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Auswuchtmaschine mit elektrischem Restmomentenausgleich Die Erfindung
betrifft eine Auswuchtmaschine, bei der zum Ausgleich der Restmomente eine Rechenschaltung
vorgesehen ist, durch welche die Meßsignale der in den Lagerebenen angeordneten
kraftmessenden Geber mit Faktoren, die linear von den Verhältnissen der Abstände
der Lagerebenen von den jeweils benachbarten Ausgleichsebenen zu dem Abstand der
beiden Ausgleichsebenen voneinander abhängen, elektrisch multipliziert und überlagert
werden, und welche in den Meßsignalkanälen stetig einstellbare Signalab schwächer
aufweist und welche außerdem Meßbereichsumschalter enthält.
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Man kann bekanntlich jede Unwucht eines starren Körpers durch Abnehmen
oder Hinzufügen von Material an geeigneter Stelle in zwei beliebigen, axial gegeneinander
versetzten Ebenen ausgleichen. Die Lagerebenen, in denen sich meist die Lagerzapfen
befinden, sind hierfür jedoch im allgemeinen ungeeignet. Es ist deshalb erforderlich,
die in den Lagerebenen gewonnenen Meßwerte auf andere Ebenen, die »Ausgleichsebenen«,
umzurechnen, in denen der Ausgleich ohne weiteres möglich ist. Es ist nun anzustreben,
daß man die auszugleichende Unwucht unmittelbar angezeigt erhält, um eine Umrechnung
zu vermeiden. Hierbei ist zu beachten, daß die Unwuchtkraft, die in einer Lagerebene
gemessen wird, nicht nur von der Unwucht in der dazu benachbarten Ausgleichsebene
abhängt, sondern auch noch von der Unwucht in der zweiten Ausgleichsebene. Es treten
»Restmomente« auf. Zum Ausgleich dieser Restmomente sind verschiedene Schaltungen
bekannt, die alle darauf hinauslaufen, daß man die in den Lagerebenen gewonnenen
Spannungen elektrisch mit gewissen, sich aus den Abständen von Lager- und Ausgleichsebenen
ergebenden Faktoren multipliziert und gegeneinanderschaltet. Zwischen den Kräften
PI und PII, die in den Lagerebenen gemessen werden, und den auf die Ausgleichsebenen
bezogenen Kräften P1 und P2 besteht bekanntlich (vgl. Fig. 1) folgende Beziehung
:
Man hat für den elektrischen Restmomentenausgleich schon eine Schaltung vorgesehen,
bei welcher die kraftmessenden elektromechanischen Geber an Spannungsteilern anliegen,
deren Teilspannungsver-
hältnisse proportional den Faktoren (1 + a und bC bzw. b
und (1 t bC) eingestellt wurden.
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Es ist auch schon eine Anordnung vorgesehen worden, bei welcher nicht
mehr die Verhältnisse an zwei Potentiometern eingestellt wurden, sondern wo drei
Potentiometer vorgesehen waren, die nach den drei Abständen a, b, c zwischen Lager-
und Ausgleichsebenen unmittelbar eingestellt werden konnten. An zwei solchen Potentiometern
liegen dabei die beiden Meßspannungen an, die proportional den in den Lagerebenen
wirksamen Unwuchtkräften PI und Pn sind. Die Teilspannungsverhältnisse der beiden
Potentiometer werden proportional a bzw. c eingestellt, so daß Teilspannungen proportional
Pia bzw. PIIC abgegriffen werden. Diese Teilspannungen werden gegeneinandergeschaltet
und liefern dann eine Spannung proportional Pia-Pnc. Das dritte Potentiometer bewirkt
eine Division durch den Abstand b der Ausgleichsebenen voneinander. Zu diesem Zweck
wird die der DifferenzPIa-PIIc proportionale Spannung mehrfach verstärkt, um eine
ausreichende Niederohmigkeit zu erzielen. Dann wird die Spannung an das als Einstellwiderstand
geschaltete dritte Potentiometer und einen damit in Reihe geschalteten Festwiderstand
angelegt und die Ausgangsspannung an dem Festwiderstand abgegriffen. Die so erhaltene
Spannung ist bekanntlich proportional Pia-Pnc b
Dieser Spannung
wird nun wahlweise, je nachdem in welcher Ausgleichsebene man gerade messen will,
entweder die entsprechend verstärkte Meßspannung #PI oder eine Spannung #PII überlagert.
