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Verfahren und Einrichtung zur Ermittelung von statischen Momenten.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Ermittlung
der statischen Momente von Prüfkörper: z.B. Maschinenteilen, auf einer dynamischen
Auswuchtmaschine.
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Es ist eeit einiger Zeit bekannt, statische Momente oder Drehmomente
von Maschinenteilen, die zum Einbau in rotierende Arbeits- oder Kraftmaschinen bestimmt
sind, au: einer Auswuchtmaschine su messen. Die Messung der statischen Momente inuß
mit Rücksicht auf den späteren Einbau radius des Prüfkörpers erfolgen, wenn man
nicht Fehler in Kauf nehmen will, die in der Regel so groß sind, daß sie die zulässige
Grenze überschreiten0 Aus diesem Grund mus die für den Prüfkörper bestimmte Aufspannvorrichtung
der Prüfmaachine so konstruiert sein, daß die verschiedensien Einbauabstände berücksichtigt
werden können. Derartige Einrichtungen sind aber umfangreich und kostspielig. Darüberhinaus
erfordern sie einen relativ hohen Au£-wand an Gewicht für die Aufspannung der Prüfkörper
und beeinflussen die empfindlichkeit der Anzeige.
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Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Einrichtung
sur Ermittlung dos statischen Moments von Prüfkörpern zu schaffen, bei der die geschilderten
Nachteile vermieden aind. Die Einrichtung stellt eine universeile und dabei einfache
Einrichtung dar, mit der statische Momente mit größter Präzision zuverlässit ermittelt
werden können.
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Grundlegend für die neue Einrichtung ist ein neues Verfanren, das
den Gegenstand des Hauptanspruchs der
vorliegenden Erfindung bildet
Es besteht erfindungsgemäß d@rin, daß die Messung des statischen Moments als Summe
von mehreren, vorzugsweise von zwei Einzelmomenten erfolgt, wobei durch elektrische
Addition Meßwerte erhalten werden, die den statischen Momenten der Prüfkörper proportional
sind unter Berücksichtigung eines gewünsch@ ten späteren Einbauradius der Prüfkörper.
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Die Einrichtung zur Druchführung des Verfahrens weist einen mechanischen
und einen elektrischen Teil auf. Der mechanische Teil ist gekennzeiohnet durch ein
auf einem Wuchtteller angebachte Aufspannvorrichtung, mittels der der Prüfkörper
und zwei Gegngewichte derart aufgespannt werden, daß die Schwerpunkte zweier Teilmassen
des Prüfkörpers und die beiden Schwerpunkte der Gegengewichte zwei Komponentenrichtungen
bestimmen, die sich auf einer hauptschwerachse des Prüfkörpers schneiden, die zur
durch die Teilschwerpunkte gekenden Schwerachse senkrecht steht, wobei eine den
Wuchtteller tragende Spindel in einer schwingfahigen, auf mit dem Maschinengestell
verbundenen Federn abgestützten Brücke drehbar gelaert ist, deren oberer Teil mit
einem elektrischen Schwingungsaufnehmer in mechanischer Wirkverbindung steht, während
das untere Ende der Spindel über eine Gelenkwelle an einen Winkellagengeber angeschlossen
ist.
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Die mechanische Einrichtung arbeitet mit einer elektrischen Messeinrichtung
zusammen, die zu einem Teil aus dem bereits erwähnten schwingungsaufnehmer und dem
Winkellagengber besteht. Nach einem weiteren Kennzeichen der Erfindung ist der eektrische
Scnwingungsaufnehmer mit swei den Teilmassen des Prüfkörpers zugeordneten Spulen
ausgerüstet, deren durch die Tellerscjhwingungen erregte Spannungen Uber regelbare
Potentiometer, von denen eines mit einem festen, dem Abstand der beiden Schwerpunkte
der Teilmassen entsprechneden Widerstand in Reihe liegt, an die Primärklemmen zweier
Verstärker gelgt
sind, während in zwei Spulen des Winkellagengebers
durch Winkelbewsgungen der Spindel zwei um vorzugsweise 90° versetzte Ströme induziert
wrden, die mit den an den Ausgangsklemmen der Verstärker liegenden Spannungen des
Schwingungsufnehmers in miltiplizierenden Einheiten, z.B. Hallgeneratoren, multipliziert
werden, worauf die Produkte durch Hintereinanderschaltung addiert und einem Meßinstrument
zwecks Anzeige zugeleitet werden.
