DE2307476B2 - Vorrichtung zum bestimmen der unwucht eines wuchtkoerpers - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bestimmen der Unwucht eines Wuchtkörpers, welche einen um eine vertikale Achse umlaufenden Antriebsteller aufweist, auf dem der Wuchtkörper befestigt wird, bei der ein horizontaler Lagerkörper zum Lagern des Antriebstellers so über federnde Teile mit einer festen Unterlage verbunden ist, daß er um eine zu der vertikalen Achse senkrechte Kippachse gegen eine Federkraft gekippt werden kann und parallel zu dieser Kippachse gegen eine Federkraft ausgelenkt werden kann, und bei der zwei Fühler zum Messen der Kippung und der Auslenkung des Lagerkörpers vorgesehen sind.
Eine derartige Vorrichtung ist in der FR-PS 15 86 052 beschrieben. Sie ist jedoch nicht zur Messung von Unwuehten, die nur kleine Reaktionskräfte oder kleine Reaklionsmomente erzeugen geeignet, denn der Lagerkörper ist über Blattfedern auf einer Zwischenplatte abgestützt und diese wiederum über Blattfedern auf einer ortsfesten Bodenplatte abgestützt. Um die an ihnen angreifenden Gewichtskräfte aufnehmen zu können, müssen die Blattfedern entsprechend steif ausgebildet sein.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist demgegenüber darin zu sehen, eine Vorrichtung der oben angeführten Art so auszubilden, daß eine genaue Bestimmung von Unwuehten möglich ist, welche nur geringe Reaktionskräfte oder Reaktionsmomente erzeugen. Solche Unwuehten sind einerseits kleine Unwuchten, d. h. solche in schon weitgehend ausgewuchteten Körpern, andererseits Unwuehten in Körpern, die bei der Prüfung nur mit geringer Geschwindigkeit gedreht werden dürfen.

Die obengenannte Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die den Lagerkörper tragenden federnden Teile durch gleich lange Stäbe gebildet werden, die federnd biegsame Abschnitte aufweisen, in Längsrichtung aber großen Belastungen ohne Verfor-

mung standhalten, und daß jeweils ein Paar der Stäbe in einer von zwei vertikalen und zueinander parallelen Ebenen so angeordnet sind, daß die Achsen eines Paars von Stäben einen Winkel einschließen, dessen Winkelhalbierende parallel zur vertikalen Achse des Antriebstellers verläuft, und daß die Scheitelpunkte dieser Winkel beider Stabpaare im wesentlichen auf einer Schwerlinie des Wuchtkörpers liegen.

Derartige Stäbe zum Tragen eines Lagerkörpers sinti zwar in der DT-AS 1045 736 beschrieben, dort ist jedoch der Lagerkorper so getragen, daß er um den Mittelpunkt des Lagers drehbar ist, während hier die mit federnd biegsamen Abschnitten versehenen Stäbe so angeordnet sind, daß der Lagerkörper um eine vorgegebene Kippachse gekippt werden, und nur parallal zu derselben verschoben werden kann. Infolge der guten axialen Belastbarkeit der Stäbe wird ferner erreicht, daß das federnde Gerüst zum Tragen des Lagerkörpers eine gute Tragfähigkeit aufweist und trotzdem nicht übermäßig steif ist. Damit wird eine sehr gute Empfindlichkeit dei Vorrichtung erhalten, so daß auch kleine Unwuchten genau bestimmt werden können. Bei üblichen Vorrichtungen zum Bestimmen der Unwucht werden normalerweise Mindestdrehzahlen von 80 Umdrehungen pro Minute benötigt. Diese sind daher nicht zum Bestimmen von Unwuchten in Satelliten geeignet, die auf eine Eigenrotation in der Umlaufbahn von größenordnungsmäßig einer Umdrehung je Minute ausgelegt sind. Eine sehr genaue statische und dynamische Auswuchtung eines Satelliten ist jedoch erforderlich, um diesen mit möglichst geringem Verbrauch an Treibstoff in der gewünschten Orientierung zu stabilisieren. Da andererseits dem Fachmann bekannt ist, daß die Genauigkeit einer Auswucht-Vorrichtung mit dem Quadrat der Drehzahl des Antriebstellers abnimmt läßt sich an diesem konkreten Beispiel der erzielbare Fortschritt leicht erkennen, da derartige Satelliten mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr genau auf Unwuchten hin vermessen werden können.

