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Die
Erfindung liegt auf dem Gebiet der Verminderung, insbesondere Vermeidung,
von Unwuchten bei rotierbaren Gegenständen oder Vorrichtungen.
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Verwendung einer elektrorheologischen
Flüssigkeit
zur Verminderung einer Unwucht an einer rotierbaren Vorrichtung.
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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.
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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.
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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.
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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 A1,
US 5,460,017
A ,
DE 35 09
089 A1 oder
US 4,075,909 .
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Aus
DE-PS 695 245 ist ein Verfahren zum selbsttätigen Auswuchten eines umlaufenden
Maschinenteils bekannt, bei dem in einen mit dem Maschinenteil umlaufenden
Hohlkörper
ein erhärtbarer Stoff
gefüllt
wird. Dabei wird vorgeschlagen zum Zweck des selbsttätigen Massenausgleiches
einen erhärtbaren
Stoff zu verwenden, der beim Auswuchtvorgang durch Wärmezufuhr
leicht in den flüssigen Zustand
versetzbar ist und sich dann selbsttätig an eine zum Ausgleich der
Unwucht erforderliche Stelle im Hohlkörper bewegt.
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In
DE 40 20 554 A1 ist
eine Vorrichtung zum Ausgleichen der Unwucht des Waschgutes beim Schleudern
in programmgesteuerten Trommelwaschmaschinen beschrieben, deren
Waschtrommel mit Kammern versehen ist, die mit je einer an ihrer rückwärtigen Stirnseite
angeordneten Zuführungsrinne
in Verbindung stehen, denen zum Auswuchten der Waschtrommel getrennt
Flüssigkeit
zuführbar
ist. Die Kammern sind radial mit einer Auswuchtflüssigkeit füllbar.
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Aus
DE 31 02 726 A1 ist
eine Einrichtung zur Änderung
einer Exzentrizität
einer Welle insbesondere zum dynamischen Auswuchten bekannt, bei
der fließfähiges oder
schüttfähiges Material,
insbesondere Flüssigkeit,
in Behältern
angeordnet und über
Auslässe
sowie ein Strömungssteuerorgan
selektiv ab gelassen werden kann, um so das Wuchtverhalten der Welle
zu ändern.
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In
DE-PS 719 582 ist eine Einrichtung
zum selbsttätigen
Auswuchten beschrieben, bei der in einen Ringraum einer Maschine
bei überkritischen Drehzahlen
der Maschine Wasser zum Auswuchten eingefüllt wird.
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Aus
DE 33 09 387 A1 ist
eine Vorrichtung zum automatischen Auswuchten von Rotationskörpern bekannt,
wobei am Rotationskörper
ein mit Flüssigkeit
gefülltes
Ringrohr mit mehreren symmetrisch angeordneten Ausgleichsräumen vorgesehen
ist, deren Volumen jeweils veränderbar
ist.
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In
WO 01/98745 A1 ist ein Verfahren zum Ausgleich einer Unwucht beschrieben,
bei dem in einer Flüssigkeit
gelöste
Schwermetall-Salzionen, z.B. Quecksilber-Salzionen verwendet werden,
welche unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes umverteilt werden.
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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.
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Magneto-rheologische
und elektro-rheologische Flüssigkeiten
sind beispielsweise beschrieben in
EP 1 219 849 A2 ,
EP 0 644 253 A2 ,
DE 40 26 881 A1 oder
in
DE 41 31 142 A1 .
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.
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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",
Jahrgang 32, 2001, Seiten 122 – 127: „Ferrofluide – ihre Grundlagen
und Anwendungen".
Ferrofluide werden häufig
als Dichtmittel eingesetzt.
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In
DE 32 48 085 A1 ist
ein Verfahren zum Auswuchten von rotationssymmetrischen Teilen während der
Rotation beschrieben, bei dem ein magnetisches Fluid verwendet wird.
Durch Veränderung
eines Magnetfeldes wird die Massenverteilung des magnetischen Fluids
gesteuert und die Unwucht kompensiert.
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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.
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Eine
Vorrichtung, welche zum Auswuchten Gebrauch von einem Fluid machte,
dessen Viskosität mit
einem Magnetfeld variiert werden kann, ist in
US 3 336 818 beschrieben.
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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 Aggregatzustand verbleibt,
erfüllt
außerdem
für viele
Anwendungen nicht die Anforderungen an die Betriebssicherheit, beispielsweise
gegenüber Restvibrationen
oder Erschütterungen,
oder gar Auslaufen bei einer Störung.
