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Verfahren zum-Auswuchten von aus mehreren Segmenten zusammengesetzten
Gegenständen und Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich
auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Auswuchten von aus mehreren Segmenten
zusarnmengesetzten Gegenständen (nachstehend kurz als "Segmentkörper" bezeichnet),
und insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Signalverarbeitungs-Methoden und
-Schaltungen und Signalausgabe-Methoden und -Schaltungen zur Verwendung mit auszuwuchtenden
Körpern unterschiedlicher Anzahl von Segmenten.
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Schiffsschrauben, Lüfterflügel, Riemenscheiben mit Speichen und sonstige
Bauteile mit radial liegenden Segmenten erfordern oft Hinzufügen oder Abnahme von
Material an den Flügeln oder Segmenten, um auf diese weise das Bauteil auszuwuchten.
Bisher war es erforderlich, elektronische Schaltungen zu entwerfen oder voreinzustellen,
um Grösse und Ort der an den Segmenten oder Flügeln anzubringenden Unwuchtkorrekturen
zu bestimmen. Beispielsweise wurden fabrikmässig
Maschinen-für das
Auswuchten von Lüfterflügeln mit drei Flügelblättern hergestellt, aber diese Maschinen
liessen sich ohne umfangreiche Änderungen nicht zum Auswuchten eines Lüfterflügels
mit vier oder mehr Flügelblättern verwenden. Bei anderen bekannten Methoden war
ein ziemlich komplizierter Aufbau erforderlich und der Bedienungsmann mußte grosse
Erfahrung besitzen, um die Höhe der Unwuchtkorrektur ermitteln können, wenn die
Zahl der Flügelblätter an dem auszuwuchtenden Gegenstand verändert wurde.
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Beispielsweise erfordern Angaben eines "Vektormessers" oder eines
Oszilloskops eine Deutung oder Analyse durch den Bedienungsmann; diese Ausdeutung
erfordert verhältnismässig viel Zeit und kann von einem ungeübten Bediener nicht
reproduzierbar vorgenommen werden.
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Eine weitere Schwierigkeit ergibt sich bei für das Auswuchten von
Segmentkörpern verwendeten statischen Auswuchteinrichtungen dadurch, daß die den
Segmentkörper tragende Lagerung die Drehung um eine Mittelachse vermeiden muß, die
Neigung um die gleiche Achse aber nicht verhin-dern darf.
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Kardanische Aufhängungen, die zu diesem Zweck benutzt wurden, machen
eine komplizierte Rahmenanordnung erforderlich, um die Drehlagerungen aufzunehmen
und zu halten und bei der Herstellung ist besondere Sorgfalt für die einwandfreie
Ausrichtung der Lager aufzuwenden Das Problem, die Drehung des Lagers um eine Mittelachse
zu vermeiden, ist besonders kritisch bei bestimmten statischen Auswuchtanlagen mit
in genauen orthogonalen Richtungen zu der Lagerung auszurichtenden Meßwertumwandlern,
Abweichungen der relativen Lage der Meßwertumwandler zu der Lagerung führen zu Ungenauigkeiten
in den von den Meßwertumwandler-Verschiebungssignalen abgeleiteten Unwuchtkorrekturangaben.
Ein sphärisches Luftlager gestattet zwar eine Ablenkung in iede
durch
die Mitte des sphärischen Lagers verlaufende Achsenrichtung, aber das Lager kann
auch rotieren und wäre daher unbrauchbar, wenn nicht ein Eingriff vorgenommen wäre,
der die Rotation des Lagers verhinderte.
