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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auswuchten von Rotoren fest auf einer rotierenden Welle angeordneten Rotoren mit einer Messeinrichtung, um einen Unwuchtvektor nach Größe und Richtung zu bestimmen, sowie mindestens zwei über ihren Umfang eine ungleichmäßige Massenverteilung aufweisende Auswuchtringe, die mit dem Rotor umlaufend gelagert sind und mittels stationären Stelleinrichtungen berührungslos in Umfangsrichtung drehbar sind, die jeweils wenigstens eine Spule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes aufweisen, die mit den Auswuchtringen ein nach Art einer Wirbelstrombremse arbeitendes System bilden, wobei die Auswuchtringe zwecks Massenausgleich verstellbar sind.
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Aus der
DE 43 37001 C2 ist eine derartige Wuchtmaschine bekannt, bei der die Verstellung von Unwuchtmassen oder Auswuchtringen bei laufendem Betrieb durchführbar ist. Diese Vorrichtung dient zum Auswuchten eines fest auf einer rotierenden Welle angeordneten Rotors mit zwei über ihren Umfang eine ungleichformige Massenverteilung aufweisende Auswuchtringe, die mit dem Rotor umlaufend axial nebeneinander gelagert sind, und mittels Stelleinrichtung berührungslos in Umfangsrichtung drehbar sind. Die Auswuchtringe bilden die Läufer von Elektromotoren, die durch zugeordnete, als Feldwicklungen wirkende Magnetspulen solange verstellbar sind, bis der notwendige Massenausgleich erfolgt ist. Die Magnetspulen sind stationär an einem feststehenden Teil oder Gehäuse der Auswuchteinheit angeordnet. Die Magnetspulen liegen radial außerhalb der Auswuchtringe in dem Gehäuse. Bei dieser Vorrichtung lassen sich die Auswuchtringe bei laufender Maschine verstellen, so dass auftretende Unwuchten auch bei laufender Maschine wieder ausgeglichen werden können.
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Aus der
US-A-5,757,662 ist eine elektromagnetisch betätigte Kompensationseinrichtung der oben genannten Art bekannt, die nach dem Prinzip eines Elektromotors funktioniert. Die Vorrichtung weist eine Vielzahl am Umfang von Auswuchtringen angeordnete Magnetkreise auf, die teilweise von den Auswuchtringen und teilweise von Polplatten und einer Steuereinheit gebildet werden, mit der der Magnetfluss durch die Kreise selektiv unterbrochen werden kann, so dass die Auswuchtringe in einer gewünschten Weise verstellt werden können, um eine etwaige Unwucht in dem Werkstück zu kompensieren. Insbesondere weist die bekannte Vorrichtung eine Einrichtung zur Messung der Unwucht, eine Vielzahl beweglicher Auswuchtringe, die jeweils eine Vielzahl am Umfang angeordnete Magnete aufweist, die eine entsprechende Anzahl von Magnetfeldern erzeugen, eine Vielzahl von Polplatten, die in Bezug auf die Auswuchtringe stationär sind und die die zusammenwirkenden Auswuchtringe trennen, wobei eine Vielzahl von Polplatten die Vielzahl von Magnetfeldern empfängt, und eine Steuerungseinrichtung zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes auf, welches die Magnetfelder der Dauermagneten selektiv unterbricht, um den Auswuchtring zu bewegen.
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Aus
DE 299 13 630 U1 ist eine Vorrichtung zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine bekannt mit einer Antriebsspindel, einer Werkstückaufnahmeeinrichtung und einer Wuchteinheit, in der zwei Gegengewichtrotoren verstellbar gelagert sind, wobei ein Unwuchtvektor von Schwingungssensoren über die Schwingungsamplitude und den Phasenwinkel der von der Unwucht erzeugten Schwingung gemessen und über einen adaptiven Regelkreis die Wuchteinheit derart angesteuert wird, dass der Unwuchtvektor durch die Wuchteinheit kompensiert oder auf ein Minimum gebracht wird. Diese Vorrichtung umfasst eine Positions-Bestimmungseinheit in dem adaptiven Regelkreis, durch die die Ist-Position der Gegengewichtrotoren nach der Kompensation erfasst wird, und eine Recheneinheit in dem adaptiven Regelkreis, mit der aus der Position der Gegengewichtrotoren die Unwuchtgröße und die Unwuchtwinkellage eines Unwuchtvektors berechnet wird.