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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.
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Auch
die in
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.
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Selbst
falls man entgegen der in
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.
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Aus
US 2 836 083 ist es schließlich bekannt zur
Erhöhung
der Viskosität
einer Ausgleichsflüssigkeit
im ausgewuchteten Zustand eine thixotrope Flüssigkeit zu verwenden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit
welchem ein automatischer Unwuchtausgleich über einen großen Dynamikbereich,
das heißt,
bei einer über
einen großen Bereich
als variabel angenommenen Unwucht, durchführbar ist.
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Diese
Aufgabe wird gemäß der Erfindung
gelöst
durch die Verwendung einer elektro-rheologischen Flüssigkeit
zur Verminderung einer Unwucht an einer rotierenden Vorrichtung.
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Die
elektro-rheologische Flüssigkeit
weist beispielsweise eine Basisflüssigkeit auf, in welcher in einem
elektrischen Feld polarisierbare Partikel verteilt sind.
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Die
elektro-rheologische Flüssigkeit
ist insbesondere als – vorzugsweise
nicht-kolloidale – Suspension
ausgebildet.
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Polarisierbare
elektro-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.
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Vorzugsweise
weist die elektro-rheologische Flüssigkeit keine ferromagnetischen
Eigenschaften auf. Die Partikel, deren Dipolmoment beispielsweise erst
unter dem Einfluss des elektrischen 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.
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Die
Basisflüssigkeit
besteht vorzugsweise überwiegend
aus einem chlorierten Kohlenwasserstoff und/oder einem – insbesondere
synthetischen oder silicon-basierten – Öl. Sie kann zusätzlich Additive
enthalten.
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Die
Verwendung von elektro-rheologischen Flüssigkeiten ist für den praktischen
Betrieb – im
Vergleich zu magnetorheologischen Flüssigkeiten – für viele Anwendungen besonders
vorteilhaft, weil die notwendigen elektrischen Felder besonders
einfach erzeugbar sind und nur geringer Stromverbrauch entsteht.
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Die
oben genannte Aufgabe wird gemäß der Erfindung
bei dem eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, dass
- – eine Masse
einer die Unwucht ausgleichenden Flüssigkeitsmenge ermittelt wird,
- – in
den Ringkanal die 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,
- – die
Flüssigkeit
eine elektro-rheologische Flüssigkeit
ist, und
- – für den nachfolgenden
Betrieb der Vorrichtung die Viskosität der eingefüllten elektro-rheologischen
Flüssigkeit
durch Einwirkung eines elektrischen Feldes erhöht wird.
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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.
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Unter
einem Flüssigkeitsaustausch
wird in Zusammenhang mit der Erfindung sowohl eine Flüssigkeitszufuhr
als auch eine Flüssigkeitsabfuhr
in den Ringkanal bzw. aus diesem heraus verstanden.
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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.
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Nach
einer bevorzugten Ausführungsform enthält die elektrorheologische
Flüssigkeit
Partikel, die in einem elektrischen Feld polarisierbar sind. Eine derartige
elektro-rheologische Flüssigkeit
ist für
den Rotationsbetrieb der Vorrichtung besonders gut stabilisierbar
und außerdem
besonders definiert und gezielt an einer bestimmten Umfangsposition
fixierbar.
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Nach
einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden während der
Betriebszeit, der Lebensdauer, der Standzeit oder der Verfügbarkeitszeit der
Vorrichtung die Schritte zur Verminderung der Unwucht wiederholt,
um eine zwischenzeitlich veränderte
Unwucht auszugleichen.
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Das
Verfahren nach der Erfindung eignet sich sowohl für eine Betriebsweise,
bei welcher sich die elektro-rheologische Flüssigkeit selbsttätig in eine
zum Ausgleich der Unwucht erforderliche azimutale Position bewegt,
als auch für
eine Betriebsweise, bei welcher die elektro-rheologische Flüssigkeit
aktiv an einer zum Ausgleich der Unwucht erforderlichen, zuvor ermittelten
Position positioniert wird.
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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 elektro-rheologische Flüssigkeit
selbsttätig
an eine zum Aus gleich der Unwucht erforderliche azimutale Position bewegt.
Bei dieser Betriebsweise kann das elektrische 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.
