar.
Der Ringkanal 31, die Vorratsbehälter 33, 35 mit ihren Verschlusselementen 37, 39 sowie die Feldmittel 41 bilden insgesamt eine Ausgleichseinrichtung 45 zur Verminderung der besagten Unwucht. Zur Verminderung der Unwucht wird zunächst mittels des Messaufnehmers 16 eine Masse m einer die Unwucht ausgleichenden Flüssigkeitsmenge ermittelt und die entsprechende Menge einer magneto-rheologischen Flüssigkeit F in den Ringkanal 31 zu gleichen Teilen aus den Vorratsbehältern 33, 35 heraus in den Ringkanal 31 eingebracht. Der rotierbare Teil 2 der Vorrichtung 1 wird dann in schnelle Rotation versetzt. Die Rotationsfrequenz wird mindestens bis zur Resonanzfrequenz erhöht, welche zuvor während eines Hochlaufens beispielsweise mittels der Messaufnehmer 16 ermittelt wurde. Ab der Resonanzfrequenz ändert sich die Phasenlage der als Flüssigkeit F eingebrachten Ausgleichsmasse gegenüber der Unwucht um 180° und die Ausgleichsmasse wandert selbsttätig an eine zum Ausgleich der Unwucht erforderliche azimutale Position, die im idealisierten Fall genau diametral gegenüber einer ermittelten (punktuellen) Unwuchtsmasse liegt. Nachdem dieser Prozess abgeschlossen ist, wird durch Beaufschlagen des Feldmittels 41 mit elektrischem Strom die Flüssigkeit F einem Magnetfeld ausgesetzt. Dabei wandelt sich die Flüssigkeit in eine gelatinöses, festeres Medium um ("härtet aus") und bleibt dauerhaft an der benötigten Position.
Die Vorrichtung 1 ist nun in einem ausgewuchteten Zustand und betriebsbereit.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung nach der Erfindung, bei welcher aus Gründen der besseren Darstellbarkeit im Wesentlichen nur noch die Ausgleichseinrichtung 45 gezeigt ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist anstelle von zwei Vorratsbehältern ein ringförmiger Vorratsbehälter 47 vorhanden, der radial bezüglich des als Ringrohr ausgebildeten Ringkanals 31 weiter innen, konzentrisch auf der Rotationsachse 4 angebracht ist und einen geringeren Durchmesser als der Ringkanal 31 aufweist. Der Vorratsbehälter 47 steht über ein in gleicher Weise wie die Verschlusselemente gemäß 1 funktionierendes Steuerventil oder Verschlusselement 49 mit dem radialsymmetrischen Ringkanal 31 in Verbindung.
Als Feldmittel 41 zur Beaufschlagung des Inneren des Ringkanals 31 mit einem elektrischen und/oder magnetischen Feld ist entlang des Umfangs des Ringkanals 31 eine Vielzahl gesondert ansteuerbarer Feldelemente 51 aufgereiht. Dadurch ist es möglich, das Feld im Ringkanal 31 mit entlang seines Verlaufs veränderlicher Stärke zu erzeugen. Die Feldelemente 51 sind beispielsweise als Elektromagnete bzw. als Kondensatoren ausgebildet und einzeln oder segmentweise schaltbar.
Zum Ausgleich einer schematisch angedeuteten idealisierten Unwucht 61 wird mittels des Messaufnehmers 16 und des dessen Daten auswertenden Computers 11 zunächst eine Masse m einer die Unwucht 61 ausgleichenden Flüssigkeitsmenge sowie auch die Position 63 dieser Flüssigkeitsmenge ermittelt. Anschließend wird der Vorratsbehälter 47 mit seinem Verschlusselement 49 in der geodätisch tiefstliegenden Stelle positioniert, so dass nach einem Öffnen des Verschlusselements 49 die Flüssigkeit F selbsttätig aus dem Vorratsbehälter 47 in den Ringkanal 31 fließt. Über eine Zeitsteuerung des Verschlusselements 49 wird dabei gewährleistet, dass die injizierte Flüssigkeitsmenge der zuvor ermittelten Masse m entspricht. Der Ringkanal 31 ist nur teilweise gefüllt. Zur Unterstützung der Flüssigkeitsinjektion kann eine nicht dargestellte Pumpe vorhanden sein, die vom Computer 11 gesteuert wird.