Man erkennt sofort, daß man im ersten Fall eine Ausgangsspannung proportional P1,
im zweiten FaII eine Spannung proportional -P2 erhält.
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Es ist ferner eine Anordnung vorgeschlagen worden, bei welcher mit
drei Einstellknöpfen zwei Potentiometer nach Maßgabe der Abstandsverhältnisse eingestellt
werden können, wobei an den Einstellknöpfen ebenfalls eine Einstellung der Abstände
selbst, statt ihrer Verhältnisse, erfolgen kann. Bei der erwähnten vorgeschlagenen
Anordnung wird die Spannung jedes Gebers durch ein Potentiometer elektrisch mit
dem Abstandsverhältnis a/b bzw. c/b multipliziert. Zu diesem Zweck sind zwei Potentiometer
mit exponentieller Charakteristik vorgesehen, an denen jeweils eine der Gebermeßspannungen
anliegt und die durch auskuppelbare erste und zweite Einstellglieder einstellbar
sind, und es ist ein drittes auskuppelbares Einstellglied vorgesehen, durch das
in Wirkstellung beide Potentiometer gemeinsam verdrehbar sind. Bei Verwendung eines
Potentiometers mit exponentielIer Charakteristik bedeutet eine Verdrehung des Potentiometerschleifers
um einen bestimmten Winkel die Multiplikation der vor der Verdrehung abgegriffenen
Spannung mit einem Faktor bzw. eine Division. Die ersten beiden Einstellglieder
können proportional zu log a bzw. log c eingestellt werden. Dann werden die an den
Potentiometern anliegenden Geberspannungen mit a bzw. c elektrisch multipliziert.
Wenn nun das dritte Einstellglied eingekuppelt wird und eine gemeinsame Verdrehung
der beiden Potentiometer um log b bewirkt, und zwar im entgegengesetzten Sinne wie
das erste und das zweite Einstellglied, dann bewirkt dies eine Division der vorher
abgegriffenen Teilspannungen durch b. Die ersten und zweiten Einstellglieder sind
dabei ausgekuppelt und werden daher von der »b«-Einstellung nicht beeinflußt. Auch
auf diese Weise erhält man eine Spannung proportional PI a - PII c b Auf solche
und ähnliche Rechenschaltungen für den Restmomentenausgleich bezieht sich die vorliegende
Erfindung.
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Je nach der Gestalt des auszuwuchtenden Körpers, die ja letztlich
die Lage der Lager- und Ausgleichsebenen bestimmt, können sehr stark unterschiedliche
Abstandsverhältnisse auftreten. In dem in F i g. 1 gezeigten Fall eines relativ
langen trommelförmigen Rotors liegen Lager- und Ausgleichsebenen ziemlich nahe beieinander.
Das bedeutet, daß die Verhältnisse a/b und c/b ziemlich klein sind (<1). Bei
einem scheibenförmigen Wuchtkörper mit kleinem b, wie er in Fig. 2 dargestellt ist,
ist dagegen a sehr groß, während b in der Größenordnung von 1 liegt. Die b Rechenschaltung
soll allen diesen Möglichkeiten gerecht werden können. Es soll also z. B. die von
dem Geber in der linken Lagerebene gelieferte Meßspannung ( PI) einmal mit einem
sehr kleinen Verhält-
nis a das andere Mal mit einem sehr großen Verh hältnis ab
elektrisch multipliziert werden. Es muß also eine relativ große Verstärkungsreserve
vorgesehen werden, welche bei großem h (Fig. 2) noch einen erheblichen Anteil zu
der Ausgangsspannung beizusteuern vermag, von der aber im Falle kleiner a Werte
von b nur ein ganz geringer Bruchteil ausgenutzt wird.