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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 elektro-rheologischen Flüssigkeit
ermittelt, und es wird die in den Ringkanal eingebrachte elektro-rheologische
Flüssigkeit
unter Verwendung der ermittelten Position in azimutale Richtung
im Ringkanal positioniert, das heißt insbesondere fixiert.
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Nachfolgend
werden drei Varianten beschrieben, gemäß derer die eingebrachte elektro-rheologische
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 elektro-rheologische
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 elektrorheologische Flüssigkeit
dort sammelt. Der Ringkanal ist also hierbei nur teilweise mit Flüssigkeit
gefüllt,
wobei vorzugsweise nur eine Flüssigkeitsmenge
entsprechend der zuvor ermittelten Masse injiziert wird.
Das
Einschalten des Feldes für
den nachfolgenden Rotationsbetrieb der Vorrichtung kann bei dieser
Variante lo kal 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, elektro-rheologischen Flüssigkeit im Ringkanal geschaffen
wird. Schon bei geringem Rechenaufwand sind damit präzise Ergebnisse
möglich.
Andererseits kann man – insbesondere
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 elektro-rheologische
Flüssigkeit
infolge der Zentrifugalkraft entlang des Ringkanals verteilt wird.
Die eingebrachte elektro-rheologische Flüssigkeit wird dann an der ermittelten
Position durch Einwirkung des elektrischen Feldes lokal verfestigt,
wobei das Feld in einer der ermittelten Masse äquivalenten Stärke und/oder
mit einem der ermittelten Masse äquivalenten
Wirkvolumen auf die elektro-rheologische 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
der elektro-rheologischen Flüssigkeit
gefüllt
wird. Die lokale Verfestigung geschieht dann wie unter ii).
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Nach
einer anderen bevorzugten Weiterbildung wird nach lokaler Verfestigung
der elektro-rheologischen Flüssigkeit
und vor dem nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung ein verbliebener
nicht verfestigter Anteil der elektro-rheologischen Flüssigkeit
aus dem Ringkanal entfernt. Es kann also zunächst eine Übermenge an elektro-rheologischer
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.
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Im
Hinblick auf den nötigen
Bauraum eines evtl. Vorratsbehälters,
aus dem die elektro-rheologische 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 zu befüllen.
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Eine
Vorrichtung zur Ausführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
umfasst eine Ausgleichseinrichtung mit einem Vorratsbehälter, der
mit dem Ringkanal flüssigkeitsdicht
verbindbar ist, um die elektro-rheologische Flüssigkeit zwischen dem Ringkanal
und dem Vorratsbehälter
auszutauschen. Der Vorratsbehälter
kann auch als Ausgleichsbehälter fungieren.
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Vorzugsweise
ist der Vorratsbehälter
bezüglich
des Ringkanals radial weiter innen liegend angebracht, um Auswirkungen
eventueller Unwuchten im Vorratsbehälter zu minimieren.
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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 elektro-rheologische
Flüssigkeit
im Vorratsbehälter
kann durch die Zentrifugalkraft nämlich gleichmäßig über den
Umfang des Vorratsbehälters
verteilt werden.
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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.
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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.
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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.
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Der
eine Ringkanal und/oder jeder weitere Ringkanal kann als Ringrohr,
als Ringröhre
oder als – starrer
oder teilflexibler – Ringschlauch
ausgebildet sein.
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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.
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Falls
bei einer erneuten automatischen Wuchtung elektrorheologische 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 elektrorheologischer 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 elektro-rheologische Flüssigkeit den Ringkanal selbsttätig verläßt. Von
dem nach außen
führenden
Leitungsstück
kann die elektro-rheologische 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 elektrorheologischer Flüssigkeit
gefüllte Leitungselement
in eine geodätisch
weiter oben liegende Position gebracht wird, von wo aus die elektro-rheologische
Flüssigkeit
selbsttätig
in den Ausgleichsbehälter
zurückläuft.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann der Ausgleichseinrichtung eine auf den Ringkanal einwirkbare
Saugpumpe zur Abfuhr elektro-rheologischer Flüssigkeit aus dem Ringkanal
zugeordnet sein.
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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 Mit tel können als funktionelle Gruppen
in einem – bereits
erwähnten – den automatischen
Unwuchtausgleich steuernden Computer realisiert sein.
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Eine
besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Ausgleichseinrichtung
Feldmittel aufweist, mit welchen im Ringkanal ein elektrisches Feld
erzeugbar ist.
