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Verfahren und Einrichtung zur Erzeugung von Rechteckspannungen für
Meß- und Auswerteeinrichtungen von Auswuchtmaschinen Die Erfindung betrifft ein
Verfahren zur Erzeugung von Rechteckspannungen für Meß- und Auswerteeinrichtungen
von Auswuchtmaschinen, bei dem eine Marke des rotierenden Prüflings photoelektrisch
oder elektromagnetisch abgetastet wird und bei dem aus der nadelimpulsförmigen Abtastspannung
mindestens zwei gegeneinander um 900 phasenverschobene Rechteckspannungen abgeleitet
werden.
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Es sind verschiedene Verfahren zur Bestimmung der Unwucht eines rotierenden
Prüflings nach Größe und Winkellage bekannt, bei welchen zwei gegeneinander um 900
phasenverschobene Rechteckspannungen henötigt werden, die synchron und phasengetreu
zu dem Umlauf des Prüflings sind. Einige dieser Verfahren arbeiten mit einer Wattmeteranzeige,
wobei dann die eine Spule des Wattmeters mit einer der Rechteckspannungen und die
andere Spule des Watt-Ineters mit der gegebenenfalls verstärkten Geberspannung beaufschlagt
wird. Es wird dann im Wattmeter bei jedem Umlauf des Prüflings über eine sich um
1800 erstreckenden Winkelbereich der Anteil des Geberstromes mit der Rechteckspannung
multipliziert, während in dem verbleibenden Winkelbereich von 1800 keine Multiplikation
stattfindet. Das Wattmeter liefert dementsprechend eine Größenanzeige der in eine
bestimmte Winkellage fallenden Unwuchtkomponente. Wird anschließend die um 900 phasenverschobene
Rechteckspannung auf das Wattmeter aufgeschaltet, erhält man die in einem Winkel
von 900 zu der ersten Unwuchtkomponente liegende ergänzende zweite Unwuchtkomponente.
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Es sind weiterhin bereits Verfahren bekanntgeworden, bei denen durch
die Verwendung zweier gegen einander um 900 phasenverschobener Rechteckspannungen
eine direkte Anzeige der Unwucht nach Größe und Winkellage ermöglicht wird, wobei
dieses Verfahren den besonderen Vorteil aufweist, daß die Meßwerte speicherbar sind.
Bei diesen Verfahren wird die Geberspannung gegebenenfalls nach Verstärkung in zwei
Zweige aufgeteilt. Der eine Zweig wird mit der einen Rechteckspannung ausgetastet,
während der andere Zweig mit der um 900 phasenverschobenen Rechteckspannung ausgetastet
wird. Die ausgetasteten Spannungen werden mittels RC-Glieder integriert.
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Die in den Kondensatoren der EC-Glieder gespeicherten Spannungswerte
sind charakteristisch für die Größe und Winkellage der ermittelten Unwucht und können
nach relativ einfachen Funktionen z. B. mittels elektronischer Schaltmittel ausgewertet
werden.
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Die bekannten Verfahren können in weiten Grenzen abgewandelt werden.
In jedem Fall werden jedoch mit dem Umlauf des Prüflings synchrone Steuerspannungen
benötigt, die um einen bestimmten gleichbleibenden Winkel, vorzugsweise von 900,
gegenein-
ander phasenverschoben sind. Der Nachteil der bekannten Verfahren liegt
nun darin, daß folgende Probleme nicht oder nicht in befriedigendem Maße gelöst
werden konnten: 1. Der Phasenwinkel zwischen den beiden Rechteckspannungen oder
den sonstigen Steuerspannungen soll unabhängig von der Drehzahl des Prüflings immer
genau auf demselben Wert bleiben.
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2. Die Rechteckspannungen sollen aus exakt geformten Impulsen bestehen
und weitgehend frei von überlagerten Oberwellen sein.
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Das erste Problem ist insoweit von gravierender Bedeutung, da die
Sicherheit und die Schnelligkeit des Meßvorganges nur verbessert werden kann, wenn
weitgehende Unabhängigkeit voll der Umlaufdrehzahl des Prüflings besteht. Hierin
liegt auch die Grundvoraussetzung für einen automatisierten Meßvorgang.