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Das hat zwei schwerwiegende Nachteile: Einmal wird durch die Verstärkung
der Rauschpegel stark angehoben, und wenn von der so verstärkten Signalspannung
nur ein geringer Prozentsatz tatsächlich ausgenutzt wird, so ergibt sich ein höchst
ungünstiges Signal-zu-Rausch-Verhältnis. Zum anderen ergeben sich Probleme bei der
Einstellung der Abstandsverhältnisse bzw. der Abstände. Wenn einerseits z. B. an
einem Potentiometer große Verhältnisse ia t 100) eingestellt werden sollen, andererseits
aber auch kleine Verhältnisse in der Größenordnung von 1 oder weniger, so ist einleuchtend,
daß die letzteren mit wesentlich geringerer Genauigkeit eingestellt werden können
als die ersteren. Es ist auch keineswegs so, wie es auf den ersten Blick vielleicht
erscheinen könnte, a daß die kleinen Verhältnisse von b sowieso gegenüber den anderen
Größen nicht stark ins Gewicht fielen, so daß es auf ihre Genauigkeit nicht so sehr
ankäme.
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Denn es kommt ja auch auf die Größe der Meßspannkung (#PI, #PII) an,
die mit diesem Verhältnis zu multiplizieren ist, und in P2 = PI + Pn(i+f) kann der
Term PI a/b auch bei kleinem a/b (Fig. 1) stärker ins Gewicht fallen als der Term
Pir, wenn PI groß gegen PII oder gar PII = 0 ist. In solchen Fällen geht die Genauigkeit
von a/b unmittelbar in die Geb nauigkeit von P2 ein. Ähnliche Verhältnisse liegen
vor, wenn die Rechenschaltung statt nach den Verhältnissen a c b' b der Abstände
nach den Abständen a, b, c selbst eingestellt und der Quotient elektrisch gebildet
wird, wobei sowohl große als auch kleine Werte von a einstellbar sein sollen. Auch
diese Rechenschaltung macht eine relativ große Verstärkungsreserve erforderlich,
die unter Umständen in der Ausgangsspannung gar nicht in Erscheinung tritt. Wenn
die Schaltung etwa in der Lage sein soll, sowohl bei a 1 als auch bei a=10 und sowohl
bei b = 1 als auch bei b = 10 (gemessen in irgendwelchen Längeneinheiten) zu arbeiten,
so muß man für a 10, h = 1 an dem »a«-Potentiometer praktisch die volle Spannung
abgreifen, während das als Einstellwiderstand geschaltete »b«-Potentiometer auf
seinen kleinstmöglichen Widerstandswert eingestellt ist. Man erhält die volle Eingangsspannung.
Von dieser Spannung wird aber nur ein Hundertstel ausgenutzt, wenn man a = 1, b
= 10 einstellt. Dann wird nämlich an dem »a«-Potentiometer von der vollen daran
anliegenden Spannung
nur der zehnte Teil abgegriffen, während das
»b«-Potentiometer auf seinen größten Widerstandswert eingestellt ist und an dem
Festwiderstand nur der zehnte Teil der an »h«-Potenüometer und Festwiderstand anliegenden
Spannung abfällt. Es treten hier also die gleichen Probleme auf, wie sie oben geschildert
wurden, nämlich daß große Verstärkungsreserven vorgesehen werden müssen, die häufig
nur zu einem geringen Teil ausgenutzt werden können. Es ergibt sich ein ungünstiges
Signal-zu-Rausch-Verhältnis, und es besteht die Gefahr von Übersteuerungen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die geschilderten Nachteile
der bekannten Rechenschaltungen zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß in jedem Meßsignalkanal
aus Festwiderständen aufgebaute Meßbereichsumschalter vorgesehen sind, durch welche
die Signale zusätzlich um definierte Faktoren veränderbar sind, daß jeder Meßbereichsumschalter
nach Maßgabe der besagten Faktoren (a/b, c/b) so einstellbar ist, daß in dem dem
größeren Faktor entsprechenden Kanal das Signal mit dem größten Meßbereich (geringster
Abschwächung) und in den anderen Kanälen mit im Verhältnis der Faktoren kleineren
oder gleichen Meßbereichen übertragen wird, und daß zusätzlich zu einem Anzeigeinstrument
für die Ausgangsspannung der Rechenschaltung ein von den Meßbereichsschaltern steuerbarer
Korrekturfaktoranzeiger vorgesehen ist.