Als nächster Schritt wird – wie in 3 dargestellt – der rotierbare Teil 2 der Vorrichtung 1 derart positioniert, dass die in den Ringkanal 31 eingebrachte Flüssigkeit F selbsttätig an die ermittelte Position 63 fließt. Dies geschieht dadurch, dass die ermittelte Position 63 an die tiefste Stelle (6-Uhr-Position) gebracht wird. In diesem Zustand wird nun mittels der Feldmittel 41 die im Ringkanal 31 befindliche Flüssigkeit F mit einem elektrischen oder magnetischen Feld beaufschlagt. Hierbei genügt es, dass diejenigen Feldelemente 51a, 51b, 51c, 51d, 51e aktiviert werden, welche auf die Flüssigkeit F im Ringkanal 31 einwirken können. Durch die Feldeinwirkung verfestigt sich die Flüssigkeit F an der gewünschten Stelle. Dabei ist es über die genaue Anzahl der aktivierten Feldelemente als zusätzlicher Freiheitsgrad möglich, die Menge der ausgleichenden Flüssigkeit noch genau abzustimmen. Beispielsweise könnte nach einem Testlauf die Steuerungs-Software entscheiden, die randseitigen Elemente 51a, 51e abzuschalten, so dass vor dem nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung 1 ein verbliebener nicht verfestigter Anteil der Flüssigkeit F aus dem Ringkanal 31 entfernbar ist. Hierzu kommen beispielsweise die im Zusammenhang mit 7 beschriebenen Vorgehensweisen in Frage.
Nachdem in dem in 3 beschriebenen Zustand die Feldelemente 51a bis 51e aktiviert wurden, ist die Vorrichtung 1 betriebsbereit.
Im nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung 1, wie er in 4 dargestellt ist, bleiben die Feldelemente 51a bis 51e aktiviert und der rotierbare Teil 2 ist in schnelle Rotation versetzt. Die eingebrachte Flüssigkeit F bleibt dabei stets an der zuvor ermittelten Position 63, also diametral gegenüber der Unwucht 61. Die Vorrichtung 1 ist ausgewuchtet.
Alternativ zu der vorstehend beschriebenen Vorgehensweise, bei welcher die Flüssigkeit F im Wesentlichen durch die 6-Uhr-Position azimutal positioniert wurde, ist auch eine durch die Zentrifugalkraft gestützte Vorgehensweise möglich: Hierbei wird, nachdem die Flüssigkeit F in großer Menge in den Ringkanal 31 eingebracht wurde und dieser beispielsweise ganz oder fast ganz gefüllt ist, der rotierbare Teil 2 derart in Rotation versetzt, dass sich die eingebrachte Flüssigkeit F infolge der Zentrifugalkraft gleichmäßig entlang des Ringkanals 31 verteilt. Da zuvor – wie bei der ersten Vorgehensweise beschrieben, die zum Ausgleich nötige Masse m, aber auch die Position 63 dieser Masse m ermittelt wurde, an welcher die Flüssigkeit zu verfestigen ist und im nachfolgenden Dauerbetrieb zu verbleiben hat, können nun die an dieser Position 63 befindlichen Feldelemente 51a bis 51e selektiv aktiviert werden. Die über den Umfang des Ringkanals 31 verteilte Flüssigkeit F wird dann nur in einem bestimmten Sektor verfestigt. Dabei kann der Steuerungscomputer 11 ermitteln, wieviele von den Feldelementen 51a bis 51e aktiviert werden müssen, um ein bestimmtes Wirkvolumen des Feldes zu erreichen und somit die gewünschte zuvor bestimmte Masse m der Flüssigkeit F zu verfestigen. Alternativ oder zusätzlich ist auch die Stärke der Aktivierung der einzelnen Feldelemente zur Auswahl der gewünschten Flüssigkeitsmenge m heranziehbar.
Nach derart lokaler Verfestigung der Flüssigkeit F wird vor dem nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung 1 der an den nicht aktivierten Umfangsstellen des Ringkanals 31 verbliebene nicht verfestigte Anteil der Flüssigkeit F aus dem Ringkanal 31 entfernt. Danach ist die Vorrichtung 1 ausgewuchtet und betriebsbereit.
