DE2259546A1 - Verfahren und vorrichtung zur messung von rundlaufabweichungen an rotationskoerpern - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Messung von Rundlaufabweichungen an Rotationskörpern Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung der Rundlaufabweichungen von Rotationskörpern, bei dem der Rotationskörper in Drehung.
• versetzt wird und eine Abtasteinrichtung mittels einer Vor last an den Rotationskörper angepreßt wird, wobei die Abtasteinrichtung den Rundlaufabweichungen des Rotationskörpers folgt Weiterhin betrifft die Erwindung eine Vorrichtung zur Messung der Rundlaufabweichungen eines Rotationskörpers mit einer Abtasteinrichtung, die mittels einer Vorlast über eine Tastrolle an den umlaufenden Rotationskörper anpreßbar ist und mit Lenkern zur Führung der Tastrolle.
• Bei der Messung der Rundablaufweichungen an Rotationskörpern wird die Größe und nach Weiterverarbeitung der Meßwerte die Winkellage dieser Rundlaufabweichungen ermittelt. Es werden hierbei an dem rotierenden Körper die unterschiedlichen Abstände der Körperoberfläche zur Drehachse (Rundlaufabweichung) und die Durchbiegungsamplitude infolge elastischer Verformung gemessen. Die Messuilg muß in einem großen Drehzahlbereich und ohne Meßwert beeinflussende Rückwirkung auf den zu messenden rotierenden Körper durchfülirbar sein.
• Nach ersteni erfolgten Ausgleich wird die Kontrolle bei höheren Drehzahlen, welche sogar über den Betriebsdrehzahl liegen können, durchgeführt. Durch die nun auftretenden hohen Meßdrehzahlen werden an den Meßwertaufnehmer hohe Anforderungen bezüglich des Frequenzganges gestellt, da er im ganzen Drehzahlbereich, also von kleiner Anfangsbis hoher Kontrolldrehzahl, die Amplituden und Phasen der Rundlaufabweichungen ohen Amplitudenvergrößerung und Phasenverschiebung messen soll.
• Zur Führung der Tastrolle verwendet maii in bekannten Vorrichtungen kinematische Lenker, welche als Federn ausgebildet sind, jedoch im Gelenkpunkt ein Riickstellmoment infolge der Befestigung der Feder erzeugen. Diese kinernat isclen Lenker haben die Aufgabe, die Tastrolle zu führen. Sie sind am einen Ende fest eingespannt und tragen am anderen Ende die bewegte Masse. Die bekannten Ausführungen stellen daher ein Feder-Masse-System dar. Die Tastrolle wird über diese Lenker an den Prüfkörper angedrückt, so daß sie im unterkritischen Betrieb des Feder -Masse -Systems den Rundlaufabweichungen des Rotors immer folgen karin. Um nun nicht in das Gebiet der Resoiiartz zu gelangen, muÇ die Eigenfrequenz des Systems um ein Vielfaches höher sein, als die nlaximale Betriebsfrequenz, da sonst Amplitudenüberhöhungen und Winkelfehler auftreten würden.
• Bei bekannten Einrichtungen ist die Eigenfrequenz durch die konstruktiv vorgegebene Federsteifigkeit und schwingende Masse (über den gesamten Drehzahlbereich) konstant. Damit ergibt sich der für die Prüfvorrichtung zulässige Drehzahlbereich. Gleichzeitig wird mit der gewählten konstanten Eigenfrequenz die maximale Rundlaufabweicllung durch die Abmessung der Feder und deren Festigkeitseigenschaften festgelegt. Die Forderung nach hoher Eigenfrequenz ftir das Meßsystem erfordert bei vorgegebener Feder länge ein bestimmtes äquatoriales Trägheitsmoment des F ederquersc hnittes. Dieses Trägheitsmoment und die Materialeigenschaften der Feder unter Berücksichtigung der Dauerschwingbeanspruchung legen die Lebensdauer für eine bestimmte Rundlaufabweichung fest. Bei Systemen, bei denen eine hohe Eigenfrequenz gefordert wird, ist ein großes äquatoriales FläcTlenträgheitsmoment erforderlich. Durch die große Rundlaufabweichung des Rotors wird 'ann ein großer Federweg und damit eine grobe Reaktionskraft an der Federeinspannstelle hervorgerufen. Werden infolge zu großer eaktionskräfte die zulässigen Beanspruchungen überschritten, erfolgt eine Zerstörung des Meßsystems.