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Aus
DE 197 43 578 A1 ist ferner ein Verfahren zum Auswuchten eines Rotationskörpers mit einem Wuchtapparat, der eine Verstelleinheit zum Verstellen von Kompensationsmassen aufweist, bekannt, bei der die Kompensationsmassen in ihre Nullpositionen gebracht werden, in denen sich die von ihnen erzeugten Unwuchtvektoren gegenseitig aufheben. Sodann wird der dann vorhandene Unwuchtvektor V1 nach Größe und Richtung gemessen. Wenigstens eine der Kompensationsmassen wird um einen beliebigen Winkel verstellt oder ihr Abstand von der Rotationsachse wird verstellt, wobei eine zusätzliche Unwucht mit einem Kalibrierungs-Unwuchtvektor V2 erzeugt wird. Der Winkel der Verstellung oder die Verstellung des Abstandes wird erfasst. Sodann wird der vorhandene Gesamt-Unwuchtvektor V3 nach Größe und Richtung gemessen, und aus dem Unwuchtvektor V1 und dem Gesamt-Unwuchtvektor V3 wird der Kalibrierungs-Unwuchtvektor V2 berechnet, wobei das System aus Wuchtapparat und Rotationskörper kalibriert ist. Schließlich werden die Kompensationsmassen derart verfahren, dass der Unwuchtvektor V1 kompensiert wird.
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Im Hinblick auf den oben diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Unwuchtkompensation bereitzustellen, bei der die Auswuchtringe bei der Beschleunigung bzw. Abbremsung des Rotors sicher gehalten werden, jedoch bei laufendem Rotor mit möglichst geringem Steuerungsaufwand auch sicher verstellt werden können.
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Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auswuchtringe drehbar auf einem mit dem Rotor verbundenen Joch aus nicht-magnetischem Material angeordnet sind, in dem wenigsten eine Dauermagnet-Einrichtung eingelagert ist, die mit einer Profilierung an den Auswuchtringen zusammenwirkt und diskrete, stabile Haltepositionen bildet. Durch das Zusammenwirken der Dauermagnet-Einrichtung in dem Joch mit den Profilierungen in den Auswuchtringen kann eine sichere Halterung der Auswuchtringe bei Beschleunigungen oder Verzögerungen des Rotors sichergestellt werden. Darüber hinaus ergibt sich durch die Kombination der Wirbelstrombremse zwischen der Stelleinrichtung und den Auswuchtringen mit der Halterung der Auswuchtringe an dem Joch durch Dauermagnete eine vereinfachte Ansteuerung, in dem die Wirbelstrombremse nur ein- und ausgeschaltet werden muss, um den betreffenden Auswuchtring gegen die Drehrichtung des Rotors zu verstellen. Diese Ansteuerung ist insbesondere gegenüber der Ansteuerung, die in der
US-A-5,757,662 erforderlich ist, wesentlich vereinfacht, weil dort eine differenzierte Ansteuerung der Magnetkreise erforderlich ist, um das Elektromotorprinzip zu verwirklichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Joch einen radialen Jochring aufweist, der zwischen den Auswuchtringen angeordnet ist. Im Prinzip könnte jedem Auswuchtring ein eigener Jochring zugeordnet werden. Durch die vorliegende Ausgestaltung der Erfindung wird der Bauaufwand verringert, weil ein einziger Jochring ausreicht, um die beiden Auswuchtringe festzustellen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, an dem radialen Jochring seitliche in Achsrichtung des Rotors verlaufende Ansätze vorgesehen sind, an denen die Auswuchtringe über Drehlager gelagert sind. Durch diese Ausgestaltung kann die Auswuchtvorrichtung als kompakte Baueinheit ausgebildet werden, die als ganzes dann auf dem Rotor montiert wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtringe mittels Flachkäfig-Nadellagern an dem Joch gelagert sind. Flachkäfig-Nadellager als Wälzlager mit besonders niedriger Bauform sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Auswuchtvorrichtung sehr klein ausgeführt werden muss, beispielsweise, wenn der auszuwuchtende Rotor eine kleine Bauform hat.