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Vorrichtung zum Auswuchten von rotierenden Prüflingen Zur Bestimmung
von Unwuchten an umlaufenden Körpern werden nach dem heutigen Stand der Technik
vorzugsweise elektrisch messende Einrichtungen verwandt, bei denen die Unwuchtwirkungen
an den Lagerstellen des umlaufenden Prüfkörpers, d. h.
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Kräfte oder Bewegungen in analoge elektrische Größen umgewandelt werden.
Da die Kräfte oder Bewegungen an diesen Lagerstellen jedoch nicht nur von den den
Prüfkörper anhaftenden Unwuchten hervorgerufen werden, sondern auch beispielsweise
durch Unrundheit der Lagerzapfen, durch den Antrieb - insbesondere bei elektrischen
Drehfeld- und Druckluftantrieben -, nicht zuletzt auch durch Störgrößen, die beispielsweise
durch der Auswuchtmaschine benachbart stehende unruhig laufende sonstige Maschinen
in die Auswuchtmaschine einwandern können, müssen durch besondere Einrichtungen,
die durch Unwucht bewirkten Kräfte oder Bewegungen der Lagerstellen von den nicht
unwuchtbedingten getrennt werden.
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Hierzu zieht man aus der Tatsache Nutzanwendung, daß durch Unwucht
hervorgerufene Kräfte oder Bewegungen stets drehzahlfrequent sind, während die Frequenzen
der Störgrößen, von wenigen Ausnahmen abgesehen, nicht mit der Drehzahl des Prüfkörpers
übereinstimmen. Zur Durchführung dieser Trennung werden bei der Unwuchtmessung Filtereinrichtungen
verwandt, die eine selektive Aussiebung der drehzahlfrequenten Schwingungen gestatten,
nicht drehzahlfrequente Schwingungen hingegen unterdrücken.
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Zur Aussiebung der drehzahlfrequenten Schwingungen aus einem Schwingungsgemisch
haben sich im wesentlichen zwei Verfahren bewährt: Das erste Verfahren bedient sich
zur Aussiebung der Störgrößen eines als Filterkreis dienenden Resonanzkreises, der
auf die Auswuchtdrehzahl abgestimmt wird. Dieser als Geradeausverfahren zu bezeichnende
Weg hat den Vorteil, daß die von Störgrößen gereinigte Meßsp annung drehzahlfrequent
und, bei exakt durchgeführter Filtereinstellung, ein genaues elektrisches Analogon
der mechanischen Unwuchtwirkung ist. Hierdurch bietet sich beispielsweise durch
Steuerung eines Lichtblitzstroboskops mit dieser Meßspannung die Möglichkeit einer
Ablesung der Unwuchtlage unmittelbar auf dem mit einem Zahlenband als Skala versehenen
Prüfkörper.
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Bei Steuerung funkenerosiver Einrichtungen mit dieser von Störgrößen
gereinigten Meßspannung besteht weiterhin die Möglichkeit, die Unwuchtlage durch
gesteuerten Funkenüberschlag auf dem zur Messung umlaufenden Rotor zu markieren,
was für
den nachfolgend vorzunehmenden Massenausgleich erhebliche Erleichterungen
bietet. Das Geradeausverfahren mit Resonanzkreisen hat jedoch den Nachteil, daß
eventuelle Schwankungen der Prüfkörperdrehzahl Fehler in der Anzeige der Unwuchtlage
nach sich ziehen. Bekanntlich bewirkt ein Resonanzkreis bei exakter Abstimmung auf
die Erregerfrequenz eine eineichbare Phasenverschiebung von 900. Beim Schwanken
der Wuchtkörperdrehzahl wird diese Abstimmung gestört und damit die eingeeichte
Phasenverschiebung verändert.
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Um diese Nachteile zu vermeiden, ist es bereits bekannt, die Drehzahl
des Prüflings auf einen festen Wert einzuregeln. Hierzu wird z. B. über eine fotoelektrische
Einrichtung ein drehzahlfrequenter Impuls vom Prüfling abgenommen und die Frequenz
dieses Impulses durch entsprechende elektrische Einrichtungen in eine elektrische
Größe, z. B. einen Strom, umgewandelt, der die Drehzahl steuert. Diese bekannte
Einrichtung kann also nur bei einer bestimmten festliegenden Frequenz arbeiten,
was für manche Anwendungszwecke von Nachteil ist.