Bei dem in 5 dargestellten dritten Ausführungsbeispiel (Darstellung nur in Schnittebene parallel zur Rotationsebene) einer Vorrichtung 1 nach der Erfindung ist zusätzlich zu dem ersten Ringkanal 31 ein weiterer Ringkanal 71 gleichen Durchmessers vorhanden, der konzentrisch zu dem ersten Ringkanal 31 und in Richtung der Rotationsachse 4 von diesem beabstandet angeordnet ist. Der Vorratsbehälter 47 ist bei diesem Beispiel, wie auch bei dem Beispiel gemäß den 2 bis 4, als Hohlzylinderring ausgebildet. Er steht über gesonderte Verschlusselemente 49, 73 mit dem jeweiligen Ringkanal 31 bzw. 71 in Verbindung. Die Anordnung mehrerer Ringkanäle 31, 71 hat den Vorteil, dass – neben einer azimutalen Unwucht – auch eine in Richtung der Rotationsachse 4 auftretende axiale Unwucht ausgleichbar ist. Voraussetzung hierfür ist, dass der Messaufnehmer 16 (siehe 1) zur Ermittlung von Unwuchten in beiden Richtungen ausgebildet ist, beispielsweise durch zwei gesonderte Sensoren.
Jedem der Ringkanäle 31, 71 ist eine Reihe 75 bzw. 77 von entlang des Umfangs des jeweiligen Ringkanals 31 bzw. 71 aufgereihten Feldelementen zugeordnet (siehe 2 bis 4).
Im Übrigen ist das Ausführungsbeispiel gemäß 5 weitgehend mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2 bis 4 identisch.
Eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß 5 ist mit einem vierten Ausführungsbeispiel in 6 dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind insgesamt fünf Ringkanäle 31, 71, 81, 83, 85 in Richtung der Rotationsachse 4 lückenlos nebeneinander angeordnet. Jeder der Ringkanäle 31, 71, 81, 83, 85 steht über ein gesondertes, gesondert ansteuerbares Verschlusselement mit dem ringförmigen Ausgleichsbehälter 47 in Verbindung. Außerdem ist jedem Ringkanal 31, 71, 81, 83, 85 eine gesonderte Reihe von Feldelementen 75, 77, 87, 89, 91 zugeordnet. Mit der Ausgleichsvorrichtung 45 gemäß 6 ist ein besonders feines Auswuchten möglich.
In den 5 und 6 ist jeweils im wesentlichen nur die Ausgleichsvorrichtung 45 der Vorrichtung 1 dargestellt.
Bei dem in 7 dargestellten fünften Ausführungsbeispiel, das in großen Teilen mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den 2 bis 5 identisch ist, sind zunächst zwei alternative oder parallele Möglichkeiten zum Entfernen überschüssiger Flüssigkeit F im Ringkanal 31 gezeigt:

a) Von dem Ringkanal 31 führt ein Leitungselement 95 radial nach außen in einen Abflussbehälter 96. In der gezeichneten Position des rotierbaren Teils 2 würde somit eine im Ringkanal 31 befindliche Flüssigkeit F unter dem Einfluss der Schwerkraft in das Leitungselement 95 und den Abflussbehälter 96 fließen. Nachdem dies geschehen ist, wird das rotierbare Teil 2 um 180° gedreht, so dass der Abflussbehälter 96 in der 12-Uhr-Position zu liegen kommt. In dieser Position fließt die im Abflussbehälter 96 befindliche Flüssigkeit selbsttätig unter dem Einfluss der Schwerkraft durch eine Leitungsverbindung 97 zurück in den Vorratsbehälter 47. Um diesen Betriebsmodus zu gewährleisten, sind von dem Computer 11 ansteuerbare Ventile 98, 99, 100 vorhanden.
b) An den Ringkanal 31 kann eine der Vorrichtung 1 zugeordnete Vakuumpumpe oder Saugpumpe 101 angeschlossen oder anschließbar sein, mit Hilfe deren die überschüssige Flüssigkeit F aus dem Ringkanal 31 entfernbar ist.

In den 8 und 9 sind mögliche Ausführungen der Feldelemente 51 wiedergegeben, wie sie in den 2 bis 7 dargestellt sind.
Gemäß 8 besteht jedes der als Feldmittel 41 dienenden und entlang des Ringkanals 31 bzw. 71, 81, 83, 85 aufgereihten Feldelemente 51 aus zwei jeweils gesondert mit elektrischer Spannung beaufschlagbaren Elektroden 103, 104. Die an die Außenkontur des Ringschlauchs oder Ringrohres formmäßig angepassten Elektroden 103, 104 sind möglichst großflächig und die Außenoberfläche des Ringrohres oder Ringschlauches möglichst umfassend bedeckend ausgebildet. Die Beaufschlagung der Elektroden 103, 104 mit elektrischer Spannung geschieht gesteuert vom Computer 11.