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Mit der Erfindung sollen daher ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Auswuchten von Segmentkörpern. angegeben werden, die automatisch den Betrag
und den Ort der Unwucht in dem Segmentkörper angeben, die automatisch mit sichtbaren
Mitteln, wie Lampen od. dgl., die speziellen Abgrenzungen oder Körpersegmente anzeigen,
an denen eine Unwuchtkorrektur vorgenommen werden muß, die automatisch den Betrag
der Unwuchtkorrektur an gegenständlichen Stellen auf einem Segmentkörper angeben,
die die schnelle und einfache Einstellung durch Nichtspezialisten erleichtern, wenn
es sich darum handelt, Bauteile mit unterschiedlicher Anzahl von Segmenten auszuwuchten,
die eine Deutung der Unwuchtdaten durch den Bedienungsmann entbehrlich machen, vor
allem, wenn verschiedenartige Bauteile mit unterschiedlich vielen Segmenten ausgewuchtet
werden, die eine eindeutige, unmittelbare Angabe über die Höhe und den Ort der erforderlichen
Unwuchtkorrektur liefern, die an gegenständlichen Stellen des Segmentkörpers vorzunehmen
ist, die eine Exzentrizität in der den Segmentkörper haltenden Spannvorrichtung
ausgleichen, und/oder die wesentlich vielseitiger, genauer und besser reproduzierbar
arbeiten als die bekannten Anlagen, vor allem wenn es sich darum handelt, Unwuchtkorrekturen
für Bauteile zu ermitteln, die unterschiedliche viele Segmente aufweisen.
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Ferner soll durch die Erfindung eine Auswuchtanlage des genannten
Typs angegeben werden, die das auszuwuchtende Bauteil auf einem Luftlager trägt,
das die Möglichkeit hat, sich um vorgegebene orthogonale Achsen zu neigen bzw. um
diese
zu schwenken, während die Drehung um eine dritte Achse unterbunden wird, das ferner
verhältnismässig billig herzustellen ist aber doch beim statischen Auswuchten eine
wirkungsvolle Unterstützung des auszuwuchtenden Bauteils bietet,das eine vorgegebene
Ausrichtung des Lagers gegenüber den beiden Wegmessern für statisches Auswuchten
genau einhält, und/oder das die Nachteile der bisher in statischen Auswuchtanlagen
benutzten Lagerungen beseitigt oder zumindest erheblich vermindert.
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Weitere Merkmale, Besonderheiten und Vorteile der Erfindung ergeben
sich aus der nachstehenden Beschreibung, den Patentansprüchen und den Zeichnungen,
die folgendes darstellen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäusen
Auswuchtmaschine; Fig. 2 eine Teildraufsicht auf die Auswuchtmaschine nach Fig.
1 in grösserem Maßstab, mit einem vierflügeligen Lüfterflügel auf einem sphärischen
Lager; Fig. 3 einen Vertikalteilschnitt längs der Linie 3-3 in Fig. 2 bei abgenommenem
Lüfterflügel; Fig. 4 eine teilweise als Schnitt gezeichnete Draufsicht auf die sphärische
Lagerung in der durch die Linie 4-4 in Fig. 3 angedeuteten Ebene; Fig. 5 einen Vertikalschnitt
längs der Linie 5-5 in Fig. 4 in grösserem Maßstab; Fig. 6 eine Ansicht der Orthogona-l-Wegmesser,
die die Auslenkung einer an dem Lager angebrachten Pendelstange
anzeigen;
Fig. 7 eine teilweise als Blockschaltbild und teilweise mit Schaltungssymbolen gezeichnete
Schaltung für die Ableitung und Verarbeitung der Wegmessersignale und die Angabe
von Betrag und Ort der anzubringenden Unwuchtkorrekturen; Fig. 8 ein zum Verständnis
der Erfindung nützliches Diagramm; Fig.9a bis f für das Verständnis der Erfindung
nützliche Wellenformkurven; Fig.lO eine Schaltanordnung des Sektorabgrenzungs-Dekoders
aus der Schaltung nach Fig. 7.
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Im einzelnen ist den Zeichnungen zu entnehmen, daß die Auswuchtmaschine
10 ganz allgemein Gehäuse 12 aufweist, das oben von einem Bedienungstisch 14 abgeschlossen
wird, an dem eine sphärische Luftlagerung 16 angebracht ist.
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Die Lagerung 16 ist von einem Gehäuse 18 umschlossen und kann einen
Lüfterflügel 20 oder einen anderweitig geformten, auszuwuchtenden Segmentkörper
aufnehmen. An der Auswuchtmaschine ist ferner eine Schalttafel 22 angebracht.