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Nachfolgend
werden besonders bevorzugte Ausgestaltungen betreffend die Feldmittel
beschrieben:
Das elektrische Feld im Ringkanal ist vorzugsweise mit
entlang des Ringkanals veränderlicher
Stärke
erzeugbar.
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Ebenfalls
bevorzugt umfassen die Feldmittel eine Vielzahl entlang des Ringkanals
aufgereihter, gesondert mit Spannung beaufschlagbarer Elektroden,
die vorzugsweise flächig
am Ringkanal anliegen zum Betrieb mit der elektro-rheologischen
Flüssigkeit.
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Bei
einem nicht zur Erfindung gehörenden Betrieb
mit einer magneto-rheologischen Flüssigkeit können die Feldmittel auch eine
Vielzahl entlang des Ringkanals aufgereihter, gesondert mit Strom
beaufschlagbarer Spulen umfassen.
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Allgemein
gesagt umfassen die Feldmittel eine Aufreihung von gesondert aktivierbaren
Feldelementen entlang des Ringkanals.
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Die
genannten Spulen sind vorzugsweise jeweils um den Ringkanal gewickelt.
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Im
Hinblick auf eine bei zahlreichen Anwendungen geforderte Betriebssicherheit
im Falle eines Ausfalles der die Spulen versorgenden Stromversorgung
oder des zugehörigen
Stromnetzes ist es von besonderem Vorteil, wenn an Stelle der Spulen
eine Vielzahl entlang des Ringkanals aufgereihte Permanentmagnete
vorgesehen sind. Ein lokal variables Beaufschlagen des Ring kanals
mit einem veränderlichen
Magnetfeld kann beispielsweise realisiert werden, indem die Permanentmagnete
von den genannten Spulen magnetisierbar und/oder entmagnetisierbar
sind.
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Mehrere
Beispiele einer zur Durchführung des
Verfahrens geeigneten Vorrichtung werden nachfolgend anhand der 2 bis 8 näher erläutert. Die 1 und 9 zeigen,
soweit auf eine magneto-rheologische Flüssigkeit Bezug genommen wird,
nicht zur Erfindung gehörende
Vorrichtungen. Es zeigen:
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1 ein
erstes Beispiel einer Vorrichtung,
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2 ein
zweites Beispiel einer Vorrichtung in einem ersten Betriebszustand,
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3 die
Vorrichtung gemäß 2 in
einem anderen Betriebszustand,
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4 die
Vorrichtung gemäß 2 und 3 in
einem weiteren Betriebszustand,
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5 ein
drittes Beispiel einer Vorrichtung,
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6 ein
viertes Beispiel einer Vorrichtung,
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7 ein
fünftes
Beispiel einer Vorrichtung,
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8 ein
Detail der vorgenannten Beispiele betreffend Mittel zur Erzeugung
eines elektrischen Feldes und
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9 ein
Detail der vorgenannten Beispiele betreffend die Erzeugung eines
magnetischen Feldes.
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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
Strahlungsdetektor 6 für
Röntgenstrahlen
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 Rotationsachse 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.
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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 Bildverarbeitungscomputer 11 übermittelt.
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Bei
der Fertigung des Computertomographen entstehen in der Regel Unwuchten
im rotierbaren Teil 2 sowohl radial als auch axial zur
Rotationsachse 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 oderanderer 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.
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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.
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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.
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Der
Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 11 ermittelt
die Unwucht des rotierbaren Teils 2 automatisch jedes Mal,
wenn der Computertomograph in Betrieb geht.
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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.
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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.
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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.
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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 Vorratsbehältern 33, 35 und
dem Ringkanal 31 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 nicht zum
Umfang der Erfindung gehörenden
Magnetfeld beaufschlagbar, so dass eine in den Ringkanal 31 injizierte
nicht zum Umfang der Erfindung gehörende magnetorheologische Flüssigkeit
(F) dadurch verfestigbar ist. Die Ringspule ist entlang des gesamten Umfangs
des Ringkanals 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.
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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.
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Die
Vorrichtung 1 ist nun in einem ausgewuchteten Zustand und
betriebsbereit.
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2 zeigt
ein zweites Beispiel einer Vorrichtung, 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.
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Als
Feldmittel 41 zur Beaufschlagung des Inneren des Ringkanals 31 mit
einem elektrischen 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 Kondensatoren
ausgebildet und einzeln oder segmentweise schaltbar.