• Wie die Festigkeitsberechnung zeigt, könnte die vorhandene Spannung dadurch verringert werden, daß man das äquatoriale Trägheitsmoment verringert. Mit dieser Maßnahme würde man aber gleichzeitig die Eigenfrequenz des Systems verringern und damit in den Resonanzbereich gelangen, was die Eigenschaft die Meßsystems so stark verschlechtert, daß es den Forderungen nicht genügt. Diese physikalischen Zusammenhänge stehen jedoch im Gegensatz zu den technischen Anforderungen, die an die Meßeinrichtung zu stellen sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Rundlaufabweichungen an Rotationskörpern zu zeigen, mit welchen sowohl große als auch kleine Beträge der Rundlaufabweichungen gemessen werden können. Diese Messungen sollen hierbei bei den technisch erforderlichen Drehzahlen möglich sein.
• Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Eigenfrequenz der Anordnung in Abhängigkeit vom Betrag der Rundlufabweichungen so gewählt wird, daß die Eigenfrequenz umgekehrt proportional ist zur Auslenkung, welche die Tasteinrichtung durch die Rundlaufabweichungen erfährt.
• Mit Hilfe des erfindungsgemä'3en Verfahrens können somit große Auslenkungen bei geringeren Dreh7.ahlen und kleine Auslenkungen bei hohen Drehzahlen gemessen werden, ohne daß man sich der Resonanz des Systems nähert.
• In vorteilhafter Weise kann man das Verfahren so durchführen, daß die aus der Auslenkung der Abtasteinrichtung resultierenden Beschleunigungskräfte mit einer konstanten und wegunabhängigen Vorlast zusammenwirken und die Tasteinrichtung mit dIeser Vorlast im statischen Zustand an den zu prüfenden Rotationskörper angedrückt wird. Die Beschleunigungskräfte der Abstasteinrichtung werden aus schwingender Masse, Schwingweg und dem Quadrat der Betriebsfrequenz - bei der die Messung durchgeführt wird - gebildet.
• Zur Durchführung der genannten Verfahren ist die eingangs dargestellte Vorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Lenker so angeordnet sind, daß die Abtasteinrichtung geradlinig geführt ist und die Vorlast unter einem Winkel von 900 zur Bewegungsrichtung der Abtasteinrichtung angreift und über einen Parallellenker in die Bewegungsrichtung der Abtastrolle umgelenkt wird und mit der aus der Auslenkung der Abtaste inr ic Itung resultierenden Beschleunigungs -kraft zusammenwirkt.
• Damit die Massenschwerpunlçte der Lenker in den Schwenkachsen der Lenker zu liegen kommen, können an den einzelnen Lenkern Gegengewichte vorgesehen sein. Der Massenscllwerpunkt des Parallellenkers, an welchem eine zur Abtasteinrichtung gehörende Abtastrolle ange -ordnet ist, liegt in der Drehachse der Abtastrolle. Die geradlinige Führung der Abtastrolle wird dadurch erreicht, daß die Abtastrollenbewegung in den geraden Teil der Koppelkurve des Parallellenkers gelegt wird.
• Als Meßwertaufnehmer kann ein Geschwindigkeits- oder Wegaufnehmer Verwendung finden.
• Um zu vermeiden, daß das System der Parallellenker und der Abtasteinrichtung unter einer Verspannung steht, ist die Abtasteinrichtung am von der Abtastrolle abgekehrten Ende in einer Schwenkachse gelagert.
• Dadurch, daß die Abtastrolle entlang einer Linie geführt ist und die Abtastrollenmasse keine Vertikalbewegung ausführt sowie daß die MassenschwerpurA'e der Lenker in ihren Schwenkachsen liegen, erhält man zu der oben beschriebenen wegabhängigen Eigenfrequenz keine zusätzliche konstante Eigenfrequenz. Es wird hierdurch vermieden, daß die Lenker Bewegungen nach den Gesetzen eines physikalischen Pendels ausführen und eine konstante Eigenfrequenz be -sitzen.
• Die zur größen- und phasengetreuen Abtastung der Ründlaufabweichung nötige Vorlast wird in vorteilhafter Weise mindestens so groß wie die durch die Beschleunigung der Masse der einzelnen Teile hervorgerufene Kraft gewählt. Diese Vorlast, welche vorteilhaft die Erdanziehungskraft der einzelnen Massen, insbesondere der Masse des Meßwertaufnehmers sein kann, wird durch die Parallellenkeranordnung in die Me(3richtung umgelegt. Zusätzlich lulnn eine Federkraft vorgesehen sein, die im Winkel von 900 zur Meßrichtung bzw. zur Auslenkrichtung angreift, ebenfalls als Vorlast wirken. Die die Vorlast liefernde Feder nimmt jedoch an den Bewegungen der Tastrolle nicht teil und hat somit keinen Einfluß auf das dynamische Verhalten.