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Die Lagerung 16 weist einen Sockel 24 auf, der fest auf dem Bedienungstisch
14 angebracht ist und eine sphärische Mulde 26 enthält, in der sich eine Kugel 28
befindet; die Kugel 28 kann sich in der Mulde 26 nach allen Richtungen um ein Zentrum
30 bewegen. Auf der Oberseite der Kugel 28 ist eine Platte 32 fest angebracht, die
durch eine Öffnung
34 in dem Gehäuse 18 nach oben herausragt. Ein
auf der Platte 32 befestigter Ringbund 36 ist mit einer Klemmschraube 38 versehen,
die als Befestigung bei der Anbringung eines Lüfterflügels 20 auf der Lagerung 16
dient, wobei.die Drehachse des Lüfterflügels 20 mit einer vertikalen Z-Achse der
Lagerung 16 fluchtet. Natürlich können anstelle des Ringbundes 36 auch andere Halterungsmittel
vorgesehen werden, damit eine grosse Zahl unterschiedlicher Bauteile angebracht
werden kann. Mit der Kugel 28 ist baulich einstückig verbunden eine Fahne 40, die
seitlich aus der Kugel nach aussen vorsteht und in Richtung einer horizontalen X-Achse
der Lagerung (in den Fig. 3 und 5 nach rechts) verläuft. Das freie Ende der Fahne
40 befindet sich zwischen zwei Armen 42, 44 eines gabelartigen Lagerbügels 46. Wie
später noch genauer erklärt werden soll, befinden sich auf den beiden Seiten der
Fahne 40 liegende, ebene Vertikalflächen 48, 50 nahe gegenüber zugeordneten komplementären,
ebenen Vertikalflächen 52, 54 an den zugeordneten Armen 42, 44, so daß dazwischen
ein Luftgleitlager gebildet werden kann, wenn die Kugel 28 um eine Y-Achse der Lagerung
16 schwenkt. An dem Bügel 46 ist ausserdem ein Schaftteil 56 von Kreisquerschnitt
vorgesehen, das durch einen vertikalen Halter 58 greift und in diesem mittels eines
Luftlagers 60 gelagert ist, so daß der Bügel 46 sich frei um die X-Achse bewegen
kann. Ein an dem freien Ende des Schafts 56 angebrachter Bundring 59 verhindert
eine axiale Verlagerung des Bügels 46.
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Druckluft aus einer Druckluftquelle 63 wird über eine Zuleitung 64
in den Sockel 24 und von dort in eine Ringleitung 66 in dem Sockel geführt, von
wo die Luft in den Zwischenraum z.wischen Sockel 26 und Kugel 28 mittels dafür vorgesehener
Kanäle 68 geleitet wird, so daß eine Luftlagerung zwischen Sockel und Kugel entsteht.
Die in der
Kreisleitung 66 befindliche Luft wird ausserdem durch
einen Kanal 70 in eine weite, flache Umfangsrinne 72 in dem Schaft 56 gefördert,
so daß eine Luftlagerung zwischen dem Schaft und der Bohrung 74 in dem Halter 58
gebildet wird.
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Von der Lagerrinne 72 aus wird die Luft teilweise an den beiden Enden
des Halters 58 in die Umgebung abgeführt, so daß mit 76 und 78 bezeichnete Luft-Axiallager
entstehen. Ausserdem gelangt Druckluft aus der Lagerrinne 72 zu zwei senkrecht übereinanderstehenden
Ausgängen 84 in der Fläche 52; der Weg dorthin führt über einen ersten T-Kanal 86,
einen geraden Kanal 88, einen T-Kanal 90 und einen geraden Kanal 92, der mit einer
engen Umfangsnut 94 in Verbindung steht, die gegenüber der Lagerrinne 72 radial
nach innen abgesetzt ist. Die Druckluft an den Öffnungen 84 versorgt die Lager zwischen
den Flächen 48, 52 mit Überschußluft, die durch eine Längsnut 96 abgeblasen wird.