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtringe mittels Dünnringlagern an dem Joch gelagert sind. Dünnringlager sind hochpräzise Kugellager mit axialer Führung. Sie sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn verhältnismäßig große Rotoren mit einem kompakten Auswuchtsystem ausgewuchtet werden sollen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnet-Einrichtung an dem Joch einzelne Dauermagnete aufweist, die über den Umfang des Jochs verteilt sind. Jeder der Dauermagnete wirkt dann mit einer Profilierung an den jeweiligen Auswuchtringen zusammen, so dass beispielsweise bei 360 am Umfang des Jochs verteilten Dauermagneten 360 stabile Haltepositionen erzeugt werden, die jeweils um ein Winkelgrad auseinander liegen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnet-Einrichtung an dem Joch einen Ringmagneten aufweist, der axial magnetisiert ist. Ein Ringmagnet als Alternative zu einzelnen Dauermagneten bietet den Vorteil eines einfachen Einbaus.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung an den Auswuchtringen den Dauermagneten gegenüberliegende Ausnehmungen oder Bohrungen an den Auswuchtringen aufweisen. Die Profilierungen, die zum Ausbilden der Magnetkreise dienen, können in einfacher Weise aus Ausnehmungen oder Bohrungen an den Auswuchtringen bestehen, so dass hier kein besonderer Bearbeitungsaufwand entsteht.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung als die Rotoren umgebender Ring ausgebildet ist. Durch die Ausbildung der Stelleinrichtung als die Rotoren umgebender Ring wird der gesamte Außenumfang der Rotoren durch die Wirbelstrombremse beeinflusst, wodurch die zur Verfügung stehende Kraft der Wirbelstrombremse voll ausgenutzt wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung als ein die Rotoren teilweise umgebendes Ringsegment ausgebildet ist. In einigen Anwendungsfällen, insbesondere wenn die Beschleunigung und Verzögerung des Rotors im Betrieb verhältnismäßig kleine Beträge haben, beispielsweise, weil die Drehzahl des Rotors niedrig ist, kann es ausreichen, wenn die Stelleinrichtung ein die Rotoren teilweise umgebendes Ringelement ausgebildet ist, wobei dann Material und Bearbeitung eingespart wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtungen aus zwei magnetisch leitenden Ringteilen bestehen, die jeweils am Innenumfang Polansätze haben, die im zusammengesetzten Zustand abwechselnd unter den gegenüberliegenden Ringteil zur Bildung abwechselnder Pole vorstehen, und dass jede Stelleinrichtung eine Ringspule aufweist, die zwischen den Ringteilen angeordnet ist. Durch die Spule und die Polansätze der Ringteile werden in einfacher Weise die Magnetfelder erzeugt, die zusammen mit den Profilierungen an den Auswuchtringen die Wirbelstrombremse verwirklichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung U-förmige Magnete mit über dem Innenumfang der Stelleinrichtung abwechselnden Polen aufweist, und dass den Magneten elektrische Spulen zugeordnet sind, durch die das elektromagnetische Feld der Stelleinrichtung ein- und auszuschalten ist. Diese Ausgestaltung der Stelleinrichtung ist besonders vorteilhaft bei Auswuchtvorrichtungen, die zum Wuchten von Rotoren des Schwermaschinenbaus mit hohen Unwuchtkräften, beispielsweise für Turbinen und Generatoren, erforderlich sind, weil der Stator dann in Segmente unterteilt werden kann, die an dem Betreffenden Rotor (Turbine oder Generator) angebracht werden kann, ohne den Rotor aus seinem eingebauten Zustand, beispielsweise in einem Kraftwerk, ausbauen zu müssen.
