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Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung dynamischer Unwuchten Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung dynamischer
Unwuchten am umlaufenden Körper.
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Bekannt sind mechanische Verfahren und Einrichtungen, bei welchen
Ausgleichsgewichte innerhalb eines Auswuchtkopfes um die Prüfachse frei beweglich
sind. Dabei erfolgt die Bestimmung der Unbalance in an sich bekannter Weise aus
der Messung des Zentriwinkels zwischen den Schwerpunktzentren der Ausgleichgewichte
(z. B. Kugeln) und der Achse des Prüfkörpers.
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Die Mängel dieser bekannten Einrichtungen bestehen darin, daß eine
Messung der Unwucht nach Größe und Richtung nur im Stillstand erfolgt. Weiterhin
ergeben sich Meßfehler dadurch, daß sich Schlagfehler beim Aufschieben des Auswuchtkopfes
auf die Achse des Prüflings nicht vermeiden lassen. Eine weitere Verminderung der
Genauigkeit ist dadurch gegeben, daß zur Begrenzung unerwünschter Schwingbewegungen
der Ausgleichsgewichte eine Dämpfung (z. B. Ö1) angewandt wird, wodurch die Ausgleichsgewichte
beim Einstellen behindert werden. Ferner ist die Herstellung des Auswuchtkopfes
auf Grund der erforderlichen Laufgenauigkeit schwierig und kostspielig.
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Ferner sind elektrische Meßverfahren bekannt.
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Diese sind jedoch sehr aufwendig, denn man benötigt für sie Verstärker,
Oszillographen usw.
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Weiterhin ist eine Vorrichtung bekannt, bei der eine flüssige Ausgleichsmasse
zur Anzeige der Unwucht nach Größe und Richtung dient. Diese umlaufende, sich sichelförmig
einstellende Ausgleichsmasse wird stroboskopisch beobachtet. Die dafür verwendete
Apparatur ist ebenfalls aufwendig.
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Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein einfaches und dabei doch
brauchbares Verfahren bzw. Vorrichtung zu schaffen, das das Messen der Unwucht im
Betriebszustand gestattet.
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Das wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Anzeige der Unwuchtgröße
und -richtung auf optischem Wege durch Leuchterscheinungen unter Verwendung polarisierten
und teilweise gefärbten Lichtes während des Laufes erfolgt.
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Erfindungsgemäß wird hierzu eine Vorrichtung benutzt, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß der Auswuchtkopf aus durchsichtigem Material besteht und
einen Polarisator aufweist, durch den Licht auf einen in seiner Ebene verdrehbaren
Analysator geleitet wird und die Richtung der Unwucht durch die Richtung der zwei
diametralen Dunkelstellen, welche durch die Polarisationsfilter entstehen, bestimmt
wird. Der Gehäusedeckel des Auswuchtkopfes weist eine Skala
auf, an der die Größe
der Leuchterscheinungen und damit die Größe der Unwucht ablesbar ist.
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Dieses Verfahren ist z. B. geeignet, um das Verhalten von biegeelastischen
Bauteilen während des Hochfahrens überprüfen zu können. Da das Verfahren als Ausgleichgewichte
an sich bekannte Ringe verwendet, läßt sich in vorteilhafter Weise neben der Bestimmung
der Unwucht nach Größe und Richtung noch die Auswuchtung selbst durchführen. Das
erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch in jeder kleineren Werkstatt durchführen,
da dazu nur zwei Polarisationsfilter in einer verhältnismäßig einfachen Meßanordnung
benötigt werden.
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Die Erfindung verwendet das bekannte Prinzip, daß sich ein mit überkritischer
Drehzahl umlaufender Körper bei elastischer Lagerung praktisch um den Schwerpunkt
dreht. Dadurch liegen die auf die Ausgleichsgewichte wirkenden Fliehkräfte nicht
in gleicher Richtung mit den auf die Ausgleichsgewichte wirkenden Auflagekräften.