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Da die üblicherweise verwendeten Phasenschieberglieder frequenzabhängig
sind, erschien es unmöglich, mit tragbarem Aufwand Rechteckspanntlgen zu erzielen,
die bei jeder Umlauffrequenz des Prüflings genau um 900 gegeneinander phasenverschoben
sind. Die Messung muß dementsprechend bei einer ganz bestimmten Drehzahl des Prüflings
vorgenommen werden. Wenn die Drehzahl geändert werden mußte, da leichtere oder schwerere
Prüflinge zur Messung kamen, mußte die Einrichtung entsprechend umgestellt und nachjustiert
werden.
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Obwohl gemäß eigenen älteren Vorschlägen wesentliche Verbesserungen
in dieser Hinsicht erzielt werden konnten, kam der zweiten obengenannten Problemstellung
immer noch eine erhebliche Bedeutung zu. Zur Erzielung von Rechteckspannungen wurde
bei den bekannten Verfahren auf den Prüfling beispielsweise
eine
sich über 1800 erstreckende MarE;ierung aufgebracht. Diese Markierung wurde photoelektrisch
abgetastet. Abgesehen davon, daß auch bei Verwendung von Schablonen das Aufbringen
der Markierung einen erheblichen Arbeitsaufwand bedingt, besteht die Gefahr, daß
bei der Winkel auswertung Verwechslungen des Winkels um + 1800 vorkommen können.
Außerdem lassen sich Schwankungen in den Reflexionseigenschaften der Markierung
nicht vermeiden. Die von der Photozelle gelieferte Spannung ist also nicht exakt
rechteckförmig. Sie erscheint bei Überprüfung beispielsweise am Oszillographen infolge
der Schwankungen des reflektierten Lichtes ausgezackt oder ausgefraust. Die Rechteckspannung
konnte dement-Sprechend nicht unmittelbar verwendet werden. Ntan hat es vielmehr
vorgezogen, sie wieder in Sinusspannuilgen zu verwandeln, oder sie entsprechend
zu beschneiden, damit die Oberwellen ausgesiebt werden können. Dies bedingt jedoch
erheblichen Aufwand, wobei dann die Siebfilter wieder auf eine bestimmte Frequenz
abgestimmt sein müssen. so daß die Messungen nur bei einer bestimmten Umlaufdrehzahl
des Prüflings vorgenommen werden können.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung zeigte es sich dann, daß zwei mit
dem Umlauf des Prüflings synchrone Rechteckspannungen erzielt werden können, welche
unabhängig von der Drehzahl des Prüflings jeweils genau um 900 gegeneinander phasenverschoben
sind. Weiterhin wird die Verwendung von Schablonen od. dgl. vermieden, da bei dem
Verfahren gemäß der Erfindung der Prüfling in an sich bekannter Weise nur eine kleine
Marke aufweisen muß, welche photoelektrisch abgetastet wird. An Stelle einer Marke
kann auch ein mit dem Prüfling synchron umlaufendes Teil, beispielsweise ein Weicheisenstift
oder ein Magnet, vorgesehen sein, welcher dann mittels einer Magnetspule abgetastet
wird. Selbstverständlich können auch andere Abtastverfahren angewendet werden, wesentlich
ist nur, daß eine nadelimpulsförmige Abtastspannung erzielt wird, welche für jeden
vollen Umlauf des Priiflings vorzugsweise einen Impuls liefert.
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Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
stellt also im wesentlichen einen frequenzunabhängigen Impulswandler und Phasenschieber
dar, welcher aus einem nadelförmigen Eingangsimpuls zwei genau um 900 phasenverschobene
Impulse von exakter Rechteckform erzeugt. Dabei gehören die elektronischen Schaltglieder,
in welchen frequenzunabhängig die beiden phasenverschobenen Rechteckspannungen erzeugt
werden, zum Stand der Technik. Neu demgegenüber ist die hier vorgesehene Kombination
und Gesamtfolge der Einzelschritte.