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Die Erfindung betrifft auch ein adaptives System zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine, die eine Antriebsspindel, eine Werkstückaufnahmeeinrichtung und eine Wuchteinheit aufweist, wobei ein Unwuchtvektor von Schwingungssensoren über die Schwingungsamplitude und den Phasenwinkel der von der Unwucht erzeugten Schwingung gemessen und über einen adaptiven Regelkreis die Wuchteinheit derart angesteuert wird, dass der Unwuchtvektor durch die Wuchteinheit kompensiert oder auf ein Minimum gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wuchteinheit eine Vorrichtung der vorstehend beschriebenen Art ist. Das adaptive System, in dem die Wuchtvorrichtung der oben beschriebenen Art integriert ist, ist besonders vorteilhaft, um Rotoren auszuwuchten, während diese drehbar angetrieben sind, das heißt, dass der Rotor ausgewuchtet werden kann, ohne ihn still zu setzen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System gekennzeichnet durch eine Positions-Bestimmungseinheit in dem adaptiven Regelkreis, durch die die Ist-Position der Auswuchtringe zu bestimmen ist. Obwohl die Ist-Position der Auswuchtringe auch durch Aufzeichnen der Historie der Verstellung der Auswuchtringe ermittelt werden kann, ist eine Positions-Bestimmungseinheit vorteilhaft, weil hier das Aufzeichnen einer Historie nicht erforderlich ist. Außerdem ist eine derartige Positions-Bestimmungseinheit genauer, da auch unbeabsichtigte Verstellungen der Auswuchtringe mit erfasst werden können.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System dadurch gekennzeichnet, dass die Positions-Bestimmungseinheit wenigstens einen Magneten an dem Rotor und einen auf den Magneten ansprechenden Sensor in der Stelleinrichtung sowie eine die Reluktanz des Auswuchtringes verändernde, örtlich definierte Einrichtung und einen auf die Reluktanz des Auswuchtringes ansprechenden Sensor in der Stelleinrichtung aufweist. Mit dieser Anordnung kann sowohl die Ist-Position der Auswuchtringe auf einfache Weise festgestellt werden, als auch kann der Bezug der Lage der Auswuchtringe mit einem Referenzpunkt dazu festgestellt werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System gekennzeichnet durch eine Recheneinheit in dem adaptiven Regelkreis, mit der aus der Position der Gegengewichtrotoren die zur Kompensation des Unwuchtvektors erforderliche Verstellung der Auswuchtringe berechnet wird. Mit dieser Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise beispielsweise das Verfahren durchgeführt werden, das in der oben erwähnten
DE 19743578 A1 beschrieben ist, so dass statt einer Versuchs- und Fehler-Methode eine gezielte Verstellung der Auswuchtringe möglich wird.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Wuchtebenen mehrere Wuchteinheiten entsprechend den Wuchtebenen angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Wuchtvorrichtung kann in vorteilhafter Weise nicht nur zum Auswuchten von Rotoren in einer Wuchtebene sondern auch zur Auswuchtung von Rotoren in mehreren Wuchtebenen verwendet werden, in dem die erfindungsgemäße Auswuchtvorrichtung an geeigneten Stellen entlang der Achse des Rotors angeordnet werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen.
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In der Beschreibung, in den Ansprüchen und in der Zeichnung werden die in der unten aufgeführten Liste der Bezugzeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugzeichen verwendet. In der Zeichnung bedeutet:
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1 ein System zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine zeigt;
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2 eine vergrößerte Detaildarstellung der Wuchteinheit 4 von 1 zeigt;
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3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie III-III von 2 ist;
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4 eine Schnittdarstellung durch eine Stelleinrichtung und den zugeordneten Auswuchtring senkrecht zu dem Schnitt in 3 ist;
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5 eine Seitenansicht eines Auswuchtrings zeigt;
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6 eine Seitenansicht des Joches zeigt;
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7 eine schematische Darstellung einer Stelleinrichtung und eines Auswuchtrings ist, wobei die Stelleinrichtung Magnete aufweist;
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8 eine schematische Darstellung der elektromagnetischen Feldlinien der Wirbelstrombremse zwischen der Stelleinrichtung und dem Auswuchtring zeigt;
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9 eine schematische Darstellung ist, die die magnetische Halterung der Auswuchtringe an dem Joch zeigt;
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10 eine Explosionsdarstellung der Stelleinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt;
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11 eine Stelleinrichtung zeigt, die U-Magnete aufweist;
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12 eine Explosionsdarstellung ist, die eine Wuchtvorrichtung mit Dünnringlagern zeigt;
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13 eine Explosionsdarstellung der Auswuchtvorrichtung zeigt, die Flachkäfig-Nadellager umfasst, und
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14 eine Explosionsdarstellung einer teilbaren Auswuchtvorrichtung zeigt, die Flachkäfig-Nadellager umfasst.
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1 zeigt schematisch ein System, das eine Antriebsspindel 2 und eine Auswuchteinheit 4 umfasst. Die Auswuchteinheit weist eine Stelleinheit 6 mit Stelleinrichtungen 6a und 6b und eine Auswuchtringeinheit 8 mit Auswuchtringen 8a und 8b auf. Die Antriebsspindel 2 ist auf zwei Lagern 10, 12 drehbar gelagert. Eine Positionssensoreinheit 14 mit mehreren einzelnen Sensoren (nicht gezeigt) dient dazu, den zu dem Unwuchtvektor gehörigen Phasenwinkel über die Drehzahl und die Drehlage der Spindel 2 zu erfassen. Ein Schwingungssensor 16 dient dazu, die Schwingungsamplitude und Phase des Unwuchtvektors zu messen. Die Ausgangssignale der Positionssensoreinheit 14 und des Schwingungssensors 16 sind die Ausgangsgrößen für die Bestimmung der Unwucht und die Stellgrößen für die Verstellung der Auswuchtringe.