Üblicherweise kann eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Drehzahl von größenordnungsmäßig 15 Umdrehungen pro Minute oder sogar weniger getrieben werden. Die statische und dynamische Unwucht lassen sich dabei, wie bei der bekannten Vorrichtung getrennt und unmittelbar ermitteln, da jede von ihnen nur einen der Freiheitsgrade de·· Vorrichtung erregt. Damit stellen die beiden Fühler, welche die Kippung und Auslenkung des Lagerkörpers ermitteln, Signale bereit, die ohne weiteres der dynamischen Unwucht bzw. der statischen Unwucht des Wuchtkörpers 2:ugeordnet werden können.

Es sei auch noch daraufhingev.'iesen, daß die den Lagerkörper um eine Schwerlinie kippbar und längs derselben verschiebbar tragenden Stäbe zu einer sehr übersichtlichen, kompakten und stabilen Lagerung des Wuchtkörpers beitragen, wöbe; die Stäbe im wesentlichen die Kanten eines dreieckigen Prismas mit rechtwinkligen Seitenflächen bilden.

Soll die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen von Unwuchten an Wuchtkörpern verwendet werden, die auch mit höherer Drehzahl gedreht werden können, so wird als Vorteil eine gegenüber den bekannten Vorrichtungen verbesserte Betriebssicherheit (geringere Belastung der Lager, geringere Unfallgefahr) und die Verwendbarkeit eines kleineren Antricbsniotors erhalten.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den IJiV n'iisnrüchen angegeben.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist jedes der in schiefen Ebenen angeordnete elastischen Systeme zwei parallele und geneigte Federbeine auf. Jedes Federbein eines der Systeme ist gegenüberliegend und in einer gleichen senkrechten Ebene wie ein entgegengesetzt geneigtes Federbein des anderen Systems angeordnet, so daß die vier Federbeine mehr oder weniger an den Kanten eines dreieckigen, aufrechten Prismas mit rechtwinkligen Seiten angeordnet sind. Jedes dieser Federbeine weist vorteilhaft ein starres Zwischensegment auf, das einerseits mit seinen Enden am Untersatz und andererseits am Schwingungstisch über biegsame, Biegefedern bildende Segmente angeschlossen ist.

Die im Hinblick auf die Zeichnung folgende Beschreibung erläutert ein Ausführungsbeispiel. Es zeigt

F i g. 1 und 2 schematische Seiten- und Vorderansichten eines Auswuchtgeräts,

F i g. 3 eine schematische Seitenansicht eines Auswuchttischs, von dem die verschiedenen Meß- und Bezugssignale ausgesendet werden,

F i g. 4 einen Schaltplan eines Ausführungsbeispieis.

In F i g. 1 und 2 ist der auszuwuchtende Körper 1 zu erkennen, dessen geometrischer oder theoretischer Mittelpunkt sich bei O befindet und der auf einem waagrechten Antriebsteller 2 befestigt ist, der sich um eine senkrechte Achse Oz in einem Rahmen dreht. Dieser Rahmen wird gebildet aus einem auf vier geneigten Federbeinen 4 aufgehängten Tisch 3. Diese Federbeine sind in einem feststehenden Untersatz 5 fest eingespannt, wobei jedes Federbein ein starres Zwischensegment Aa bildet, das über elastische Endsegmente 4b und 4c am feststehenden Untersatz 5 bzw. am Tisch 3 angeschlossen ist.

