-
Verfahren und Einrichtungen zur Ermittlung der Unwucht eines Prüflings
nach Größe und Lage Die Erfindung betrifft Verfahren zur Ermittlung der Unwucht
eines Prüflings nach Größe und Lage sowie Einrichtungen hierfür. Bei bekannten Verfahren
und Einrichtungen zur Unwuchtermittlung wird der Prüfling in Rotation versetzt und
die vorhandenen Unwuchten durch ihre Fliehkräfte bzw. Fliehkraftmomente aufgedeckt.
Hierzu ist eine besondere Ausbildung der Antriebe und der Lagerungen für den Prüfling
erforderlich, insbesondere dann, wenn schwere Prüflinge zu prüfen sind. Ein solcher
Aufwand wird häufiger als nachteilig empfunden.
-
Die Erfindung schafft Verfahren und Einrichtungen, die unter weitgehender
Vermeidung der Nachteile der bekannten Verfahren und Einrichtungen besonders zweckmäßig
und mit einfachen Mitteln eine Unwuchtermittlung ermöglichen. Dies wird dadurch
erreicht, daß der in einer Aufnahmeeinrichtung gelagerte Prüfling mitsamt der Aufnahme
durch oszillierende äußere Kräfte, deren Wirkungslinie die geometrische Mittelachse
des Prüflings, vorzugsweise unter rechtem Winkel, schneidet, in translatorische
Schwingungen versetzt wird, daß die nunmehr durch das Vorhandensein einer Unwucht
automatisch auftretenden Drehschwingungen bzw. Winkel ausschläge des Prüflings bzw.
die bei starrerAbfangung des Prüflings auftretenden Kräfte bzw. Momente gemessen
werden. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann die Unwucht eines Prüflings sowohl
in einer als auch in zwei Ebenen festgestellt werden.
-
Besonders vorteilhaft ist zur Unwuchtermittlung in einer Ebene eine
Einrichtung, bei der der Prüfling mittels einer Aufnahmevorrichtung in einer Spindel
gelagert ist, die durch einen Erreger zu translatorischen Schwingungen senkrecht
zu seiner geometrischen Drehachse angeregt wird, und an der Achse der Aufnahmevorrichtung
Mittel angebracht sind, die Ausschläge des Körpers um die Drehachse auf einen oder
mehrere Schwingungsaufnehmer übertragen.
-
Zur Unwuchtermittlung in zwei Ebenen ist besonders vorteilhaft eine
Einrichtung anzuwenden, bei der der Prüfling drehbar in einem starren Rahmen gelagert
ist, der zu senkrecht zur Körperdrehachse verlaufenden Pendelbewegungen um eine
quer zur Drehachse einstellbar verlaufende Achse angeregt wird.
-
Bei den erfindungsgemäßen Verfahren und Einrichtungen ist ein Antrieb,
der den Wuchtkörper in Rotation versetzt, nicht erforderlich, wodurch eine wesentliche
Verbilligung der Einrichtung erzielt wird.
-
Weiterhin können die Lager und die Einrichtungen überhaupt, da die
bei der Rotationsbewegung auftretenden großen Kräfte wegfallen, leichter und somit
billiger ausgeführt werden. Hierzu kommt als weiterer
Vorteil, daß der Wuchtkörper
nach Beendigung der Messung sich immer bezüglich seiner Unwucht in der gleichen
Stellung befindet, wodurch die Schwierigkeiten bekannter Einrichtungen und Verfahren
zur exakten Winkelübertragung beim Ausgleich der Unwucht entfallen.
-
Erfindungsgemäß kann die Erregung der oszillierenden Bewegung bzw.
das Pendeln durch Massenkrafterreger, Kurbeltrieb, elektromagnetische Kräfte oder
sonst an sich bekannte Mittel erfolgen. Das schwingende System kann hierbei unterkritisch,
überkritisch oder in Resonanz abgestimmt sein. Die Aufnahme der Drehschwingungen
des Wuchtkörpers kann durch eine Anordnung ähnlich dem bekannten Geigerschen Torsiographen
(vgl. Oehler »Technische Schwingungslehre« 1952), der bekanntlich gegen eine träge
Masse abgestützt ist, wobei diese träge Masse ebenfalls unterkritisch, überkritisch
oder in Resonanz abgestimmt sein kann, oder durch sonstige, an sich bekannte Mittel
erfolgen.