Durch das Zusammenwirken der beiden vorgenannten Kräfte entsteht eine Resultierende,
die eine Verschiebung der Ausgleichsgewichte bewirkt. Die Verschiebung der Ausgleichsgewichte
ändert auch die Lage des Gesamtschwerpunktes in einem günstigen Sinne. Diese Bewegungen
kommen zum Stillstand, wenn Schwerpunkt, Drehpunkt und Zentrum des Auswuchtkopfes
zusammenfallen; das bedeutet, die Anordnung ist ausgewuchtet.
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Damit ist die Möglichkeit für eine selbsttätige Auswuchtung des Prüflings
gegeben und gleichzeitig durch die Lage der Ausgleichsgewichte die ursprüngliche
Unwucht nach Größe und Richtung angezeigt.
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Anschließend wird die Erfindung an Hand eines Ausführungsbeispieles
in den Abb. 1 bis 3 erläutert:
Als Prüfkörper wird der Anker eines
Elektromotors verwendet. Der Antrieb des Prüflings 1 erfolgt durch einen Elektromotor
2 über eine elastische Kupplung 3. Diese Kupplung 3 soll das erforderliche Drehmoment
übertragen, aber andererseits Neigungen zwischen Antriebs- und Prüflingsachse zulassen.
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Das freie Achsende des Prüflings ist in der Lagerbuchse 4 gelagert
und nimmt gleichzeitig den Auswuchtkopf auf. Der Auswuchtkopf besteht aus einem
Gehäuse 5 aus durchsichtigem Material (z. B. Polystyrol), welches durch den Klemmflansch
6 auf der Achse des Prüflings befestigt ist. Das Gehäuse 5 nimmt in seinem Innern
den Polarisator 7, einen Abdeckring8, die beiden Ringe 9 und 10 und einen Distanzring
11 auf. Dabei dienen die Ringe 9 und 10 als Ausgleichsgewichte, während der Distanzring
11 die Reibung der beiden Ausgleichsringe untereinander verhindert. Der Abdeckring
8 verhütet eine Reibung zwischen dem Ausgleichsring 9 und dem Polarisator 7, da
eine Reibung an dieser Stelle elektrische Aufladungen zur Folge haben kann. Der
Gehäusedeckel 12 besteht aus dem gleichen Material wie das Gehäuse 5 und trägt mehrere
konzentrisch eingravierte Ringe zur Ablesung.
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Um die Ablesung zu ermöglichen, ist das Gehäuse zur Hälfte gefärbt
und mit einer Markierung am Umfang versehen.
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Die für das Verfahren erforderliche elastische Lagerung wird durch
eine Teilung des Lagers erreicht. Die beiden Lagerteile 13 und 14 sind zur Gewährleistung
der notwendigen Elastizität nur durch vier Blattfedern 15 verbunden. Da beim Ausgleichsvorgang
starke Schleuderbewegungen auftreten, sind zur Begrenzung dieser Schwingungen vier
Gummipuffer 16 vorgesehen. Die Gummipuffer sind so angeordnet, daß nur ein Ausschlag
des beweglichen Lagerteiles 13 um maximal 3 mm in horizontaler und vertikaler Richtung
möglich ist. Beide Lagerteile sind kreisförmig ausgebrochen, um den Durchblick für
die Ablesung zu ermöglichen; dabei ist das bewegliche Lagerteil 13 mit einer durchsichtigen
Scheibe 17 abgedeckt, die gleichzeitig im Zentrum die Lagerbuchse 4 aufnimmt. Die
Lagerbuchse 4 trägt auf der Seite des Auswuchtkopfes ein Kugellager 18 mit dem Andruckring
19 und ist auf der Gegenseite so ausgebildet, daß durch Fingerdruck die beiden Ringe
9 und 10 über Distanzring 11, Gehäusedeckel 12, Andruckring 19, Kugellager 18 und
Lagerbuchse 4 bequem gegen das Gehäuse 5 und dadurch zusammengepreßt werden können.