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Das zweite Verfahren zur Aussiebung der drehzahlfrequenten Schwingung
aus einem Schwingungsgemisch bedient sich der Überlagerung der aus den Unwuchtwirkungen
bewirkten elektrischen Größen mit einer der Rotordrehung synchronen Spannung.
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Als bevorzugtes Überlagerungsverfahren ist das Wattmeterverfahren
bekannt. Diese Überlagerungsverfahren weisen eine wesentlich geringere Drehzahlabhängigkeit
auf als das oben beschriebene Geradeausfahren. Sie haben jedoch den Nachteil, daß
zur Gewinnung der Vergleichsspannung ein Generator an die Welle des Prüfkörpers
angekuppelt werden muß. Erfolgt diese Ankupplung des Hilfsgenerators mechanisch,
so müssen relativ große Genauigkeitseinbußen
hingenommen werden.
Der angekuppelte Generator bzw. dessen Kupplung bewirken drehzahlfrequente Schwingerregungen
und täuschen damit scheinbare Unwuchten vor. Da diese Störgröße drehzahlfrequent
ist, läßt sie sich nicht durch die besprochenen Mittel zur Aussiebung von Fremdstörungen
eliminieren und begrenzt durch ihren verfälschenden Einfluß des Meßergebnisses bei
kleinen Unwuchten die Genauigkeit des Verfahrens. Erfolgt die Ankupplung des Generators
elektrisch, beispielsweise durch fotoelektrische Abtastung einer den halben Rotorumfang
bedeckenden Farbmarkierung, so hat dieser Weg, abgesehen von dem relativ großen
Aufwand, zur Folge, daß die geringere Drehzahlabhängigkeit des Überlagerungsverfahrens,
um dessentwillen es letztlich eingeführt wurde, eine wesentliche Verschlechterung
erfährt. Die abgetastete Vergleichsspannung ist eine Rechteckspannung, die neben
der Grundfrequenz der Prüflingdrehzahl sämtliche ungeraden Harmonischen enthält.
Das Ziel, nur die drehzahlfrequenten Schwingungen zur Anzeige zu bringen, wird damit
nicht erreicht. Schaltet man jedoch Filter zur Beseitigung der Oberwellen der Vergleichsspannung
ein, so tritt wieder eine Drehzahlabhängigkeit größeren Umfanges ein. Abgesehen
von diesem Nachteil ist bei fotoelektrischer Abtastung erforderlich, eine möglichst
genaue, den Rotorumfang um 1800 bedeckende Schwarzweißmarkierung anzubringen. Da
sich die nachherige Winkelablesung auf diese Markierung und insbesondere die ubergangsstelle
von Weiß nach Schwarz bzw. Schwarz nach Weiß bezieht, muß diese Markierung mit Sorgfalt
angebracht werden, was die Handhabung dieses Verfahrens etwas umständlich macht.
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Die Überlagerungsverfahren haben darüber hinaus gegenüber den Geradeausverfahren
den wesentlichen Nachteil, daß eine Ablesung der Unwuchtlage auf dem Rotor selbst
oder gar eine elektroerosive Markierung auf dem Rotor nicht möglich ist. Die Anzeige
der Unwuchtlage muß auf einem Instrument oder einer Winkelskala erfolgen. Die hiervon
abgelesenen Werte müssen erst auf den Rotor übertragen werden, wodurch, abgesehen
von anderen Fehlern, vor allem Übertragungsfehler unterlaufen können. Durch solche
Fehler aber wird die Treffsicherheit der Unwuchtfindung erschwert und damit unter
Umständen die Wuchtzeit verlängert.
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Aufgabe der Erfindung ist es, das Geradeausverfahren so auszugestalten,
daß jede beliebige Unwuchtdrehzahl eingestellt werden kann und dabei gleichzeitig
automatisch die Übereinstimmung von Resonanzfrequenz des Filters und Drehzahlfrequenz
hergestellt wird.
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Die Erfindung geht von einer Vorrichtung zum Auswuchten von rotierenden
Prüflingen mit elektrischen Meßgebern zur Bestimmung der Unwuchtwirkung sowie mit
einem den Meßgebern nachgeschalteten, als Filterkreis dienenden, auf die Drehzahlfrequenz
abgestimmten Resonanzkreis und einer Einrichtung, welche die Prüflingsdrehzahl als
elektrische Größe wiedergibt, aus. Sie besteht darin, daß eine weitere Einrichtung
vorgesehen ist, die die Resonenzfrequenz des Filterkreises als elektrische Größe
wiedergibt und daß eine Vergleichseinrichtung für die beiden elektrischen Größen
eine Regelspannung erzeugt, die entweder die Resonanzfrequenz des Filterkreises
oder die Prüflingsdrehzahl selbsttätig auf Übereinstimmung von Resonanz- und Dreh-
zahlfrequenz
nachregelt und daß die nicht nachgeregelte Größe einstellbar ist.