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Es wird also nicht - oder nicht nur - im Ausgangskanal der Rechen
schaltung ein Meßbereichsumschalter vorgesehen, wie das bei den bekannten Auswuchtmaschinen
gebräuchlich ist. Vielmehr sind Meßbereichsumschalter in den Kanälen für die von
den Gebern gelieferten Meßspannungen vorgesehen.
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Bei einer Rechenschaltung, bei welcher die Abstandsverhältnisse a/b,
c/b an Potentiometern eingestellt werden, an denen die Geber anliegen, und bei welcher
den gegeneinandergeschalteten Teilspannungen wahlweise eine der Geberspannungen
mit dem Gewicht »1< überlagerbar ist, kann man z. B. den Einstellbereich der
Potentiometer für a/b, c/b auf eine Dekade beschränken, so daß man Abstandsverhältnisse
von 1 bis 10 einstellen kann. Es ist dann zu prüfen, welches der Gewichte a b b
P1 = PIa/b - PII c/b +PI das größte ist. Dieses wird dann mit der vollen Geberspannung
eingestellt, und die anderen Geberspannungen werden durch die Meßbereichsumschalter
um entsprechende Zehnerpotenzen geschwächt. Es sei beispielsweise a = 15, b=l und
c=150. Dann ist a/b = 15, c/b = 150.
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»c« Man stellt dann an dem -Potentiometer den »a« Wert 1,5 ein. Auch
an dem -Potentiometer wird b der Wert 1,5 eingestellt, jedoch wird in dem zugehörigen
Meßspannungskanal die Geberspannung durch den Meßbereichsumschalter zusätzlich um
einen Faktor 10 heruntergeschaltet. Auch das Gewicht »1«
wird durch den Meßbereichsumschalter
in dem entsprechenden Meßspannungskanal um einen Faktor 100 vermindert, so daß man
eine Spannung proportional zu PI 0,15 -P111,5 +0,01 PI erhält. Es ergibt sich also
eine Anzeige, die proportional zu P1 ist. Man muß jedoch den angezeigten Wert von
P, mit einem Faktor 100 multiplizieren.
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Mit der gleichen Schaltung und dem gleichen Verstärkungsgrad kann
man aber auch den Fall a = 0,15, b = 1, c = 15, also a/b = 0,15, c/b = 15 beherrschen.
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Auch hier werden das #a#/b - und das b «-Potentiometer auf die Werte
1,5 eingestellt. Der Meßbereichschalter im b -Kanal schwächt die am b -Potentiometer
anliegende Geberspannung jedoch um einen Faktor 100 ab und das Gewicht »1« in den
Kanälen für die zusätzlich überlagerten Meßspannungen Pl bzw. Pn um den Faktor 10.
Man erhält also eine Spannung proportional zu PI 0,015 - PII - 1,5 + PI#0,1 (bzw.PII#0,1).
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Die Anzeige ist mit 10 zu multiplizieren. Es wird bei dieser Anordnung
der gleiche Anteil der Pn-Spannung am #c#/b - Potentiometer ausgenutzt, ob nun b
=150 Abstandsverhältnisse eine große Verstärkungsreserve vorgesehen werden, die
bei kleinen Abstandsverhältnissen gar nicht ausgenutzt wird. Die Einstellung der
Potentiometer kann an einer Skala erfolgen, die sich nur über eine Dekade, z. B.
von 1 bis 10, erstreckt, oder, anders ausgedrückt, es kann für eine Dekade der volle
Stellweg des Potentiometers ausgenutzt werden. Die Abschwächung der Spannungen um
definierte Zehnerpotenzen kann mittels eines aus Festwiderständen bestehenden Spannungsteilers
mit großer Genauigkeit erfolgen. Man kann daher die Schaltung genauer oder über
einen größeren Bereich von Abstandsverhältnissen einstellen als bekannte Schaltungsanordnungen.