-
Zur Ermittlung der maximalen bzw. minimalen Ausschläge zufolge der
Unwuchten wird der Wuchtkörper erfindungsgemäß während des Meßvorganges langsam
um seine geometrische Achse gedreht und hierbei seine Lage bei den maximalen bzw.
minimalen Ausschlägen der Meßgeräte festgestellt. Diese Drehung kann von Hand oder
durch einen sonst bekannten Antrieb erfolgen. In letzterem Fall erfolgt die Kupplung
zwischen Antriebselement und Wuchtkörper über ein elastisches Glied.
-
Die Bewegungen des Wuchtkörpers infolge seiner Unwucht können weiterhin
durch an sich bekannte
Schwingungsaufnehmer-aufgenommen und in elektrische
Spannungen bzw. Ströme umgewandelt werden.
-
Diese werden sodann in an sich bekannter Weise, gegebenenfalls unter
Zwischenschalten einer Verstärkerstufe, in entsprechenden Meßgeräten zur Anzeige
gebracht, wobei die Meßgeräte in besonders einfacher Weise handelsübliche Strom-
bzw. Spannungsmesser sein können. Es ist weiterhin möglich, bei den erfindungsgemäßen
Verfahren und Einrichtungen, die an sich bekannte wattmetrische Meßmethode anzuwenden,
wobei dem Wattmeter einmal die Spannungen der Schwingungsaufnehmer und zum anderen
eine in einem synchron mit dem Schwingungserreger umlaufenden Phasengeber erzeugte
Spannung zugeführt wird.
-
Es ist selbstverständlich auch möglich, als Schwingungsaufuehmer
an sich bekannte Kraftmeßdosen, Elektrete oder ähnliches zu verwenden sowie die
Drehschwingungen auf optische Weise zu ermitteln.
-
Die Übertragung der Wuchtkörperbewegungen zufolge der Unwucht auf
die Schwingungsaufnehmer kann durch eine Rolle, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung
eines Übersetzungsgetriebes, oder durch Reibungskupplung erfolgen. Es ist weiterhin
möglich, den Prüfkörper auf einer Hilfswelle unterzubringen, die direkt mit dem
bekannten Torsiographen verbunden ist. Bei Unwuchtermittlung in zwei Ebenen mittels
eines mechanischen Wuchtrahmens ist es möglich, den Rahmen selbst um die geometrische
Drehachse des Wuchtkörpers pendelnd zu lagern und auf Schwingungsaufnehmer abzustützen.
Die Schwingungsaufnehmer können weiterhin im Pendelbock für den Rahmen angeordnet
sein.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind der Beschreibung
der Ausführungsbeispiele zu entnehmen. In den Abbildungen ist die Erfindung an Hand
von Ausführungsbeispielen in schematischer Ausführung dargestellt.
-
Es zeigt Abb. 1 in Grund- und Aufriß eine Einrichtung zur Unwuchtermittlung
in einer Ebene, Abb. 2 eine Einrichtung zur Unwuchtermittlung in zwei Ebenen, Abb.
3 einen Ausschnitt aus der Lagerung des Wuchtkörpers gemäß Abb. 2, Abb. 4 eine andere
Ausführungsform der Lagerung des Wuchtkörpers gemäß Abb. 3, Abb. 5 eine Einrichtung
zum Tarieren von Meßwerken.
-
Bei den in Abb. 1 dargestellten Ausführungsbeispielen für Einzelwuchtung
ruht der Wuchtkörper 1 in der Aufnahmeeinrichtung 2 a, die ihrerseits in einer Spindel
3 gelagert ist. Die Spindel 3 ist mittels Blattfedern 4 senkrecht zur Körperdrehachse
2 schwingfähig gelagert. Durch den Unwuchterreger 5 wird die Spindel 3 zu Schwingungen
angeregt. Über eine Gelenkwelle 6 wird vom Unwuchterreger 5 ein Phasengeber 7 angetrieben
und läuft mit diesem synchron um. Auf der Drehachse 2 ist an einem Ende eine Bezugsmasse
8 über Kugellager angeordnet. Mit der Bezugsmasse 8 sind elektrodynamische Schwingungsaufnehmer
9 starr verbunden. Bezugsmasse und Schwingungsaufnehmer sind zusammen exakt ausgewuchtet.