In entsprechender Weise wird Luft aus dem T-Kanal 90 -zu entsprechenden Öffnungen
in der Fläche 54 des Arms 44 geführt, so daß eine Luftlagerung zwischen den Flächen
50, 54 entsteht. Eine Stellschraube 95 an der Verbindungsstelle in dem T-Kanal 90
stellt die Luftmenge ein, die in die Öffnungen 84 und die entsprechenden Öffnungen
in der Fläche 54 strömt. Aus der gezeichneten und beschriebenen Anordnung der Lagerung
16 ergibt sich, daß die Kugel 28 wegen der Luftlager zwischen den Flächen 48, 52
und 50, 54 um die Y-Achse frei beweglich ist und daß ausserdem die Fahne 40 zwischen
den Armen 42, 44 bleibt, wenn die Kugel 28 um die X-Achse schwenkt.
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Eine an der Unterseite der Kugel 28 befestigte Pendelstange 100 verläuft
durch eine passende Öffnung 102 in dem Sockel 24. Eine Reibungsscheibe 104 ist an
das untere Ende der Stange 100 geschraubt und reicht in eine feststehende Schale
106, dE eine geeignete, reibungsausübende FlUssigkeit,
etwa ein
flüssiges Silikon, enthält. Die Scheibe 104 bildet in Verbindung mit dem Boden der
Schale 106 eine echte Viskositätsdämpfung. Das Dämpfungsmaß läßt sich leicht durch
Verändern des Abstands zwischen der Scheibe 104 und dem Boden der Schale 106 einstellen.
An der Stange 100 ist ausserdem ein Gegengewicht 108 passender Grösse befestigt.
Das Gegengewicht 108 und die Dämpfung mit Hilfe der Scheibe 104 lassen die Lagerung
16 schnell in eine neue Gleichgewichtslage kommen. Zur Verlagerung der Stange 100
in X-Richtung dient ein geeigneter Wegmesser 110, und die Verlagerung in Y-Richtung
wird von dem Wegmesser 112 aufgenommen. Die Wegmesser 110, 112 können als lineare
Spannungsdifferentialtransformatoren mit beweglichen Kernen 113, 115 (Fig. 3 und
7) ausgeführt sein, die mit der Stange 100 in Verbindung stehen.
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Nach der Schaltung Fig. 7 liefert ein Oszillator 116 für um 900 phasenverschobene
Schwingungen um 900 phasenverschobene Signale auf den zugehörigen Ausgangsleitungen
118, 120, d.h. eine Sinusfunktion auf der Leitung 118 und eine Cosinus-Funktion
auf der Leitung 120. Das Signal der Sinusfunktion auf der Leitung 118 wird über
einen Schalter 122 und einen Verstärker 124 in eine Speise spule 126 des Wegmessers
110 geleitet. In Kompensationsgeberspulen 128 entstandene Ausgangssignale werden
über einen Verstärker 130 und einen Summierwiderstand 132 an einen Summierpunkt
134 geführt. In entsprechender Weise wird das Signal der Cosinusfunktion auf der
Leitung 120 über einen Schalter 136 und einen Verstärker 138 einer Speisespule 140
in dem Wegmesser 112 zugeführt, und die Gebersignale aus den Spulen 142 werden über
einen Verstärker 144 und einen Summierwiderstand 146 an den Summierpunkt 134 geleitet.
Ein Teil des Speisesignals an der Spule 140 wird
ausserdem einer
Exzentrizitäts-Kompensationsschaltung 150 zugeführt, die aus zwei Rechenverstärkern
152, 154 besteht, deren Ausgänge an die entgegengesetzten Seiten eines Potentiometers
156 gegeben werden, dessen Schleifer 158 über einen Summierwiderstand 160 an den
Summierpunkt 134 angeschlossen ist. Die Verstärker 152, 154 sind so angeordnet,
daß der Schleifer 158 ein Kompensationstionssignal einer ausgewählten Höhe aufnehmen
kann, das mit dem Signal an der Spule 140 entweder in Phase oder gegen dieses um
1800 phasenverschoben ist. Entsprechend wird das an die Spule 126 geführte Signal
durch eine entsprechende Exzentrizitäts-Kompensationsschaltung 162 geleitet, deren
Ausgang an einem Potentiometer 164 abgenommen wird, das einen Schleifer 166 weist,
der über einen Summierwiderstand 168 an den Summierpunkt 134 angeschlossen ist.