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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 elektro-rheologischen 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
elektro-rheologische 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 Steuerungs-
und Bildverarbeitungscomputer 11 gesteuert wird.
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Als
nächster
Schritt wird – wie
in 3 dargestellt – der rotierbare Teil 2 der
Vorrichtung 1 derart positioniert, dass die in den Ringkanal 31 eingebrachte
elektro-rheologische 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 elektro-rheologische Flüssigkeit F
mit einem elektrischen Feld beaufschlagt. Hierbei genügt es, dass
diejenigen Feldelemente 51a, 51b, 51c, 51d, 51e aktiviert
werden, welche auf die elektro-rheologische Flüssigkeit F im Ringkanal 31 einwirken
können.
Durch die Feldeinwirkung verfestigt sich die elektro-rheologische
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 elektro-rheologischen Flüssigkeit
F aus dem Ringkanal 31 entfernbar ist. Hierzu kommen beispielsweise
die im Zusammenhang mit 7 beschriebenen Vorgehensweisen
in Frage.
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Nachdem
in dem in 3 beschriebenen Zustand die
Feldelemente 51a bis 51e aktiviert wurden, ist
die Vorrichtung 1 betriebsbereit.
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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 elektro-rheologische Flüssigkeit F bleibt dabei stets an
der zuvor ermittelten Position 63, also diametral gegenüber der
Unwucht 61. Die Vorrichtung 1 ist ausgewuchtet.
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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 elektro-rheologische 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 elektro-rheologische
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 elektrorheologische 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 elektro-rheologische
Flüssigkeit
F wird dann nur in einem bestimmten Sektor verfestigt. Dabei kann
der Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 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 elektrorheologischen Flüssigkeit
F zu verfestigen. Alternativ oder zusätzlich ist auch die Stärke der
Aktivierung der einzelnen Feldelemente zur Auswahl der gewünschten Flüssigkeitsmenge
m heranziehbar.
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Nach
derart lokaler Verfestigung der elektro-rheologischen Flüssigkeit
F wird vor dem nachfolgenden Betrieb der Vorrichtung 1 der
an den nicht aktivierten Umfangsstellen des Ringkanals 31 verbliebene
nicht verfestigte Anteil der elektrorheologischen Flüssigkeit
F aus dem Ringkanal 31 entfernt. Danach ist die Vorrichtung 1 ausgewuchtet
und betriebsbereit.
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Bei
dem in 5 dargestellten dritten Beispiel (Darstellung
nur in Schnittebene parallel zur Rotationsebene) einer Vorrichtung 1 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.
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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).
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Im Übrigen ist
das Beispiel gemäß 5 weitgehend
mit dem Beispiel gemäß den 2 bis 4 identisch.
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Eine
Abwandlung des Beispiels gemäß 5 ist
mit einem vierten Beispiel in 6 dargestellt.
Bei diesem Beispiel 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.
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In
den 5 und 6 ist jeweils im wesentlichen
nur die Ausgleichsvorrichtung 45 der Vorrichtung 1 dargestellt.
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Bei
dem in 7 dargestellten fünften Beispiel, das in großen Teilen
mit dem Beispiel gemäß den 2 bis 5 identisch
ist, sind zunächst
zwei alternative oder parallele Möglichkeiten zum Entfernen überschüssiger elektrorheologischer
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 elektro-rheologische 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
elektro-rheologische Flüssigkeit
selbsttätig
unter dem Einfluss der Schwerkraft durch eine Leitungsverbindung 97 zurück in den
Vorratsbehälter 47.
Um diesen Betriebsmodus zu gewährleisten,
sind von dem Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 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 elektro-rheologische
Flüssigkeit
F aus dem Ringkanal 31 entfernbar ist.
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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 Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 11.
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An
Stelle der elektro-rheologischen Flüssigkeit gemäß der Erfindung
könnte
auch eine nicht zum Umfang der Erfindung gehörende magneto-rheologische
Flüssigkeit
verwendet werden. In diesem Fall müssten gemäß 9 die Feldelemente 51 zur
Beaufschlagung der Flüssigkeit
(F) mit einem Magnetfeld ausgebildet sein. Jedes der Feldelemente 51 umfasst
eine um den Ringschlauch oder die Ringröhre gewickelte Spule 105 mit
mehreren Windungen. Die Beaufschlagung jeder Spule 105 geschieht
gesteuert durch den Steuerungs- und Bildverarbeitungscomputer 11.
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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 als
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.