Gemäß 9 sind die Feldelemente 51 zur Beaufschlagung der Flüssigkeit F mit einem Magnetfeld ausgebildet. Jedes der Elemente 51 umfasst eine um den Ringschlauch oder die Ringröhre gewickelte Spule 105 mit mehreren Windungen. Die Beaufschlagung jeder Spule 105 geschieht gesteuert durch den Computer 11.
Um eine Wiederverflüssigung der in den Ringkanal 31, 71, 81, 83, 85 eingebrachten Flüssigkeit F bei Ausfall des Stromnetzes oder der Stromversorgung oder bei Unterbrechung der stromzuführenden Leitungen zu vermeiden, ist es vorteilhaft, jedes der Feldelemente 51 einen gesonderten Permanentmagneten 106 und eine hierauf wirkende gesonderte Spule 108 umfassend aufzubauen. Diese Variante ist in 7 angedeutet. Jede der Spulen 108 ist derart ausgebildet, dass hiervon der zugehörige Permanentmagnet 106 magnetisierbar und entmagnetisierbar ist.

Claims

Verfahren zur Verminderung einer Unwucht (61) an einer um eine Rotationsachse (4) rotierbaren Vorrichtung (1), wobei die Vorrichtung (1) einen flüssigkeitsbefüllbaren, auf der Rotationsachse (4) zentrierten Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass a) eine Masse (m) einer die Unwucht (61) ausgleichenden Flüssigkeitsmenge ermittelt wird, b) in den Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) eine magneto-rheologische und/oder eine elektro-rheologische Flüssigkeit (F) in einer Menge eingebracht wird, so dass für den nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung (1) eine von der ermittelten Masse (m) abhängige Menge an Flüssigkeit (F) im Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) vorhanden ist, und c) für den nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung (1) die Viskosität der eingefüllten Flüssigkeit (F) durch Einwirkung eines elektrischen und/oder magnetischen Feldes erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die magneto-rheologische bzw. elektro-rheologische Flüssigkeit (F) in einem elektrischen und/oder in einem magnetischen Feld polarisierbare Partikel enthält.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte a) bis c) während der Betriebszeit, der Lebensdauer, der Standzeit oder der Verfügbarkeitszeit der Vorrichtung (1) wiederholt werden, um eine zwischenzeitlich veränderte Unwucht (61) auszugleichen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) in derart schnelle Rotation versetzt wird, insbesondere mit einer Rotationsfrequenz oberhalb der Resonanzfrequenz, dass sich die in den Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) eingebrachte Flüssigkeit (F) selbstätig an eine zum Ausgleich der Unwucht (61) erforderliche azimuthale Position bewegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu der Masse (m) auch eine Position der die Unwucht (61) ausgleichenden Flüssigkeitsmenge ermittelt wird, und dass die in den Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) eingebrachte Flüssigkeit (F) unter Verwendung der ermittelten Position in azimuthaler Richtung im Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) positioniert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer nicht-vertikalen Rotationsachse (4) der rotierbaren Vorrichtung (1) die eingebrachte Flüssigkeit (F) an die ermittelte Position gebracht wird, indem die Vorrichtung (1) derart positioniert wird, dass sie mit der ermittelten Position in der geodätisch tiefsten Stelle zu liegen kommt, so dass sich die eingebrachte Flüssigkeit (F) dort sammelt.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass – die eingebrachte Flüssigkeit (F) entlang des Ringkanals (31; 71; 81, 83, 85) verteilt wird, vorzugsweise Zentrifugalkraft-getrieben bei in Rotation versetzter Vorrichtung (1) und/oder – insbesondere druckgetrieben – durch weitestgehend vollständiges Befüllen des Ringkanals (31; 71; 81, 83, 85), und – die eingebrachte Flüssigkeit (F) an der ermittelten Position durch Einwirkung des elektrischen bzw. magnetischen Feldes lokal verfestigt wird, wobei das Feld in einer der ermittelten Masse (m) äquivalenten Stärke und/ oder mit einem der ermittelten Masse (m) äquivalenten Wirkvolumen auf die Flüssigkeit (F) einwirkt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass nach lokaler Verfestigung der Flüssigkeit (F) und vor dem nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung (1) ein verbliebener nicht verfestigter Anteil der Flüssigkeit (F) aus dem Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) entfernt wird.