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Das summierte Signal am Punkt 134 wird seinerseits einem Potentiometer
169 über einen der sechsWiderstände 170, 172, 173, 174, 175, 176 zueführt, die durch
einen Drehschalterarm 178 angewählt werden. Wie später noch im einzelnen erläutert
wird, entspricht jeweils ein Widerstand 170 bis 176 der Zahl der Segmente, nämlich
drei bis acht Segmenten an dem Bauteil, denen Masse hinzugefügt oder von denen Masse
abgenommen werden kann. Die Widerstände 170 bis 176 verändern den Maßstab des summierten
Signals an dem Punkt 134 mit dem Faktor 1 , wobei wobei sin (a+b) sin (a+b), gleich
dem Sinus des zwischen gleichabständig angeordneten Segmenten des Bauteils eingeschlossenen
Winkels ist, beispielsweise der Sinugs von 900 im Falle eines vierflügeligen Lüfterflügels.
Das am Schleifer 180 abgenommene Ausgangssignal wird über einen invertierenden Verstärker
182 einem ersten Abtast- und Haltekreis 184 und gleichzeitig unmittelbar einem zweiten
Abtast- und Haltekreis 186 zugeführt.
Die Abfragewerte aus den
Kreisen 184, 186 werden zugeordneten Ausgangsmeßgeräten 188, 190 zugeführt, die
die Höhe der an zwei benachbarten Segmenten des Bauteils, z.B.
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benachbarten Flügelblättern des Lüfterflügels 20 auftretenden Unwucht
sichtbar anzeigen. Das Potentiometer 169 kann so eingestellt werden, daß die Meßgeräte
188, 190 die Unwucht unmittelbar in Ounce-Inches angeben. Ein zweites Potentiometer
könnte dem Potentiometer 169 nachgeschaltet werden, um die Unwucht unmittelbar in
Gewichtseinheiten aufeinessorgegebenen Korrektionsradius ablesen zu können, wie
es beispielsweise in der USA-Patentschrift 3 608 381 dargestellt ist.
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Das Sinusfunktionssignal 118 wird ausserdem über die Leitung 199 einer
Frequenzvervielfacherschaltung 200 und einer Synchron-Rückstellschaltung 202 zugeleitet.
Die Schaltung 200 empfängt ausserdem-ein Binärzahlsignal von einem Segment-Kodierkreis
204, der die Zahl der Segmente an dem Bauteil feststellt. Der Kodierkreis 204 wird
durch einen Wählschalter 206 eingestellt, an dem sich ein Knopf 208 befindet, mit
dem ein Bedienungsmann die richtige Segmentzahl einstellt. Der Knopf 208 dient ausserdem
zur Einstellung des Drehschalterarms 178, der den richtigen Widerstand 170 bis 176
einschaltet. Nach Maßgabe des Sinusfunktionssignals auf der Leitung 118 und der
Binärzahl von dem Kodierkreis 204 leitet der Frequenzvervielfacher 200 ein Taktgeberausgangssignal,
dessen Frequenz ein Vielfaches des Eingangssignals von der Leitung 118 ist, gewählt
entsprechend der Zahl der Segmente.
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Bei einem Sinusfunktionssignalf0 hat der Taktgeberausgang der Schaltung
200 eine Frequenz von nfO oder 4f0, wenn es sich um einen vierflügeligen Lüfterflügel
20 handelt. Der Ausgang der Schaltung 200 liefert den Takt
für
ein achtstufiges Schieberregister 210, das mit dem Sinusfunktionssignal auf Leitung
118 durch ein Rückstellsigmal aus der Schaltung 202 synchronisiert wird. Bei jedem
aufsteigenden Nulldurchgang des Sinusfunktionssignals auf der Leitung 118 wird das
Register 210 zurückgestellt, indem eine EINS in die erste Registerstufe eingeführt
wird, so daß beim nächsten Takt nach dem Nulldurchgang die EINS aus der ersten Registerstufe
verschoben wird. Das Register 210 besitzt acht Ausgangsleitungen 212 a-h, die den
Zustand jeder Registerstufe angeben. Die Leitungen 212 a-h sind unmittelbar mit
einem 8-Bit-Verriegelungskreis 214 und über Leitungen 216 a-h mit einem Sektorabgrenzungsdekoder
218 verbunden. Der Verriegelungskreis 214 empfängt ausserdem einen Verriegelungsbefehl
von einem Detektor 222 für aufsteigenden Nulldurchgang; der Eingang dieses Detektors
wird von dem Summierpunkt 134 abgeleitet.