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Der Positionssensor 14 und der Schwingungssensor 16 sind über Leitungen 18, 20 mit einem adaptiven Regelsystem 22 verbunden, in dem aus den Messergebnissen an den Sensoren 14, 16 Einflusszahlen und die Unwuchtkompensation bzw. Auswuchtringverstellung, d. h. Stellgrößen für die Verstellung der Auswuchtringe in der Auswuchteinheit errechnet und über eine Leitung direkt an Spulen in den Stelleinrichtungen 6a und 6b abgegeben werden, die Bestandteil der Wuchteinheit 4 sind.
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Das adaptive Regelsystem
22 umfasst einen Rechner, der dazu geeignet ist, die gewünschten Übertragungscharakteristiken zu erfassen und entsprechende Steuersignale über die Leitung
24 und einen Leistungsverstärker
26 an die Spulen in der Wuchteinheit
4 zu geben. Das adaptive Regelsystem
22 kann zu diesem Zweck nach dem Verfahren aus der
DE 19743578 A1 vorgehen.
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2 zeigt eine Detaildarstellung der Wuchteinheit 4 mit einer Stelleinheit 6, die die Stelleinrichtungen 6a und 6b und zwei Auswuchtringen 30a, 30b umfasst, die jeweils über Lager 32a, 32b auf Ansätzen 34, 36 eines Jochrings 38 gelagert sind. Der Jochring 38 ist über die Ansätze 34, 36 auf der Spindel 2 montiert. Die Stelleinrichtungen 6a, 6b weisen jeweils eine Spule 40a, 40b auf, die mit Gehäuseteilen aus magnetisch leitendem Material (wie unten beschrieben) Elektromagnete zur Verwirklichung der Wirbelstrombremse zusammenwirken.
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3 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie III-III von 2, wobei Dauermagnete 42, 44 in dem Jochring 38 dargestellt sind, die entlang dem Umfang des Jochrings 38 jeweils umgekehrte Polaritäten haben, das heißt N-S, S-N, N-S usw., wie aus 3 ersichtlich ist. Die Auswuchtringe 30a, 30b haben Durchgangsbohrungen 46, 48, zwischen denen Stege 50, 52 an den Auswuchtringen 30a, 30b vorhanden sind. Durch das Zusammenwirken der Dauermagnete 42, 44 mit den Stegen 50 bzw. 52 werden die Auswuchtringe 30a, 30b an dem Joch 38 gehalten, wobei die Magnetfeldlinien durch die gestrichelte Linie 54 angedeutet sind.
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4 zeigt eine schematische Seitenansicht der Stelleinrichtung 6a und des Auswuchtrings 30a von 3. Die Lage der Dauermagnete 42, 44 in dem Jochring (nicht gezeigt) in Bezug auf die Bohrungen 46 des Auswuchtrings sind schematisch dargestellt. In der Stelleinrichtung 6a ist die Spule 40a vorgesehen, die durch Polansätze 56, 58 elektromagnetische Felder erzeugen, wie durch die gestrichelte Linie 60 beispielsweise angedeutet ist, und die damit bei Einschaltung der Spule 40a eine Wirbelstrombremse mit dem Auswuchtring 30a bilden.
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5 ist eine Seitenansicht des Auswuchtrings 30a mit den Bohrungen 46 und der Auswuchtring 30a ist über das Lager 32a auf dem seitlichen Ansatz 34 (2) des Jochrings 38 zu lagern. 6 ist eine Seitenansicht des Jochrings 38 mit den Dauermagneten 42, 54 und dem seitlichen Ansatz 34. Wenn auf dem Jochring 38 2 N Dauermagnete vorgesehen sind, sind auf dem Auswuchtring 32a N Bohrungen vorgesehen, um die in 3 gezeigten Magnetkreise zu bilden.