Ein Meßarm 10, der möglichst leicht ausgeführt ist, ist mit der Achse 2 fest verbunden
und überträgt deren Bewegungen auf die Schwingungsaufnehmer 9. Die Achse 2 ist über
eine weich elastische Kupplung 11 mit einem nicht dargestellten Antrieb, der ein
langsames Drehen um die
Achse 2 bewirkt, verbunden. An Stelle des Antriebs kann die
Achse auch von Hand gedreht werden.
-
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist folgende: Nach Einschalten
des Erregers 5 wird der Wuchtkörper um die Achse 2 langsam gedreht. Das von einer
vorhandenen Unwucht 12 erzeugte Drehmoment bewirkt Drehschwingungen des Wuchtkörpers
1 und der damit verbundenen Achse 2 und des Meßarms 10.
-
Diesen Drehschwingungen kann die Bezugsmasse 8 nicht folgen. Es werden
deshalb in den Schwingungsaufnehmern 9 Spannungen erzeugt, die den Drehschwingungen
entsprechen. Wenn der Wuchtkörper so weit gedreht ist, daß der Unwuchtradius senkrecht
zur Erregungsrichtung liegt, erreicht die in den Schwingungsaufnehmern 9 erzeugte
Spannung ein Maximum, und wenn der Unwuchtradius in Erregungsrichtung liegt, Null.
Somit ist die Unwucht sowohl nach Lage als auch nach Größe feststellbar. Zur Eichung
der Größenanzeige wird ein Tariergewicht bekannter Größe am Rotor angesetzt, und
zwar um 90° im Winkel versetzt gegenüber der nach obigem Verfahren bereits festgestellten
Richtung der Unwucht. Dann wird der Rotor so eingestellt, daß der Radius des Tariergewichtes
senkrecht zur Erzeugungsrichtung steht. Die Ausschläge zufolge des bekannten Tariergewichtes
werden gemessen und ermöglichen Rückschlüsse auf die Unwuchtgröße. Das Tariergewicht
kann die Ermittlung der Unwucht nicht beeinflussen, da es sich bei Maximumlage der
Unwucht in der neutralen Minimumstellung befindet. Die Unwucht kann in einem Quotientenmeßgerät
mit der Spannung des Phasengebers 7 nach der bekannten wattmetrischen Methode verglichen
werden. In vereinfachter Ausführung ist es jedoch auch möglich, die in den Schwingungserregern
9 erzeugte Spannung in Spannungsmeßgeräten anzuzeigen.
-
Bei der Ausführung gemäß Abb. 2, die zur Unwuchtermittlung in zwei
Ebenen dient, ist der Wuchtkörper 21 auf Rollenlagern 20, die auf den Brücken 23
befestigt sind, mittels seiner Achse 22 gelagert. Die Brücken 23 bilden zusammen
mit Trägern 24 einen starren Rahmen. Auf dem Maschinenbett 25 ist ein Lagerbock
26 verfahrbar angeordnet, der durch Verschieben eine Achse X-X festlegt, um die
der Rahmen pendeln kann. Der Rahmen selbst besitzt keinen anderen Freiheitsgrad.
Der Rahmen wird zum Pendeln um die Achse X-X, beispielsweise durch einen Erreger
27 oder auf sonstige bekannte Weise, gezwungen. Durch einstellbare Federn 28 wird
eine horizontale Mittellage des Rahmens definiert.
-
Die Übertragung der Drehschwingungen zufolge der Unwucht auf die
Schwingungsaufnehmer erfolgt durch Kupplung der im Lager 20 vorgesehenen Tragrollen
20' mit den Schwingungsaufnehmern. Es kann auch wie bei der Einebenenwuchtung eine
dem Geigerschen Torsiographen entsprechende Einrichtung vorgesehen sein.
-
In Abb. 3 ist ein Ausführungsbeispiel für die Übertragung der zufolge
der Unwucht auftretenden Drehschwingungen auf die Schwingungsaufnehmer dargestellt.