Hinter dem Ausgleichkopf sind die für die Ablesung nötigen Beleuchtungslampen 20
untergebracht, während sich vor dem Auswuchtkopf der Analysator 21 befindet. Der
Analysator 21 besteht aus einer drehbaren Fassung 22, die zwischen Glasscheiben
23 die Polarisationsfolie 24 aufnimmt. Die Fassung 22 trägt eine Winkelteilung über
den halben Umfang von 0 bis 180 ° und von 180 bis 360 ° doppelt beziffert.
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Zur Erläuterung wird nachfolgend ein Meßvorgang beschneben.
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Der mit einer Unwucht behaftete Prüfling wird durch Einschalten des
Motors in Drehung versetzt. Dabei müssen durch Fingerdruck auf Lagerbuchse 4 die
beiden Ausgleichsringe 9 und 10 zusammengepreßt werden, um das Mitumlaufen der Ringe
zu erzwingen, die sonst nur auf der Achse rollen würden. Nach Erreichen der überkritischen
Wuchtdrehzahl werden die Ausgleichsringe freigegeben, und der oben beschrie-
bene
Einstellvorgang findet statt. Nach Ausgleich der Unwucht kann die Stellung der Ausgleichsringe
9 und 10 auf folgende Art und Weise gemessen werden: Da die beiden Ausgleichsringe
9 und 10 im ausgewuchteten Zustand eine von der ursprünglichen Unwucht abhängige
Winkelstellung einnehmen, entstehen bei von hinten beleuchteter Meßvorrichtung zwei
sektorförmige Leuchterscheinungen 25 und 26 (s. Abb. 3). Weil diese Leuchterscheinungen
mit der Vorrichtung umlaufen, werden zwei leuchtende Ringe sichtbar. Dabei ist der
Außendurchmesser (2 0) des inneren leuchtenden Ringes und der Innendurchmesser (2o)
des äußeren leuchtenden Ringes ein Maß für die Winkelstellung der Ausgleichsringe
9 und 10 und damit ein Maß für die ursprüngliche Unwucht. Zur Durchführung der Messung
genügt es, entweder 20 oder 2a durch Abzählen an den in den Gehäusedeckel 12 eingravierten
Ringen zu bestimmen. Damit ist die Größe der Unwucht (unter Zuhilfenahme einer Eichkurve)
gemessen. Die Richtungsbestimmung der Unwucht wird unter Verwendung der beiden Polarisationsfilter
folgendermaßen durchgeführt: Das durch die Sektoren 25 bzw. 26 fallende Licht der
Beleuchtungslampen 20 wird durch Polarisator 7 linear polarisiert; dabei läuft die
Polarisati6nsrichtung mit der Vorrichtung um. Betrachtet man jetzt die Vorrichtung
durch den Analysator 21, so werden die sektorförmigen Leuchterscheinungen jeweils
dann dunkel, wenn beide Polarisationsfilter (7 und 21) in gekreuzter Stellung sind.
Dadurch entstehen auf den leuchtenden Ringen - die durch die Leuchterscheinungen
25 und 26 bei Rotation gebildet werden -zwei diametrale Dunkelstellen, deren Winkellage
davon abhängig ist, in welcher Stellung sich die Leuchterscheinungen befinden, wenn
Polarisator 7 und Analysator 21 gekreuzt sind. Um entscheiden zu können, welche
der beiden Dunkelstellen für die Ablesung verwendet werden soll, ist das Gehäuse
zur Hälfte gefärbt, so daß der leuchtende Ring entweder weiß oder farbig erscheint.
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Nach Waagerechtstellen der obengenannten Dunkelstellen durch Drehen
an der Fassung 22 des Analysators 21 kann die Winkellage der Unwucht an den auf
der Fassung 22 befindlichen Skalen abgelesen werden. Dabei gilt die Skala von 0
bis 1800 für den weißen leuchtenden Ring und die Skala von 180 bis 3600 für den
farbigen leuchtenden Ring. Damit ist auch die Richtung der Unwucht eindeutig bestimmt.
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Zur Übertragung der gemessenen Unwucht zwecks Ausgleichs am Prüfling
dient die am Gehäuse 5 vorgesehene Markierung.