Die Federbeine 4 sind zueinander parallel und in zwei schiefen Ebenen Ov und Ow angeordnet. Diese Ebenen bilden einen Keil, dessen Winkel vOw die Achse Oz als Winkelhalbierende zuläßt und dessen Kante entlang einer waagrechten Geraden Oy verläuft. Es ist festzustellen, daß jedes Federbein einer Ebene des Keils vOw gegenüberliegend und in der gleichen senkrechten Ebene angeordnet ist wie ein Federbein mit entgegengesetzter Neigung der anderen Ebene dieses Keils, so daß die vier Federbeine an den Kanten eines aufrechten Prismas mit Basen mit gleichschenkligen Dreiecken (vgl. F i g. 1) und mit rechtwinkligen Seitenflächen (vgl. F i g. 2) erstrecken. Die obere Kante Oy dieses Prismas ist waagrecht, während die Basen vOw senkrecht sind. Diese Anordnung der Federbeine bewirkt eine Beschränkung der Schwingungen des Tischs 3 auf zwei Freiheitsgrade. Genauer ausgedrückt, kann dieser Tisch nur lineare Verschiebungen parallel zur Kante des Keils vOw ausführen, d. h. in der waagrechten Achse Oy, sowie pendelnde Verschiebungen ausführen in der senkrechten Ebene xOz um diese waagrechte Achse Oy.

Die Schwingungen des Tischs 3 treten mit einer Frequenz auf, die gleich der Drehzahl des auf dem sich drehenden Teller 2 befestigten Körpers 1 ist. Sie gliedern sich auf in: Erstens; seitliche Schwingungen parallel zur Achse Oy, verursacht durch die Resultierende des Moments der dynamischen Kräfte, die die statische Unwucht darstellt, zweitens; Pendel- oder Schaukelschwingungen um die Achse Oy, verursacht durch das die dynamische Unwucht darstellende, resultierende Moment.

Es genügt folglich, die Amplitude derartiger Schwingungen mit Hilfe zweier Verschiebungsmeßfühler zu

messen, die geneigt um 90° versetzt an richtig ausgewählten Stellen angeordnet sind, die in F i g. 2 für den »statischen« Meßfühler mit Fl und in F i g. t für den »dynamischen« Meßfühler mit F2 bezeichnet sind.

Man wird wohlgemerkt ein Interesse daran haben, zum Vergrößern der Empfindlichkeit und Genauigkeit der Messung die größtmöglichen Hebelarme zu haben und diese Schwingungen an der Stelle ihrer maximalen Amplituden festzustellen. Im Hinblick auf die linearen Bewegungen des Tischs 3 parallel zu Oy wird man folglieh so hoch wie möglich über dem feststehenden Untersatz 5 Platz nehmen, in dem die unteren Enden der Federbeine eingespannt sind, wie durch den Pfeil Fl (Fig. 2) gezeigt. Dagegen wird man sich im Hinblick auf die Pendelbewegungen des Tischs 3 um die Achse Oy soweit wie möglich entfernen, wie durch F2 (F i g. 1) gezeigt, indem man nahe der Basis eines Ansatzes 3/4 des Gehäuses 3ß eines für den Antrieb des sich drehenden Tellers 2 eingebauten Elektromotors Platz nimmt.

Die Lage und die Intensität der Unwuchten des Körpers 1 werden somit nach Maßgabe der Phase und der Amplitude der Schwingungen mit Hilfe der beiden Verschiebungsmeßfühler gegeben, die gemäß Fl (für die statische Unwucht) und F2 (für die dynamische Unwucht) angeordnet sind.

Diese Verschiebungsmeßfühler können von der bekannten Differenztransformator-Bauart sein mit einem eingebauten Modulator-Demodulator.

Nach Maßgabe der betrachteten Unwuchten verfügt man daher über zwei Meßfühler 8A und SB (F i g. 3) in der Weise, daß ihre Kernkolben TA und TB entsprechend über Taster an den Stellen Fl und F2 des Geräts angeschlossen sind.

Man setzt folglich in bekannter Weise Präzisionsumformer in Betrieb, die die Verschiebung der Kernkolben 7 A und 7 B auf Grund der Schwingungen des Tischs 3 in elektrische Signale umwandeln, mit zur Amplitude dieser Schwingungen proportionalem Maßstab und mit gleicher Frequenz wie diese.

Diese Meßsignale können durch die in der F i g. 8 beschriebene elektronische Schaltung verarbeitet werden, die das gleichzeitige Bearbeiten zweier Meßsignale gestattet, die von den bei FI und F2 angeordneten Meßfühlern geliefert werden, und die in Verbindung mit einem angemessenen System für die Winkelortsbestimmung des sich drehenden Tellers 2 arbeitet.