Der Wuchtkörper 31 ist mit seiner Achse 32 in einem prismenartigen Lager 33 gelagert.
Die Reibungsverhältnisse im Lager werden durch geeignete Materialpaarung so gewählt,
daß zwar ein langsames Durchdrehen des Rotors zur Feststellung der Winkellage der
Unwucht möglich ist, aber die Reibung doch so groß ist, daß die geringen Drehschwingungen
der Wuchtkörperachse auf das Lager übertragen werden.
-
Dieses ist mit einem Meßbalken 34 starr verbunden und auf der Brücke
35 so aufgebaut, daß es Drehschwingungen um die Achse 32 ausführen kann. Hierzu
sind Stützstäbe 36 vorgesehen. Durch geeignete Auslegung der Stützstäbe, insbesondere
wenn deren gedachter Schnittpunkt in der Mitte der Wuchtkörperachse liegt, kann
große Steifigkeit zur Aufnahme selbst schwerster Rotoren erreicht werden, wobei
gleichzeitig geringe Drehsteifigkeit des Meßbalkens möglich ist.
-
An Stelle dieser Stützstäbe können auch Kugel- oder Gleitlagerungen
verwendet werden. Die Drehachse des Lagers 33 muß hierbei mit der geometrischen
Drehachse des Wuchtkörpers zumindest in der Vertikalen fluchten. Die Drehschwingungen
werden vom Meßbalken 34 über Stangen 37 auf die Schwingungsaufnehmer 38 übertragen.
-
In Abb. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel zur Übertragung der
Drehschwingungen auf die Schwingungsaufnehmer dargestellt, bei dem der Wuchtkörper
41 über seine Achse 42 derart im Rahmen 43 gelagert ist. daß er zusammen mit dem
Rahmen außer der Pendelung um die Achse X-X (vgl. Abb. 2) auch eine Drehschwingung
um die Achse 42 ausführen kann.
-
Hierzu ist der Lagerbock, der zur Festlegung der Drehachse dient.
in einen Verbindungsholm 43' und den Fundamentblock 44 aufgeteilt. Beide Teile sind
durch Federn miteinander verbunden, deren gedachter Schnittpunkt, wie beim Ausführungsbeispiel
gemäß Abb. 3 beschrieben, in der Mitte der Wuchtkörperachse liegt. Die Drehschwingungen
des Rahmens werden mittels der Stangen 45 auf die Schwingungsaufnehmer 46 übertragen.
-
In Abb. 5 ist ein Ausführungsbeispiel zum Tarieren von Meßwerken,
insbesondere elektrischen Anzeigeinstrumenten, dargestellt, bei dem in besonders
zweckmäßiger Weise der Prüfling selbst Meßglied ist. Auf der vertikal schwingbar
gelagerten Platte 51 ist das komplette Meßwerk derart aufgebaut, daß der Zeiger
52 senkrecht zur Schwingrichtung der Platte 51 steht.
-
Im Magnetfeld des Stators 53 führt die Drehspule 54 des Meßwerks Drehschwingungen
aus, wodurch in ihrer Wicklung Spannungen induziert werden, die nach einem der zuvor
beschriebenen Verfahren, z. B. mit dem Voltmeter 56, gemessen werden. Diese als
Folge des statischen Fehlers des Meßwerks bei Erregung der Platte 51 auftretenden
Drehschwingungen sind ein Maß für die Größe des statischen Fehlers.
-
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtungen. beispielsweise mit
einer Einrichtung nach Abb. 1, kann auch ein Tarieren von Uhrunruhen vorgenommen
werden. Hierzu ist die Unruh derart anzuordnen, daß sie sich relativ zur Wuchtspindel
drehen kann. Die lose Seite der Unruhfeder wird mit der Spindel verbunden.
-
Ein Schwingungsaufnehmer, der vorzugsweise berührungsfrei die Schwingungen
abtastet, beispielsweise ein induktiver Aufnehmer, ist mit der Wuchtspindel fest
verbunden und tastet eine geeignete Stelle des Prüflings ab. Gemessen werden die
relativen Bewegungen zwischen Schwingungsaufnehmer und Meßstelle.