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Die 7 und 8 zeigen schematisch die Funktionsweise der Wirbelstrombremse bei der erfindungsgemäßen Auswuchtvorrichtung. In 7 ist schematisch eine Seitenansicht eines Auswuchtrings 64 und eine Stelleinrichtung 66 mit U-förmigen Elektromagneten wie dem Elektromagneten 68 gezeigt, der einen Südpol 68a (S) und einen Nordpol 68b (N) hat, wobei um den Südpol 68a und den Nordpol 68b jeweils eine Spule 69a bzw. 69b vorgesehen ist und zwar so dass die eine Spule entgegengesetzt zur anderen Spule gewickelt ist. Durch derartige Auswuchtringe wird eine radiale Wirbelstrombremse verwirklicht. Die Wirbelstrombremse beruht darauf, dass in einem elektrisch leitfähigen Material, das sich in einem Magnetfeld befindet und bewegt, ein Ladungsausgleich stattfindet, der so genannte Wirbelstrom. Auf einen Strom durchflossenen Leiter im Magnetfeld wirkt dabei eine Kraft, die der Bewegung des sich bewegenden Materials entgegen wirkt. Zur Nutzung dieses Effekts befinden sich um den Umfang des Auswuchtringes 64 herum abwechselnde radiale, magnetische Pole N bzw. S, die mit der Steuerung von Spulen Wirbelströme in dem Auswuchtring 64 erzeugen, wie in 8 gezeigt ist, in der die Stelleinrichtung 66 und der Auswuchtring 64 schematisch dargestellt sind. Die Feldlinien 70 der Wirbelstrombremsen sind ebenfalls schematisch dargestellt und werden von den Elektromagneten 68 erzeugt.
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9 ist eine äquivalente Darstellung eines Magnetkreises, der die Auswuchtringe 30a, 30b an dem Jochring 38 hält. Die Magnete 42, 44 sind jeweils mit entgegen gesetzter Polarisierung angeordnet und sie wirken mit den jeweiligen Stegen 50 bzw. 52 zusammen, um die in elektromagnetischer Äquivalenzdarstellung gezeigten Magnetkreise zu bilden. Der Auswuchtring wird durch die Wirbelstrombremse nur gegen die Drehrichtung des auszuwuchtenden Rotors verstellt. Um den Auswuchtring 64 von einer Halteposition durch die Dauermagnete in die nächste zu verstellen, wird in der Spule der Stelleinrichtung ein Impuls bestimmter Stärke und Pulsdauer erzeugt, wodurch in dem Auswuchtring eine tangentiale Kraft und damit ein Moment auf den Auswuchtring ausgeübt wird. Dieses Moment muss die Haltekraft der Dauermagnete 42, 44 in dem Jochring überwinden, die die Auswuchtringe in diskreten Winkelpositionen relativ zu dem auszuwuchtenden Rotor halten. Mit anderen Worten wird durch die Dauermagnete im Joch bei einer Auslenkung des Auswuchtringes relativ zu dem auszuwuchtenden Rotor eine Reluktanzkraft und damit ein Moment entgegen der Auslenkung erzeugt. Wenn die Bremskraft der Wirbelstrombremse größer ist als die Haltekraft zwischen dem Joch und dem Auswuchtring, wird der Auswuchtring gegen die Drehrichtung des Rotors verstellt, indem der Auswuchtring aus einer stabilen Halteposition zum grenzstabilen Punkt zwischen zwei Haltepositionen gezogen wird und dann in der nächsten stabilen Halteposition landet, wenn in diesem Moment die Wirbelstrombremse ausgeschaltet wird. Damit ist zur Verstellung der Auswuchtringe nur das Ein- und Ausschalten der Wirbelstrombremse erforderlich.
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10 ist eine Explosionsdarstellung einer Stelleinheit 6, wie sie schematisch in den 2 und 4 gezeigt ist. Die Stelleinheit 6 weist eine erste Stelleinrichtung 6a und eine zweite Stelleinrichtung 6b auf. Die Stelleinrichtung 6a weist zwei Joch-Ringteile 70, 72 und eine Spule 74 auf. Die zwei magnetisch leitenden Joch-Ringteile 70, 72 haben jeweils an ihrem Innenumfang Polansätze 76, 78, die im zusammengesetzten Zustand abwechselnd unter den gegenüber liegenden Joch-Ringteil 70 bzw. 72 zur Bildung abwechselnder Pole vorstehen, wie auch aus 4 zu ersehen ist. Die Ringspule 74 ist zwischen den Joch-Ringteilen 70, 72 angeordnet. Die Stelleinrichtung 6b ist analog zu der Stelleinrichtung 6a aufgebaut, so dass sich eine erneute Beschreibung erübrigt. Zwischen den Stelleinrichtungen 6a und 6b ist ein Zwischenring (nicht gezeigt) vorgesehen, an dem eine Sensoranordnung 82 vorgesehen ist, die einen Sensor entsprechend dem Sensor 14 in 1 aufweist. Die Wirkungsweise des Sensors wird unten beschrieben.