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In den Abb. 1 und 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfidnung wiedergegeben.
Beide Abb. zeigen in schematische darstellung dem mecnanische und den elektrischen
Teil des Erfindungsgegenstandes und zwar die Abb. 1 eine Draufsicht auf den wuchtteler
und die Abb. 3 in Ansicht einen Längsschnitt durch den gesamten mechaniechen Teil
mit daneben angeordneter darstellung des elektrischen Teils in Form einer Schaltskizze.
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Die Prinzipskizze in der Abb. 2 dient zur Erläsuterung des Meßverfahrens.
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In Abb. 1 ist auf einem Wuchtteller 2 eine Prüfkörper 1 aufgespmnnt.
Perner sind auf dem Teller zwei Gegengewichte, scgendannte Meistergewichte, 3' und
3'' befestigt.
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Mit G1 und G2 sind zwei Teilmassen des Präfkörpers beseichnet, wobei
dei Gesamtmasse des Prüfkörpers G - G1 + G2 ist. das Gewicht 3' dient als Gegenewicht
zur Teilmesse G1 und des Gewicht 3'' als Gegengewicht zur Teilmsese G2. Die Gegengewichte
sind so angebracht, daß die Verbindungslinie ihrer Bchwerpunkte mit den schwearpunkten
der sugec@@eten Teilmassen G1 und G2 zwei Komponcntenric@-Sungen s und w bestimmen,
die sich auf der waagerechten @aupteon@@@@@ches des Prüfkörpere, die durch den Genant-@@huerp@@@@
ß geht, schneiden. Der Drehpunkt des Wuchtteilers @@@ mit 0 beseiehnet, Die Hebelarme
der Teilmassen @, und G in Besung auf die durch 0 gehende Drehachse des @@@chttell@@@
eind mit @' und w' angengeben. P1 und P2
bedeuten die bei der Drehung
auftretenden radial gerichteten Fliehkräfte.
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Die Abb. 3 zeigt, daß sich der Wuchtteller um eine von einer Keilriemenscheibe
5 angetriebenen Spindel, die in Kugellagern 6 und 7 gelagert ist, drehen kann. Die
Kugellegeringe sind in einer Brücke 8 befestigt die mittels an ihr und am maschinengestell
15 angebrachter Federn 11 und 12 schwingfähig gemacht ist. Die von Unwuchtkräften
auf dem Wuchtteler herrührenden Horizontalschwingungen werden über eine Abfühlstange
13 auf einen elektrodynamischen Schwingungsaufnehmer 14 übertragen, dessen Gehäuse
mit einer Wand 15' des Maschinengestells 15 fest verbunden ist. Am unteren Ende
der spindel ist eine Selenkwelle 9 angebracht, die mit einem Winkellgengeber 10
gekuppelt ist.
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Die elektrische Meßeinrichtung besteht zu einem Teil aus dem Sonwingungsaufnehmer
14, der mit zwei Spuien.
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16 und 17 ausgerüstet ist. Die in den spule auftretenden Spannungen
werden über gemeineam regulierbare Potentiometer 18 und 19 Verstärkern 20 und 21
zugeführt. Dabei ist in den Kries der Spule 16 noch ein konstanter Widerstand 16a
eingeschaltet, der den Abstand k der Schwerpunkte der Teilmassen G1 und G2 voneinander
entspricht. Einen zweiten Teil der elektrizchen Meßeinrichtung bildet der Winkellagengeber
10, in dem zwei Spulen angeordnet sind, die mit zwei Spulen 24 und 25 in zwei multiplisierenden
Einheiten 22 und 23, z.B. Hallgenerationren, elsktrisch verbunden sind. den Hallgeneratoren
werden ebenfalls die Spannungen an den Ausgengsklemmen der beiden Verstärker 20
und 21 sugeführt. An die Hallgeneratoren ist schießlich sin Meßinstrument 26 angeschlossen.