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Überraschend ist, daß durch die angegebene Kombination der an sich
bekannten Schaltelemente mit relativ einfachen Mitteln aus Nadelimpulsen, deren
Frequenz in weiten Grenzen beliebig sein kann, definierte Impulse von exakter Rechteckgestalt
unabhängig von der Frequenz der Nadelimpulse erzielt werden können. Das Problem
der Frequenzunabhängigkeit einer derartigen Schalteinrichtung ist jedoch in der
Ausvuchttechnik von ausschlaggebender Bedeutung, da die Frequenz der Nadelimpulse
von der Umlaufdrehzahl des Prüflings abhängig ist, so daß man also bei Anwendung
des Verfahrens gemäß der Erfindung an keine bestimmte Drehzahl des Prüflings bei
der Bestimmung der Unwucht desselben gebunden ist. Obwohl andere Auswuchtverfahren
bekannt sind, bei denen das Frequenzunabhängigkeitsproblem gelöst wurde, zeichnet
sich das beanspruchte Verfahren durch l>esondere Einfachheit und Betriebssicherheit
aus.
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Das Verfahren gemäß der Erfindung besteht dabei im wesentlichen darin,
daß aus der nadelimpulsförmigen Abtastspannung eine synchrone erste Sägezahnspannung
hergestellt wird, von welcher nach Erdmittlung eine spiegelbildliche zweite Sägezahnspannung
abgeleitet wird. Die beiden erdgemittelten Sägezahnspannungen werden über Gleichrichtermittel
gemischt. Die beiden um 900 gegeneinander phasenverschobenen Rechteckspannungen
werden nun einerseits von der ersten erdgemittelten Sägezahnspannung und andererseits
von der erdgemittelten NIischspannung abgeleitet.
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Eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung
besteht dementsprechend aus einem Sägezahngenerator, aus einer Spannung wendeeinrichtung,
aus Gleichrichtermitteln und aus zwei Multivibratoren. Die Anordnung ist so getroffen,
daß die Ausgangsspannung des Sägezahngenerators in drei Zweige aufgeteilt wird.
Der erste Zweig steuert direkt den ersten Multivibrator. Der zweite Zweig wird über
eine Spannungswendeeinrichfting und Gleichrichtermittel mit dem direkt über Gleichrichtermittel
geführten dritten Zweig gemischt. Die Ntischspannung steuert dann den zweiten Multivibrator.
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Zwischen den einzelnen Stufen wird jeweils eine Erdmittelung angewendet.
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In den Zeichnungen ist eine bevorzugte Ausführungsform des Gegenstandes
der Erfindung dargestellt.
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Es zeigt Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens gemäß der Erfindung, Fig. 2 einen Schaltplan als praktisches Ausführnngsbeispiel
der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung mit Einzelbauteilen, insbesondere Kondensatoren
und Widerständen zur Erdmittelung, Fig. 3 schematisch die bei der Einrichtung gemäß
Fig. 1 und 2 auftretenden Stromformen.
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Eine Marke 21 des Prüflings wird von einer Lichtquelle 22 in üblicher
Weise beleuchtet und von einer Photozelle 23 abgetastet (Fig. 1). Der Photozellenstrom
wird in einem Verstärker 24 verstärkt. Der Verstärker 24 ist in Fig. 2 der tSbersichtlichkeit
halber nicht gezeichnet. Die an der Klemme 1 auftretende Abtastspannung hat die
unter A in Fig. 1 und 3 dargestellte nadelimpulsförmige Konfiguration. Die Impulse
werden einem aus Kopplungskondensator 26, Triode 27, Widerstand 26', Vorspamlungsquelle
27'.
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Kondensator 33 und Widerstand 28 bestehenden, an sich bekannten Sägezahugenerator
25 zugeleitet. Der Sägezahngenerator 25 ist in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien
eingerahmt. An der Klemme 2 (Fig. 1 und 2) tritt dementsprechend die in Fig. 1 und
3 unter B dargestellte Sägezahnspannung auf. Die Sägezahnspannung B wird einerseits
durch einen Kondensator 29a und einen Widerstand 29' (Fig. 2) erdgemittelt, so daß
also an der Klemme 3 die unter C in Fig. 3 dargestellte Spannung liegt. Diese Spannung
hat dementsprechend einen Nulldurchgang bei 0° und bei 1800, jeweils bezogen auf
einen bestimmten Winkel des Prüflings. Mit der erdgemittelten Sägezahnspannung C
wird ein Multivibrator 30 üblicher Bauart gesteuert, der an der Klemme 4 die unter
D in Fig. 1 und 3 dargestellte Rechteckspannung liefert. Der Multivibrator 30 ist
in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien eingerahmt. Die Rechteckspannung wird durch
einen Kondensator 31 und einen Widerstand 31' erdgemittelt, so daß an der Klemme
5 die unter E in Fig. 1 und 3 dargestellte erste Rechteckspannung als Ausgangsspannung
erzielt wird.