Diese Meßfühler liefern nach der Verstärkung in 17 und 18 Meßsignale a und b, die den Verschiebungen der entsprechenden Kernkoiben TA und TB proportional sind.

Der Antriebsteller 2 trägt seinerseits auf einem Kreis vier um 90° gegeneinander versetzte Metallkontakte und in einer unterschiedlichen Ebene einen fünften Kontakt 23. Wenn sich der Teller 2 dreht, bewegen sich die Kontakte 19, 20, 21, 22 vor einem feststehenden, magnetischen Meßfühler 24 vorbei, der bei jedem Durchgang eines Kontakts einen Impuls liefert, während sich der Kontakt 23 ebenfalls vor einem weiteren feststehenden, magnetischen Meßfühler 25 vorbei bewegt, der daher einen Impuls je Umdrehung des Tellers 2 liefert.

Die so durch die magnetische Meßfühler 24 und 25 erzeugten Impulse werden in 26 und 27 geformt, um zwei quadratische, um 90° phasenverschobene Signalreihen zu erhalten. Nach Integration in 28 und 29 gelangt jede Signalreihe in einen Sinusgenerator 30 und 31 in Form von geeignet vorgespannten Dioden. Man erhält von dieser Art nach Verstärkung in 32 und 33 zwei sinusförmige, um 90° phasenverschobene Bezugssignale c und d mit konstanter Amplitude und mit der Frequenz der Drehung des Tellers 2. Der vom magnetischen Meßfühler 25 gelieferte Impuls markiert den Quadranten 0 bis 90°, wobei hinzuzufügen ist, daß der Kontakt 19 den Phasenumfang darstellt und die Ortung der sinusförmigen Signale bezüglich dieses Quadranten gestattet.

Die Meßsignale a und b werden gleichzeitig entsprechend mit den sinusförmigen Bezugszeichen c und d in vier Zellen mit Halleffekt multipliziert, und zwar eine Zelle 34 für die Signale a und c, eine Zelle 35 für die Signale a und d, eine Zelle 36 für die Signale b und c und eine Zelle 37 für die Signale b und d. In jeder Zelle wird je nach dem Fall die Induktion proportional dem Bezugszeichen coder dund die Stromstärke proportional dem Meßsignal a oder b gemacht.

Die von den Multiplikationszellen 34,35, 36, 37 abgegebenen Signale werden in 38, 39, 40, 41 integriert. Die Integration gestattet in gleicher Weise die Entfernung von Störsignalen und von Grundgeräusch, die den Meßsignalen a und b anhaften. Dank einer Hochfrequenzumwandlung in 42,43 werden die beiden kontinuierlichen und den um 90° phasenverschobenen Komponenten entsprechenden Spannungen mit durch 8Λ und 8ß angezeigter Größe auf einem mit Polardiagrammraster versehenen Leuchtschirm 44 zusammengesetzt. Man liest somit die Phase und die Amplitude entsprechender Größen unmittelbar ab, die gleichzeitig auf dem Raster erscheinen, wie schematisch bei 45 und 46 gezeigt.

Die beschriebene Schaltung ergibt zwei bemerkenswerte Vorteile: Sie gestattet den Verzicht auf eine übliche Meßreihe, die die elektrische Trennung der Unwuchten bewirkt und sie benötigt keine Ausführung einer Eichung für jeden Prüfkörper.