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Ähnliche Verhältnisse liegen vor, wenn man nicht die Abstandsverhältnisse
b'b an Potentiometern einstellt, sondern die Abstände a, b, c selbst.
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Die Einstellung einzeIner Meßbereichsumschalter würde an sich Überlegungen
darüber erfordern, welches der drei »Gewichte« a/b, b oder 1 das größte ist, b um
welche Faktoren die Spannungen in den anderen Kanälen geschwächt werden müssen und
mit welchem Faktor der Ausschlag des Anzeigeinstruments multipliziert werden muß.
Um die damit möglicherweise verbundenen Fehlerquellen auszuschalten, sieht die Erfindung
vor, daß die MeßbereichsschaIter jeweils durch zwei Stufenschalter als Funktion
von zwei Schaltstellungen einstellbar sind. Die Stufenschalter werden dann nach
Maßgabe der Größenordnung von a bzw. c eingestellt und stellen dann selbsttätig
den geeigneten Meßbereich ein. Weiterhin ist zusätzlich zu einem Anzeigeinstrument
für die Ausgangsspannung der Rechenschaltung ein von den Stufenschaltern steuerbarer
Korrekturfaktoranzeiger vorgesehen, der
angibt, mit welchem Wert
der angezeigte Unwuchtwert multipliziert werden muß.
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Statt einer dekadischen Umschaltung könnte man natürlich auch andere
Meßbereichsstufungen, z. B. mit dem Faktor 5 oder f vorsehen.
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Ein Ausführungsbeispiel ist in F i g. 3 schematisch dargestellt und
im folgenden beschrieben: An den Klemmen 1 und 3 liegt die Spannung Ui des in der
linken Lagerebene des Wuchtkörpers angeordneten Gebers. An den Klemmen 2 und 4 liegt
die mit -1 multiplizierte Spannung Un des Gebers in der rechten Lagerebene. Mittels
Spannungsteiler 12, 22, 32 und 42, die aus Festwiderständen bestehen, können in
den vier Meßspannungskanälen Spannungsanteile U1, U1 0,1, U1 0,01 bzw. Un, Un 0,1,
Un 0,01 usw. gebildet werden.
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Die Spannungsteiler 12 und æ sind über noch zu beschreibende Meßbereichsumschalter
11 und 21 mit zwei Potentiometern 13 bzw. 23 verbunden, an denen die von den Spannungsteilern
12 bzw. 22 abgegriffenen Spannungen anliegen. Die an den Potentiometern 13 und 23
abgegriffenen Teilspannungen werden über Entkopplungswiderstände 5 an einander gleichen
Abgriffswiderständen 6 addiert. Die an den Spannungsteilern 32 bzw. 42 abgegriffenen
Teile der Spannungen Ur bzw. Un werden über Meßbereichsumschalter 31 bzw. 41 gleichfalls
addiert.
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Die erhaltenen Summenspannungen werden über Klemmen 7 und 8 einer
nicht dargestellten Anzeigevorrichtung für die auf die beiden Ausgleichsebenen bezogenen
Unwuchten zugeführt. Die Anzeigevorrichtung kann in bekannter Weise Wattmeter oder
phasenempfindliche Gleichrichter enthalten.
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Die Potentiometer 13, 23 tragen Skalen, welche sich im wesentlichen
nur über eine Dekade erstrecken. An diesen werden die Abstandsverhältnisse a/b und
c/b ohen Rücksicht auf ihre Zehnerpotenz eingestellt.