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11 ist eine Ausführungsform der Stelleinrichtung 6, bei der die Wirbelstrombremse durch einzelne U-Magnete 84, 86 verwirklicht wird, die in der Stelleinrichtung 6a bzw. 6b angeordnet sind. Die U-Magnete 84, 86 werden über Spulen 88, 90 angesteuert, die in jeder Stelleinrichtung 6a bzw. 6b jeweils umfangsmäßig in Reihe geschaltet sind, um die Wirbelstrombremse ein- bzw. auszuschalten.
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12 ist eine Explosionsdarstellung der Anordnung bestehend aus dem Jochring 38 und den Auswuchtringen 30a, 30b, wobei die Auswuchtringe 30a, 30b über die Dünnringlager 32a, 32b auf den seitlichen Ansätzen 34, 36 des Jochrings 38 gelagert sind, wie auch in 2 gezeigt ist. Die Anordnung wird durch einen Abschlussring 94a beziehungsweise 94b auf beiden Seiten der Einheit vervollständigt.
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In 12 ist auch die Positions-Bestimmungseinheit für den adaptiven Regelkreis dargestellt, durch die die Ist-Position der Auswuchtringe zu bestimmen ist. Die Positions-Bestimmungseinheit weißt einen Magneten 96 in dem Abschlussring 94b und einen auf den Magneten 96 ansprechenden Sensor in der Halterung 82 der Stelleinrichtung 6 auf, sowie eine die Reluktanz des Auswuchtrings 30b verändernde, örtlich definierte Einrichtung, beispielsweise ein Kerbe 98, und einen auf die Reluktanz des Auswuchtrings 30b ansprechenden Sensor in der Sensoranordnung 82 der Stelleinrichtung 6 auf. Der Auswuchtring 30a hat eine entsprechende Kerbe (nicht gezeigt), die ebenfalls mit einem Sensor in der Sensoranordnung 82 in der Stelleinrichtung zusammenwirkt. Durch diese Positions-Bestimmungseinrichtung kann die jeweilige aktuelle Lage der Auswuchtringe gegenüber dem Rotor festgestellt werden.
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13 ist eine Explosionsdarstellung einer Anordnung mit den Auswuchtringen 30a, 30b und Abschlussringen 100a bzw. 100b. Die Auswuchtringe 30a, 30b sind in diesem Fall über Flachkäfig-Nadellager 102a bzw. 102b auf den Ansätzen 36 bzw. 38 des Jochrings 38 gelagert. Da die Flachkäfig-Nadellager 102a bzw. 102b keine axiale Führung bieten, ist zwischen dem Jochring 36 und den Auswuchtringen 32a bzw. 32b ein Gleitring 104a bzw. 104b eingesetzt, durch den die der Abstand der Auswuchtringe 32a, 32b von dem Jochring 38 bestimmt und die Lagerung der Auswuchtringe 30a, 30b gegenüber dem Jochring 38 vervollständigt wird. Auch in 13 ist die Positions-Bestimmungseinrichtung gezeigt, die einen Magneten 106 an dem Abschlussring 100b und eine Kerbe 108 an dem Auswuchtring 30b sowie eine Kerbe 110 an dem Auswuchtring 30a aufweist.
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14 ist eine Explosionsdarstellung einer Auswuchtvorrichtung mit einer Stelleinheit 118 und mit einer Auswuchteinheit 120, die Auswuchtringe 122, 124 aufweist. Die Auswuchtringe 122, 124 sind in diesem Fall über Flachkäfig-Nadellager 130 bzw. 132 auf den Ansätzen 134 bzw. 136 des Jochrings 138 gelagert. Zwischen dem Jochring 138 und den Auswuchtringen 122 bzw. 124 ist ein Abstandshalter, beispielsweise ein geteilter Gleitring (nicht gezeigt), eingesetzt, durch den die der Abstand der Auswuchtringe 122, 124 von dem Jochring 138 bestimmt wird. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der 11 und 13 ist in dem Ausführungsbeispiel von 14 sowohl die Stelleinheit 118 als auch die Auswuchteinheit 120 geteilt und bestehen aus Stelleinheit-Hälften 118a, 118b, Auswuchtring-Hälften 122a, 122b; 124a, 124b und Jochring-Hälften 38a, 38b, und die Nadellager 130, 132 sind Nadellager-Streifen, die als solche zwischen der Auswuchtringen und den Ansätzen des Jochrings 138 eingefügt sind. Die Auswuchtvorrichtung ist somit teilbar und zu Ringbauteilen zusammenfügbar ausgestaltet. Die Stelleinheit 118 ist ansonsten wie die Stelleinheit in 11 aufgebaut, und die Auswuchteinheit 120 ist ansonsten wie die aus 13 aufgebaut.