Die Handhabung wird daher in maximaler "/eise vereinfacht: Es genügt tatsächlich bei 45 und 46 die Unwuchten der Masse 1 nach den Anzeigen der Meßfühler 8/4 und 8ß abzulesen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Bestimmen der Unwucht eines WuchlRörpers, welche einen um eine vertikale Achse umlaufenden Antriebsteller aufweist, auf dem der Wuchtkörper befestigt wird, bei der ein horizontaler Lagerkörper zum Lagern des Antriebstellers so über federnde Teile mit einer festen Unterlage verbunden ist, daß er um eine zu der vertikalen Achse senkrechte Kippachse gegen eine Federkraft gekippt werden kann und parallel zu dieser Kippachse gegen eine Federkraft ausgelenkt werden kann, und bei der zwei Fühler zum Messen der Kippung und der Auslenkung des Lagerkörpers vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die den Lagerkörper (3) tragenden federnden Teile durch gleich lange Stäbe (4) gebildet werden, die federnd biegsame Abschnitie (4b, 4c) aufweisen, in Längsrichtung aber großen Belastungen ohne Verformung standhalten; und daß jeweils ein Paar der Stäbe (4) in einer von zwei vertikalen und zueinander parallelen Ebenen so angeordnet sind, daß die Achsen eines Paars von Stäben (4) einen Winkel einschließen, dessen Winkelhalbierende parallel zur vertikalen Achse (z) des Antriebstellers (2) verläuft, und daß die Scheitelpunkte dieser Winkel beider Stabpaare im wesentlichen auf einer Schwerlinie (y) des Wuchtkörpers (1) liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (F2) zum Erfassen der Kippung des Lagerkörpers (3) um die Kippachse (y) mit dem vom Lagerkörper (3) entfernten Ende des Antriebstellers (2) zusammenarbeitet und an der festen Unterlage (5) befestigt ist, und daß der Fühler (Fi) zum Erfassen der Auslenkung des Lagerkörpers (3) in Richtung der Kippachse (y) mit einer senkrecht auf dieser stehenden Fläche des Lagerkörpers (3) zusammenarbeitet und ebenfalls an dem festen Unterbau (5) befestigt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsteller (2) an zwei unterschiedlichen axialen Unifangsbereichen mit Synchronisiermarken versehen ist, wobei ein Umfangsbereich eine einzige Synchronisiermarke (23) und der andere vier äquidistante Synchronisiermarken (19 bis 22) aufweist; daß den Umfangsbereichen jeweils ein Synchronisierfühler (25, 24) zugeordnet ist, welcher beim Vorbeilaufen einer Synchronisiermarke einen Synchronisierimpuls erzeugt; daß die Synchronisierimpulse einer Scha'tung (26, 27) zugeführt werden, die aus ihnen zwei um 90° phasenverschobene Rechteckimpulszüge herstellt; und daß die Rechteckimpulszüge auf Funktionsgeneratoren (28,30,32; 29,31,33) gegeben werden, die aus ihnen zwei um 90° verschobene sinusförmige Signalzüge erzeugen; daß die sinusförmigen Signalzüge durch Multiplikatoren (34 bis 37) jeweils mit den von dem Fühler (Fi) zum Erfassen der Auslenkung des Lagerkörpers (3) erzeugten Signal und dem von dem Fühler (Fl) zum Erfassen der Kippung des Lagerkörpers (3) erzeugten Signal multipliziert werden; und daß die so erzeugten, die Komponenten der statischen und dynamischen Unwucht darstellenden elektrischen Signale über einen Umschalter abwechselnd auf den ^-Eingang bzw. den y-Eingang eines Sichtgeräts (44) gegeben werden, so daß Phasenlage und Amplitude beider Unwuehten

gleichzeitig dargestellt werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Komponenten der Unwuehten darstellenden elektrischen Signale durch Integratoren (38 bis 41) gegiäitei werden.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionsgeneratoren Integratoren (28, 29) zum Integrieren der rechteckigen Synchronisierimpulse aufweisen und daß die integrierten Synchronisierimpulse auf Sinusgeneratoren (30,31) gegeben werden, welche durch geeignet vorgespannte Dioden gebildet werden.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (FX) zum Erfassen der Auslenkung des Lagerkörpers (3) und der Fühler (F2) zum Erfassen der Kippung des Lagerkörpers (3) jeweils einen Differentialtransformator (8 A, 8 B) nebst Modulator und Demodulatoreinheit aufweisen, wobei ein in dem Differentialtransformator (S A, S B) verschiebbarer Kern (7 A, 7 B) von dem Lagerkörper (3) in Richtung der Kippachse (y) wegweisend an diesem befestigt ist bzw. am vom Lagerkörper (3) entfernten Ende des Antriebstellers (2) in einer senkrecht auf der vertikalen Achse (z) und senkrecht auf der Kippachse (y) stehenden Richtung vom Gehäuse des Antriebstellers (2) wegweisend an diesem befestigt ist.