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Die Ausgangsspamlung B des Sägezahngenerators 25 wird andererseits
nach Erdmittelung durch einen Kondensator 29 c und einen Widerstand 29 e einer aus
Widerständen 32, 35', Kondensator 35 und Triode 36 hestehenden Wendeeinrichtung
37 zugeführt, so daß an der Klemme 6 die in Fig. 1 und 3 unter F dargestellte, zu
der Sägezahnspannung C spiegelbildliche Sägezahnspannung auftritt. Die Stromwendeeinrichtung
37 ist in Fig. 2 mit strichpunktierten Linien eingerahmt. Der negative Anteil dieser
Sägezahuspannung wird durch einen Gleichrichter 38 unterdrückt, so daß an der Klemme
7 die unter G in Fig. 1 und 3 dargestellte Stromform erzielt wird. Ein weiterer
Anteil der Sägezahnspannung B wird von Punkt 2 aus (Fig. 2) durch einen Kondensator
29 h und einen Widerstand 29 d erdgemittelt und einem Gleichrichter 39 zugeführt,
so daß durch Unterdrückung des negativenAnteiles der Sägezahnspannung an der Klemme
8 die unter H in Fig. 1 und 3 dargestellte Stromform erzielt wird. Die Stromformen
G und H werden über Widerstände 40 und 41 gemischt, wobei man an der Klemme 9 die
unter J in Fig. 1 und 3 dargestellte Spannung erhält. Die Spannung J wird durch
einen Kondensator 42 und einen Widerstand 42' erdgemittelt. Die an der Klemme 10
auftretende, in Fig. 1 und 3 mit K bezeichnete Spannung hat dementsprechend Nulldurchgänge
bei 900 und 2700. Sie wird einem zweiten Multivibrator 43 zugeführt, der am Punkt
11 die Rechteckspannung L liefert. Der Multivibrator 43 ist in Fig. 2 mit strichpunktierten
Linien eingerahmt.
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Die Rechteckspannung L wird wieder durch einen Kondensator 44 und
einen Widerstand 44'erdgemittelt. Man erhält dementsprechend an der Klemme 12 eine
Rechteckspannung M (Fig. 1 und 3), die zu der an der Klemme 5 auftretenden Rechteckspannung
E genau um 900 phasenverschoben ist.
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Das Ausführungsbeispiel der Fig. 2 unterscheidet sich also von dem
Blockschema der Fig. 1 in der Weise, daß hinter der dreifachen Stromverzweigung
am Punkt 2 jeder Stromzweig getrennt erdgemittelt wird. In Fig. 1 erfolgte die Erdmittelung
gemeinsam vor der Verzweigung am Punkt 3. D-ie getrennte Erdmittelung ist praktisch,
da durch sie eine Rückwirkung z. B. des Multivibrators 30 oder der Wcndeeinrichtung
37 auf andere Stromzweige verhindert wird.
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Da die Multivibratoren exakt auf die Nulldurchgänge der Spannungen
C bzw. K ansprechen und da die Nulldurchgänge bei 900 und 2700 bzw. 1800 unabhängig
von der Frequenz der Spannungen liegen müssen, folgt daraus, daß sich die Phasenlage
der
ecnteckspannungen b und M bei Veränderung der Frequenz nicht ändern kann.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung stellt dementsprechend einen
frequenzunabhängigen Phasenschieber dar. Obwohl in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
die Phasenverschiebung zwischen den Rechteckspannungen E und M auf 900 festgelegt
wurde, ist ersichtlich, daß beliebige andere Phasenwerte erzielt werden können.
Es könnte z. B. hierzu den erdgemittelten Sägezahnspannungen C und F eine Gleichspamlung
bestimmter Größe überlagert werden, so daß der Nulldurchgang entsprechend vor- oder
zurückverlegt wird.