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Die Stelleinheit-Hälften 118a, 118b, Auswuchtring-Hälften 122a, 122b; 124a, 124b und Jochring-Hälften 38a, 38b können an dem auszuwuchtenden Rotor platziert und sodann dort, beispielsweise durch Verschraubungen, zusammengefügt werden. Dadurch kann das System aus Stelleinheit und Auswuchteinheit auch an Rotoren eingebaut werden, die zum Zwecke des Einbaus der Auswuchteinrichtung nicht aus ihrer Maschinenumgebung ausgebaut werden sollen. Dies trifft beispielsweise für Generatorturbinen zu, bei denen das Ein- und Ausbauen einer Turbine eine zu lange Zeit und damit Abschaltzeit der Turbine bedeuten würde.
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Die vorstehenden Ausführungsbeispiele wurden im Einzelnen beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt, sondern der Schutzumfang der Erfindung wird nur durch die beigefügten Ansprüche definiert.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Antriebsspindel
- 4
- Wuchteinheit
- 6
- Stelleinrichtung
- 6a
- Stelleinrichtung
- 6b
- Stelleinrichtung
- 8a
- Wuchtringeinheit
- 8b
- Wuchtringeinheit
- 10
- Lager
- 12
- Lager
- 14
- Sensor
- 16
- Unwuchtsensor
- 18
- Leitung
- 20
- Leitung
- 22
- Regelsystem
- 26
- Leistungsverstärker
- 30a
- Wuchtring
- 30b
- Wuchtring
- 32a
- Lager
- 32b
- Lager
- 34
- Ansatz
- 36
- Ansatz
- 38
- Jochring
- 40a
- Spule
- 40b
- Spule
- 42
- Elektromagnet
- 44
- Elektromagnet
- 46
- Durchgangsbohrung
- 48
- Durchgangsbohrung
- 50
- Steg
- 52
- Steg
- 54
- Linie
- 56
- Polansatz
- 58
- Polansatz
- 60
- Linie
- 64
- Wuchtring
- 66
- Stelleinrichtung
- 68
- Elektromagnet
- 68a
- Elektromagnet
- 68b
- Elektromagnet
- 69a
- Spule
- 69b
- Spule
- 70
- Joch-Ringteil
- 72
- Joch-Ringteil
- 74
- Spule
- 76
- Polansatz
- 78
- Polansatz
- 82
- Sensorträger
- 84
- U-Magnet
- 86
- U-Magnet
- 88
- Spule
- 90
- Spule
- 94a
- Abschlussring
- 94b
- Abschlussring
- 96
- Magnet
- 98
- Kerbe
- 100a
- Abschlussring
- 100b
- Abschlussring
- 102a
- Nadellager
- 102b
- Nadellager
- 104a
- Gleitring
- 104b
- Gleitring
- 106
- Magnet
- 108
- Kerbe
- 110
- Kerbe
- 118
- Stelleinheit
- 118a
- Stelleinheit-Hälfte
- 118b
- Stelleinheit-Hälfte
- 120
- Auswuchteinheit
- 122
- Auswuchtring
- 122a
- Auswuchtring-Hälfte
- 122b
- Auswuchtring-Hälfte
- 124
- Auswuchtring
- 124a
- Auswuchtring-Hälfte
- 124b
- Auswuchtring-Hälfte
- 130
- Flachkäfig-Nadellager
- 132
- Flachkäfig-Nadellager
- 134
- Ansatz
- 134a
- Ansatz
- 134b
- Ansatz
- 136
- Ansatz
- 138
- Jochring
- 138a
- Jochring
- 138b
- Jochring
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4337001 C2 [0002]
- US 5757662 A [0003, 0007]
- DE 29913630 U1 [0004]
- DE 19743578 A1 [0005, 0022, 0042]