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Die Meßbereichsschalter 11, 21 enthalten je zwei Stufenschalter, die
nach Maßgabe der Größenordnung (Zehnerpotenz) von a/b und c/b einstellbar sind und
dann die Verbindung zwischen den Spannungsteilern 12 und æ und den Potentiometern
13 bzw. 23 in der Weise herstellen, daß von dem Spannungsteiler 12 Teilspannungen
gemäß nachstehendem Schema abgegriffen werden: Schema 1
| c |
| a 0,001 0,01 0,1 1 10 |
| 0,001 0,01 0,001 0,0001 |
| 0,01 0,1 0,01 0,001 |
| 0,1 1 0,1 0,01 |
| 1 0,1 |
| 10 |
Für den Meßbereichsumschalter 21 vertauscht sich in dem gleichen Schema a und e.
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Die Meßbereichsschalter 31 und 41 sind ähnlich aufgebaut und schalten
Spannungsteile nach folgendem Schema zu den Widerständen 5 durch:
Schema II
| a |
| c 0,001 0,01 0,1 1 10 |
| 0,001 |
| 0,01 1 |
| 0,1 |
| 1 0,1 |
| 10 0,01 |
Zur Einstellung negativer Werte von »a« oder »c«, die bei sogenannten »fiiegendem«
Auswuchten auftreten, sind die Spannungen U1 und Un an den Klemmen 1 und 2 umpolbar.
Von den Meßbereichsschaltern sind weitere Anzeigemittel steuerbar, die erkennen
lassen, welcher Meßbereich für den Ausschlag des Anzeigeinstrumentes in Frage kommt.
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Die Wirkungsweise der Anordnung kann an zwei Beispielen erläutert
werden.
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Beispiel 1 Es sei a = 0,05, b = 1, c = 5.
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An den Meßbereichsumschaltern wird der Stufenschalter für a auf 0,01,
der Stufenschalter für c auf 1 gestellt. Nach Schema 1 wird dann von dem Spannungsteiler
12 eine Teilspannung von 0,01 U1 abgegriffen, an dem Spannungsteiler 22 eine Spannung
1 Uii.
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Das'ab «-Potentiometer 13 auf auf #5# gestellt, so daß an diesem die
halbe anliegende Spannung abgegriffen wird. Das gleiche geschieht mit dem » -Potentiometer
23. Die Meßbereichsumschalter 31 und 41 greifen nach Schema II an den Spannungsteilern
32 und 42 Teilspannungen 0,1 U1 bzw. 0,1 UII ab.
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An den Ausgangsklemmen 7 und 8 der Rechenschaltung liegen dann Summenspannungen
U, bzw. U2 U1 =0,005 U1 5 0,5 Un + 0,1 U1 und - U2 = 0,005 U1 5 0,5 UII - 0,1 Un.
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Wenn die Skala des Anzeigeinstrumentes so geeicht ist, daß sie bei
U1=a/bUI-c/bUII+U1 die wahre Größe der Unwucht anzeigt, dann muß im vorliegenden
Fall die Anzeige mit dem Faktor 10 multiplizieren. Der Faktor, mit dem die Multiplikation
erfolgen soll, kann durch zusätzliche Anzeigemittel angegeben werden, welche von
einer Schalteranordnung nach Art der Meßbereichsschalter 31 und 41 steuerbar sind.
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Beispiel 2 Es sei a = 0,05, b = 1, c = 50.
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Die Schalter 11 und 21 greifen mit der Einstellung für a von 0,01
und für c von 10 nach Schema 1 0,001 U1 von Spannungsteiler 12 und 1 Un von Spannungsteiler
22 ab. Die Potentiometer 13 und 23 stehen wieder beide auf »5«, wobei jeweils die
halbe
anliegende Spannung abgegriffen wird. Die Schalter 31 und
41 greifen nach Schema II 0,01 UI bzw. 0,01 UII von den Spannungsteilern 32 bzw.
42 ab. Man erhält die Summen spannungen U1 = 0,0005 U1 - 0,5 Un + 0,01 UI, - U2
= 0,0005 U1 - 0,5 Un - 0,01 UII.
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Bei der für Beispiel 1 angenommenen Eichung des Anzeigeinstrumentes
wäre der angezeigte Wert mit dem Faktor 100 zu multiplizieren, um die wahre Unwucht
zu erhalten.