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Als bevorzugte Art der Überwachung der Filtereinstellung wird ein
mit der Filtereinstellvorrichtung gekuppelter elektrischer Frequenzgenerator benutzt.
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Dieser Generator kann so beschaffen sein, daß die von ihm abgegebene
Frequenz mit derjenigen übereinstimmt, auf die das Filter jeweils eingestellt ist.
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Der Generator kann aber auch so beschaffen sein, daß die von ihm abgegebene
Frequenz ein ganzzahliges Vielfaches oder ein ganzzahliger Bruchteil derjenigen
Frequenz ist, auf die das Filter jeweils eingestellt ist.
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Zur Abtastung der Prüflingsdrehzahl wird der Prüfling oder eine mit
ihm phasensynchron umlaufende Einrichtung mit einer Markierung versehen, die fotoelektrisch,
kapazitiv, induktiv oder auch radioaktiv abgetastet werden kann. Bringt man eine
Marke auf dem Prüfling an, so entspricht die Anzahl der von der Abtasteinrichtung
abgegebenen Signale pro Zeiteinheit der Prüflingsdrehzahl. Sind mehrere Marken vorhanden,
so entspricht die Anzahl der von der Abtasteinrichtung abgegebenen Signale einem
entsprechenden Vielfachen der Prüflingfrequenz.
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Die beiden elektrischen Größen, d. h. die die Filtereinstellung kennzeichnende
Größe und die die Drehzahl kennzeichnende elektrische Größe werden, wie erwähnt,
einer Vergleicherstufe zwecks Erzeugung einer Regelspannung zugeführt.
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Die Erfindung sei an Hand der Abbildung näher beschrieben.
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Der Wuchtkörper 1 ist in seinen Meßlagern 2 aufgenommen, von denen
der Anschaulichkeit halber nur eines gezeichnet ist. Er wird vom Motor 3 mittels
eines um seine Peripherie gelegten Bandes 4 angetrieben. Die auf das Lager bezogene
Unwuchtwirkung, d.h. Bewegung oder Wechselkraft, wird mittels des Wandlers 5 in
eine der Unwuchtwirkung korrespondierende elektrische Wechselspannung umgewandelt.
Die von dem Wandler abgegebene Wechselspannung beinhaltet jedoch nicht nur unwuchtbedingte
Anteile, sondern, wie beschrieben, auch Störanteile mit anderen als der Drehzahl
entsprechenden Frequenzen. Sie wird deshalb dem Filterkreis 6 zugeführt, der bei
richtiger Einstellung die drehzahlfrequenten Anteile der Meßspannung ungedämpft
passieren läßt, Wechselspannungen mit anderen Frequenzen jedoch unterdrückt. Die
gesiebte Spannung wird in bekannter Weise mittels eines Verstärkers 7 verstärkt
und als Maß für die Unwuchtgröße auf dem Instrument 8 angezeigt. An den Verstärker
ist ein Impulsformer 9 angeschlossen, der in an sich bekannter Weise eine Stroboskoplampe
10 zur Messung der Unwuchtlage steuert.
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Mit dem verstellbaren und die Durchlaßfrequenz des Filters bestimmenden
Glied ist ein exakt gleichartiges frequenzbestimmendes Glied 11 gekoppelt, dem ein
über dieses Glied rückgekoppelter Verstärker 12 nachgeschaltet ist. Infolge der
Rückkopplung schwingt der Verstärker, und zwar mit einer Frequenz, die durch das
Regelglied 11 bestimmt ist.
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Durch die gleichartige Ausbildung des Filterkreises 6 und des Regelgliedes
11 ist die Frequenz des aus den Teilen 11 und 12 gebildeten elektrischen Wechselspannungsgenerators
gleich der Abstimmfrequenz des Filters. Die von dem Generator 11, 12 abgegebene
Wechselspannung wird in einem Impulsformer
13 in bekannter Weise
in Impulse verwandelt.
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Der hierbei entstehende negative Impuls wird durch den Wandlerl4 umgedreht,
und es wird mit der resultierenden Impulsspannung ein aus der Regelungstechnik her
geläufiger monostabiler Multivibrator 15 gesteuert. Der Multivibrator gibt im Rhythmus
der Impulse Rechteckspannungen ab, deren Mittelwert in dem Integrationsglied 16
gespeichert wird.