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Bei einem Nulldurchgang der summierten Unwuchtsignale am Punkt 134
tastet die Verriegelungsschaltung 214 die Abtastleitungen 212 a-h ab und speichert
den Standort der EINS im Register 210. Der gespeicherte Standort in dem Verriegelungskreis
214 liefert ein Ausgangssignal auf der jeweils zugehörigen Ausgangsleitung 224 a-h,
die ihrerseits über die Leitungen 226 a-h mit dem Dekoder 218 und über geeignete
Leistungsverstärker 228 mit zugehörigen Lampen 230 a-h verbunden ist.
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Jede der Lampen 230 a-h ist einem entsprechenden Sektor eines Kreises
zugeordnet, beispielsweise zeigt das Aufleuchten der Lampe 230a eine Unwucht in
einem Sektor (N,1) (Fig. 8) zwischen dem höchsten Segment N und dem nächstbenachbarten
Segment "1" an. Die Lampe 230a würde demnach mit "(N ,1)" bezeichnet werden. Entsprechend
ist die Lampe 230b dem Sektor (1, 2), der durch die Segmente "1" und "2" begrenzt
ist, zugeordnet und dementsprechend
bezeichnet, und so fort bis
zu der Lampe 230g, die "(6,7)" zugeordnet und dementsprechend bezeichnet ist, während
die Lampe 230h dem Sektor "(7,8)" zugeordnet und so bezeichnet ist. Weiter unten
soll noch im einzelnen erläutert werden, daß durch das Aufleuchten der Lampe 230a
der Ort der Unwucht in dem Sektor (N, 1) angegeben und dadurch angezeigt wird, daß
eine Gewichts- oder Unwuchtkorrektur an den Segmenten (Sektor-Begrenzungen), d.h.
denjenigen Flügelblättern des Lüfterflügels 20 vorgenommen werden muß, die mit "N"
und "1" bezeichnet sind.
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Entsprechend würde das Aufleuchten der Lampe 230g beim Auswuchten
eines achtflügeligen Lüfterflügels anzeigen, daß eine Unwuchtkorrektur an dem sechsten
und dem siebenten Flügelblatt vorgenommen werden muß. Im Hinblick darauf braucht
dem Bedienungsmann nur bekannt zu sein, daß die höchste angezeigte Flügèlblattzahl
dasjenige F1ügelblatt bezeichnet, das mit der positiven X-Achse nach den Fig. 2
und 8 zusammenfällt.
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Anschliessend soll die Schaltung des Dekoders 218 (Fig.10) genauer
betrachtet werden; danach ist mit Ausnahme der Leitung 216a jede Ausgangsleitung
216 a-h mit einem Eingang eines jeweils zugeordneten logischen NAND-Gliedes 240
a-h und mit einem Eingang eines jeweils zugeordneten logischen NAND-Gliedes 242
a-h@in der gezeichneten Weise verbunden.
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In entsprechender Weise ist jede Ausgangsleitung 226 a-h der Verriegelungsschaltung
mit dem anderen Eingang eines jeweils zugeordneten Gliedes 240 a-h und ausserdem
mit dem anderen Eingang eines jeweils zugeordneten Gliedes 242 a-h verbunden. Wie
der Zeichnung zu entnehmen, empfängt das logische Glied 240a Eingaben von den Leitungen
216a und 226a, das logische Glied 242a von den Leitungen 226a, 216b und so fort,
und schließlich das logische Glied 242g
von den Leitungen 226g
und 216h und das logische Glied 240h von den Leitungen 216h und 226h. Die Leitung
216a führt sowohl an das logische Glied 240a als auch an das logische Glied 242h;
die Gründe dafür zeigen sich später.