Rotierbare Vorrichtung (1) mit einer Ausgleichseinrichtung (45) zur Verminderung einer Unwucht (61), wobei die Ausgleichseinrichtung (45) einen flüssigkeitsbefüllbaren, auf der Rotationsachse (4) zentrierten ersten Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung (45) einen Vorratsbehälter (33, 35; 47) umfasst, der mit dem Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) flüssigkeitsdicht verbindbar ist, um Flüssigkeit (F) zwischen dem Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) und dem Vorratsbehälter (33, 35; 47) auszutauschen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (33, 35; 47) bezüglich des Ringkanals (31; 71; 81, 83, 85) radial weiter innen liegend angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorratsbehälter (47) ringförmig ausgebildet ist, wobei der Vorratsbehälter (47) vorzugsweise auf der Rotationsachse (4) zentriert ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung (45) einen weiteren Vorratsbehälter (35) umfasst, der ebenfalls mit dem Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) flüssigkeitsdicht verbindbar ist und vorzugsweise dem anderen Vorratsbehälter (33) diametral gegenüber angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung (45) wenigstens einen weiteren Ringkanal (71; 81, 83, 85) aufweist, der konzentrisch zu dem ersten Ringkanal (31) und in Richtung der Rotationsachse (4) von dem ersten Ringkanal (31) beabstandet angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) als Ringrohr, als Ringröhre oder als Ringschlauch ausgebildet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) und dem Vorratsbehälter (33, 35; 47) angebrachtes Verschlusselement (37, 39; 49; 73) zur Unterbindung des Flüssigkeitsaustausches zwischen dem Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) und dem Vorratsbehälter (33, 35; 47).
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung (45) ein von dem Ringkanal (31) radial nach außen führendes Leitungselement (95) zur Abfuhr von Flüssigkeit (F) aus dem Ringkanal (31) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung (45) eine auf den Ringkanal (31) einwirkbare Saugpumpe (101) zur Abfuhr von Flüssigkeit (F) aus dem Ringkanal (31) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 17, gekennzeichnet durch Mittel zum Ermitteln einer Unwucht und Mittel zum Berechnen einer die Unwucht ausgleichenden Masse und/oder einer Position dieser Masse.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichseinrichtung (45) Feldmittel (41) aufweist, mit welchen im Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) ein elektrisches und/ oder magnetisches Feld erzeugbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Feld im Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) mit entlang des Ringkanals (31; 71; 81, 83, 85) veränderlicher Stärke erzeugbar ist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldmittel (41) eine Vielzahl entlang des Ringkanals (31; 71; 81, 83, 85) aufgereihter, gesondert mit Spannung beaufschlagbarer Elektroden (103, 104) umfassen, die vorzugsweise flächig am Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) anliegen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldmittel (41) eine Vielzahl entlang des Ringkanals (31; 71; 81, 83, 85) aufgereihter, gesondert mit Strom beaufschlagbarer Spulen (105; 108) umfassen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (105) jeweils um den Ringkanal (31; 71; 81, 83, 85) gewickelt sind.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Feldmittel (41) eine Vielzahl entlang des Ringkanals (31; 71; 81, 83, 85) aufgereihter Permanentmagnete (106) umfassen.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 22 und 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Permanentmagnete (106) von den Spulen (108) magnetisierbar und/oder entmagnetisierbar sind.
Verwendung einer elektro-rheologischen Flüssigkeit (F) zur Verminderung einer Unwucht an einer rotierbaren Vorrichtung (1).
Verwendung nach Anspruch 26, wobei die Flüssigkeit (F) eine Basisflüssigkeit aufweist, in welcher in einem elektrischem Feld polarisierbare Partikel verteilt sind.
Verwendung nach Anspruch 26 oder 27, wobei die Flüssigkeit (F) als – vorzugsweise nicht-kolloidale – Suspension ausgebildet ist.
Verwendung nach Anspruch 27 oder 28, wobei die Partikel eine Größe aus dem Bereich von 0,1 μm bis 100 μm aufweisen.
Verwendung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, wobei die Partikel überwiegend aus einem Zeolith, einer Elektrokeramik, einem elektronenleitenden Polymer, einem beschichteten Metall, aus Zellulose und/ oder aus Stärke bestehen.
Verwendung nach einem der Ansprüche 27 bis 30, wobei die Basisflüssigkeit überwiegend aus einem chlorierten Kohlenwasserstoff und/ oder einem – insbesondere synthetischen oder silicon-basierten – Öl besteht.