• Die Erfindung ermöglicht die Messung bei sämtlichen technisch vorkommenden Drehzahlbereichen, da keine Resonanzen auftreten und Rückwirkungen auf den zu messenden Rotationskörper ausgeschlossen sind.
• Anhand der beiliegenden Zeichnungen soll an dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Erfindung naher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 schematisch dIe Ansicht einer Vorrichtung zur Messung der Rundlaufabweichungen eines Rotationskörpers von der Seite gesehen und Fig. 2 eine Schemazeichnung zur Verdeutlichung der Wirkungsweise eines Parallellenkers.
• Eine in der Figur dargestellte Abtasteinrichtung weist eine Tastrolle 2, eine Meßwertaufnehmerstange 3 sowie einen Meßwertaufnehmer 4 auf. Die Tastrolle 2 ist über die Meßwertaufnehmerstange 3 direkt mit dem Meßwertaufnehmer 4 verbunden. Die Abtasteinrichtung ist um eine Schwenkachse 5 schwenkbar gelagert. Weiterhin weist die Abtasteinrichtung einen Führungszylinder 6, der an der Vorderseite des Meßwertaufnehmers 4 angeordnet ist, auf. Im Führungszylinder 6 ist die Meßwertaufnehmerstange 3 geführt.
• Zur parallelen Führung der Tastrolle 2 und damit die Tastrolle 2 den Rundlaufabweichungen eines Rotationskörpers 1 folgen kann, sind Parallellenker 7 und 15 vorgesehen, deren Wirkungsweise weiter unten noch dargestellt wird. Dadurch, daß die Tastrolle 2 exakt den Rundlaufabweichungen des Rotationskörpers 1- folgt, ist die dem MeßEvertaufnellmer 4 entnommene Spannung direkt proportional den Rundlaufabweichungen.
• Bei der in der~Figur dargestellten Vorrichtung, in der die Abtasteinrichtung horizontal angeordnet ist, wird die Vorlast durch die unter 90° zur Bewegungsrichtung der Tastrolle 2 angreifenden Schwerkraft aufgebracht. Diese Vorlast kann noch zusätzlich durch die Kraft einer Feder 13 verstärkt werden. Aufgrund der Kinematik der Parallellenker 7 wirkt eine Komponente der Schwerkraft und der Kraft der Feder 13 auch in Richtung der Bewegung der Tastrolle 2. Zur Vermeidung von Verspannungen ist der Meßwertaufnehmer auf der der Abtastrolle abgekehrten Seite in einer Schwenkachse 5 gelagert.
• Durch Anbringen von Gegengewichten 8 und 9 werden die Schwer -punkte der Parallellenker 7 in die Drehachsen 10 und 11 der Lenker 7 verlegt. Auch für den Lenker 15 ist ein Gegengewicht 12 vorgesehen, so daß der Schwerpunkt dieses Lenkers in der Drehachse der Tastrolle 2 zu liegen kommt.
• Zur Begrenzung der Tastrollerbewegung ist ein Anschlag 4 vorgesehen.
• In der Fig. 2 ist die Wirkungsweise von Parallellenkern erläutert.
• In dieser Figur entsprechen die Linien A, A0 und Bo den beiden Lenkern 7 in der Fig. 1. Die LinienA, B, C entsprechen dem Lenker 15 in der Fig. 1. Die Punkte Ao und Bo entsprechen den Drehachsen 10 und 11 der Lenker 7 in der Fig. 1, und die Punkte A und B entsprechen den Anlenkstellen 16 und 17 in der Fig. 1. Der Punkt C in der Fig. 2 entspricht der Drehachse der Tastrolle 2 inder Fig. 1.
• Die Werte für die Strecken h, v, a, p sind von der Konstruktion der Gesamtvorrichtung abhängig und somit vorgegeben. Die Anordnung der Paralleilenker und ihre Dimensionierung ergibt sich aus diesen vorgegebenen Werten wie folgt: Der Punkt P ergibt sich aus der Verlängerung von v, welche in der Fig. 2 mit u bezeichnet ist und dem Schnittpunkt einer L,inie, die von Bo einem Endpunkt der Strecke h ausgeht und im Winkel a u schneidet. Zur Ermittlung von M wird auf die Linie B0P die Mittelsenkrechte gefällt, und der Schnittpunkt dieser Mittelsenkrechten mit der Strecke u ergibt den Mittelpunkt M des Kreises mit dem Radius ra. Der Punkt Ag ist der Schnittpunkt einer Linie, ctie im Winkel von p vom Punkt P ausgeht und sich mit dem Kreis um M mit dem Radius ra schneidet.