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Die in diesem Integrationsglied gespeicherte Spannung ist der Generatorfrequenz
und damit der Einstellfrequenz des Filters proportional.
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Die Abtastvorrichtung 17 tastet eine auf dem Prüfling angebrachte
Marke ab und erzeugt Signale, deren Frequenz der Prüflingsdrehzahl entspricht.
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Diese Signale werden in einem Verstärker 18 verstärkt und dann in
gleicher Weise über Impulsformer 19, Impulswandler20, monostabilen Multivibrator
21 und Integrationsglied 22 weiterverarbeitet, wie es mit der Generatorspannung
der Fall war. Die in dem Integrationsglied 22 gespeicherte Spannung ist in diesem
Fall der Drehfrequenz des Prüflings proportional.
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Die Spannungen der Integrationsglieder 16 und 22 werden in der Vergleicherstufe
23 miteinander verglichen. Ist die Spannung in 16 größer als in 22, so entsteht
in der Vergleicherstufe 23 eine Regelspannung bestimmter Polarität. Ist dagegen
die Spannung in 22 größer als in 16, so hat die Regelspannung umgekehrte Polarität.
Die so gewonnene Regelspannung wird durch einen Verstärker 24 verstärkt und dient
erfindungsgemäß der gegenseitigen Abstimmung zwischen Filtereinstellung und Prüflingsdrehzahl.
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Um bei Gleichheit zwischen Prüflingsfrequenz und Generatorfrequenz
Schwebungen zu vermeiden, kann der Generator in seiner abgegebenen Frequenz um einen
bestimmten und vorgegebenen Betrag gegenüber der Filtereinstellfrequenz verlagert
sein, d.h., es besteht eine feste Differenzfrequenz zwischen Filter und Generator.
Der Einfluß dieser Differenzfrequenz, die sich in einer ihr entsprechenden Spannungsdifferenz
im Integrationsglied 16 niederschlägt, kann durch eine gegenphasige Gleichspannung
im Integrationsglied 16 oder in der Vergleicherstufe 23 kompensiert werden.
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In dem Beispiel laut Abbildung wird mit der Regelspannung ein Nachstellmotor
25 gesteuert, der den an das Wechselstromnetz angeschlossenen Regeltransformator
26 so lange nachstellt, bis der Antriebsmotor 3, der über den Gleichrichter 27 an
den Regeltransformator 26 angeschlossen ist, eine Antriebsdrehzahl erreicht hat,
die den Prüfling 1 mit der vorgegebenen Drehzahl betreibt.
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Die Regelspannung kann auch zur Steuerung eines Nachstellmotors dienen,
der die Filtereinstellung korrigiert. Weiterhin kann mit Hilfe der Regelspannung
die Druckluftzufuhr bei Druckluftantrieben von Prüflingen, insbesondere bei Kreiselantrieben,
gesteuert werden.
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Sind im Filterkreis Reaktanzröhren als frequenzbestimmende Glieder,
so kann die Filternachstellung durch Veränderung der Kenngrößen dieser Röhren vermittels
der Regelspannung erfolgen.
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Sind im Filterkreis an sich bekannte, heizbare NTC-Widerstände eingebaut,
so kann deren Temperatur und damit die frequenzbestimmende Widerstandsgröße durch
die Regelspannung korrigiert werden.
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Weiterhin kann die Regelspannung zur Regelung gesteuerter Gleichrichter,
z. B. Thyratrons, im Motor-
kreis verwandt werden, um so die Prüflingdrehzahl der
Filtereinstellung anzupassen.
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Letztlich kann die Regelspannung auch zur Steuerung der Drehfeldstärke
bei Drehfeldantrieben, wie sie in der Auswuchttechnik bekannt sind, dienen.
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Generell gesehen bietet die Regelung der Prüflingsdrehzahl die größeren
praktischen Vorteile, da die Auswuchtdrehzahl durch Einstellung nur eines einzigen
und mit einer Drehzahlskala versehenen Drehknopfes beliebig gewählt werden kann,
wobei automatisch auch das Filter auf diese Frequenz eingestellt ist. Der hierzu
erforderliche Aufwand, d. h.
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Einsatz von Impulsformern, Impulswandlern, monostabilen Multivibratoren,
Integrationsgliedern und Vergleichs stufen ist relativ gering, da diese Elemente
in der Regelungstechnik vorhanden und als digitale Bausteine international standardisiert
sind.