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Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung wird zunächst auf
die Abb. 2 verwiesen. Durch den Funkt 0 ist der Drchpunkt der Maschine, in der spater
die Probekörper eingebaut worden, angedeutet. Im Foigenden wird angenommen
daß
es sich bei dieser Maschine um eine Turbine handelt, von der einzelne, z.B. am Turbinenkranz
sitzende Teile als Proberkörper mit der erfindungsgemäßen Einrichtung untersucht
werden sollen. Der Punkt O stellt also sowohl den Drehpunkt des Wuchtteliers in
Abb. 1, als auch den Drehpunkt einer Turbine in Abb. 2 dar. Der große schraffierte
Kreis auf der linken Seite des Drehpunktes in Abb.
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2 deutet die Gesamtmasse G = G1 + G2 des Probekörpers an, während
die kleinen schraffierten Kreise auf der rechten Seite des Drehpunktes die zwei
Teilmassen des Probekörpers darstellen. Der Hebelarm R' entspricht dem wirklichen
Abstand des Gesamtsochwerpunktes des Probekörpers von Drehpunkt der Turbine, während
k den Abstand der Schwerpunkte der beiden Teilmassen und R den wirklichen abstand
des Teilschwerpunktes G1 vom Drehpunkt der Turbine darstellt.
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Mit Hilfe der Einrichtung nach der Effindung ist es möglich, die
Teilschwerpunkt der Massen G1 und G2 als Differenzbeträge zu G1' und G2' festzustellen.
Zu beachten ist, daß die Lage des Probekdrpers 1 auf dem Wuchtteller 2 nicht der
Einbaulage in der Turbine entspricht. Die Einzelmomente auf der Auswuchtmaschine
betragen Ms = G1 s' und MW = G2 w', Dabei werden G1' und G2' zu Null angenommen.
Die einzelnen Momente werden nun als elektrisol Spannungsgrößen auf der Auswuchtmaschine
festgestellt und durch Justierung der Potentiometer 18 und 19 mit geeichter Sakala
so v@rändet, daß der Abstand s' zu R und der Abstand w' zu R+k wird, so daß das
statische Moment, das auf der Auswuchtmaschine gemessen wird, nunmehr der Gleichung
MT = G1 . R + G2. (R + k) entspricht.
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Für das resultierende Moment ergibt sich MT = R' (G1+G2) + R' G,
wobei R' = R+r ist. Setzt man für r den G@ . k Wert ein, so erhält man die Gleichung
G + G2 MT = ( R+) (G1 + G2), die nach entsprechender G1 + G2 Umformung mit der Gleichung
MT = G1. R + G2 (R + k) identisch ist.
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Die zufolge der Gewichtsabweichung der Gegengewichte 3' und 3'' von
G1 und G2 in den Spulen 16 und 17 erzeugten Spannungen werden über die gemeinsam
regulierbaren Potentiometer 18 und 19 den Verstärkern 20 und 21 zugeführt. Die in
den Spulen des Schwingungsaufnehmers 14 induzierten Ströme werden hinter den Verstärkern
20 und 21 in den Hall-Generatoren 22 und 23 mit den beiden um 900 versetzten Strömen
des Winkellagengebers multipliziert.
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Die Produkte aus beiden Spannungen werden durch Hintereinanderschaltung
addiert und dem meßinstrument 26 zugeführt.
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Das Msßinstrument zeigt demnach einen Wert an, der dem statischen
Moment nach der Gleichung liT = G1 . R + G2 (R + k) proportional ist. Die Eiohung
der Meßeinrichtung geschieht in bekannter Weise naeh Meister.
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Besonders vorteilhaft erweist sich die erfindungsgemäße Einrlchtung,
wenn es sich darum handelt, die statischen Moment. einer großen Anzahl gleichartiger
Prüfkörper zu ermitteln. In diesem Falle wird zunächst aus der groben Anzahl der
gleichartigen Prüfkörper ein Körper, dessen Formgenauigkeit ein Optimum aufweist,
aufgespannt und mit den Meistergweischten 3' und 3'' auf Null abeglichen.
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Anscließend werden die anderen Prüfkörper der Reihe nach aufgespannt.
Die Messung erfordert jetzt nur noch die Fest stellung der Größe einer Abweichung
nach Plus oder Minus.
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Auf diese Art können die Prüfkörper in einem schnell durch zuführenden
Verfahren nach Maßgenauigekit aussortiert und gruppiert werden.