• Die Punkte A und B, welche denAnlenkpunkten 16 und 17 des Lenkers 15 entsprechen, ergeben sich wie folgt: Eine Parallele zu u bzw. zu v im Abstand von der gegebenen Strecke h sowie eine Senkrechte im Punkt P auf der Strecke B0P schneiden sich im Punkt D. Die Verbindungslinie zwischen D und C, welcher als Endpunkt von v festgelegt ist, schneidet sich im Punkt B mit der Verbindungslinie von B0P.
• Fällt man auf die Verbindungslinie BP die Mittelsenkrechte, so schneidet sich diese Mittelsenkrechte mit u im Punkt M'. Der Kreis um M' mit dem Radius rk (PM' ) schneidet sich im Punkt A mit der Linie A0P.
• Hierdurch sind die funktionellen Punkte auf dem Parallellenker festgelegt.
• Schwenkt man nun die Lenker 7 in der Fig. 1, welche durch die stark ausgezogenen Linien a und c in der Fig. 2 angedeutet sind, um ihre Drehachsen 10 und 11 (AQ, B0), so beschreibt die Achse der Tast- -rolle 2 welche dem Punkt C in der Fig. 2 entspricht, eine sog. Koppelkurve K. Diese Koppelkurve K weist eine Gerade auf. Das erfindungs -gemäße Parallellenkersystem ist nun so ausgestaltet, daß die Tastrolle 2 sich nur im Bereich der geraden Strecke auf der Koppelkurve K hin- und herbewegt. Hierdurch wird erzielt, daß die Tastrolle 2 sich geradlinig hin- und herbewegt.

Claims (9)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Messung der Rundlaufabweichungen an Rotationskörpern, bei dem der Rotationskörper in Drelwng versetzt wird und eine Abtasteinrichtung mittels einer Vorlast an den Rotationskörper angepreßt wird, wobei die Abtasteinrichtung den Rundlaufabweichungen des Rotationskörpers folgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Eigenfrequenz der Anordnung in Abhängigkeit vom Betrag der Rundlaufabweichungen so gewählt wird, daß die Eigenfrequenz umgekehrt proportional ist zur Auslenkung, welche die Abtasteinrichtung durch die Rundlaufabweichungen erfährt.

2. Verfahren nach Anspruch l, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Auslenkung der Abtasteinrichtung resultierenden Beschleunigungskräfte mit einer konstanten und wegunabhängigen Vorlast in Zusammenwirkung gebracht werden und die Tasteinrichtung mit dieser Vor last im statischen Zustand an den zu prüfenden Körper angedrückt wird.

3. Vorrichtung zur Messung der Rundlaufabweichung eines Rotationskörpers mit einer Abtasteinrichtung, die mittels einer Vorlast über eine Tastrolle einer Abtasteinrichtung an den umlaufenden Rotationskörper anpreßbar ist und mit Lenkern zur Führung der Tastrolle zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenker so angeordnet sind, daß die Abtasteinrichtung bzw. -rolle geradlinig geführt ist und die Vorlast unter einem Wirkel von 900 zur Bewegungsrichtung der Abtastrolle angreift und über einen Parallellenker in die Bewegungsricltung der Abtastrolle umgelenkt wird und mit der aus der Auslenkung der Abtaste inr ic htung resultierenden Beschleunigungskraft zusammenwirkt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenker als Parallellenker ausgebildet sind und an ihnen Gegengewichte derart vorgesehen sind, daß die Massenschwerpunkte in ihren Schwenkachsen zu liegen kommen und daß die Abtastrollenbewegung in den geraden Teil der Koppelkurve des Parallellenkers zu liegen kommt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurchgekennzeichnet, daß der Massenschwerpunkt des Parallellenkers, an welchem die Abtastrolle angeordnet ist, in der Drehachse der Abtastrolle liegt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 3 zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vorlast das Eigengewicht der Abtasteinrichtung und der Lenker und/oder eine Federkraft vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Federkraft an der Abtasteinricltung, in welcher die Tastrolle mittels einer Meßwertaufnehmerstange geführt ist, angreift.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung einen Meßwertaufnehmer aufweist, der als Geschwindigkeits- oder Wegaufnehmer ausgebildet ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtasteinrichtung am von der Abtastrolle abgekehrten Ende eine Schwenkachse aufweist.