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Die andere Eingabe des logischen Glieds 242h rührt von einer Sektorwertwahlschaltung
250 her, die ein Binärzahlsignal von dem Dekoder 204 auf der Leitung 252 und ausserdem
Eingangssignale von den letzten sechs Stufen der Verriegelungsschaltung 214 über
die Leitungen 226c, d, e, f, g, h erhält. Die Ausgangsgrössen der logischen Glieder
240 a-h werden einem gemeinsamen Ausgangswiderstand 260 zugeführt, der Abtastsignale
auf die Leitung 232 für den Abtast- und -Haltekreis 184 gibt, während die Ausgangsgrössen
der logischen Glieder 242 a-h einem gemeinsamen Ausgangswiderstand 262 zugeführt
werden, der das Abtastsignal auf die Leitung 234 für den Abtast- und -Haltekreis
186 liefert. Es wird weiter unten noch genauer beschrieben werden, daß, wenn die
Unwucht zwischen zwei Segmenten, d.h. zwischen zwei benachbarten Flügelblättern
des Lüfterflügels 20 anzutreffen ist, dasjenige der logischen Glieder 240 freigegeben
werden wird, das einem in Gegenuhrzeigerrichtung in den Fig. 2 und 8 benachbarten
Segment zugeordnet ist, und dann wird dasjenige der logischen Glieder 242 freigegeben,
das einem in Uhrzeigerrichtung benachbarten Segment zugeordnet ist. Dann werden
die beiden über die Ausgangsleitungen 232, 234 laufenden Abtastsignale von zugeordneten
monostabilen Multivibratoren 236, 238 geformt und den zugehörigen Abtast- und -Haltekreisen
184, 186 zugeführt.
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Bevor die Wirkungsweise der Auswuchtmaschine beschrieben wird, empfiehlt
es sich, die Fig. 8 zum besseren Verständnis der Maschine und ihrer Arbeitsweise
zu betrachten. Es wird angenommen, daß ein Segmentkörper N Segmente
aufweist,
die den Körper in eine entsprechende Zahl von Sektoren gleichmässig unterteilen;
ist N = 4, so wird der Segmentkörper in vier Sektoren unterteilt. Im allge---meinen
Fall werden die Sektoren (N,1), (1,2) ... (-l,N) durch Grenzen N,1,2 ... (N-1),N
definiert, die Radien der Segmente darstellen und ihren Ursprung in der Kreismitte
haben. Die Summe der von diesen Sektoren eingeschlossenen Winkel beträgt genau 3600,
und die Sektoren überlappen einander nicht. Nimmt man für den Körper eine durch
den Vektor U dargestellte und in dem Sektor (N,1) gelegene Unwucht an, so können
die Komponenten des Vektors auf die angrenzenden Sektorgrenzen N und 1 zerlegt werden
und die Grösse der Zerlegungskomponenten | SN |, | S1\ läßt sich durch die folgenden
Gleichungen definieren:
Dann hat man zur Ermittlung der erforderlichen Unwuchtkorrektur zu bestimmen, in
welchem Sektor die Unwucht liegt, ihre Winkelbeziehung gegenüber den beiden Begrenzungslinien
dieses Sektors festzustellen, und dann die beiden obigen Gleichungen zu lösen, um
den Betrag der Korrektur zu erhalten, der an den beiden Grenzlinien erforderlich
ist. In Fig. 8 ist angenommen, daß N = 4, und in der nachfolgenden Beschreibung
wird vorausgesetzt, daß das Flügelblatt Nr. 4 des Lüfterflügels 20 zentrisch zu
der positiven X-Achse angeordnet ist, also dem rechts liegenden Flügelblatt in Fig.
2 entspricht. Die Auswuchtmaschine ist insbesondere anhand eines Segmentkörpers
mit
vier Segmenten, d.h. eines vierflügeligen Lüfterflügels 20
beschrieben, es ist aber selbstverständlich, daß die Analyse für eine beliebige
Zahl von Segmenten die gleiche Gültigkeit besitzt Die hier beschriebene spezielle
Auswuchtmaschine ist in der Lage, die erforderlichen Unwuchtkorrekturen und Begrenzungsorte
für Segmentkörper mit drei bis zu acht Segmenten anzugeben.
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Ein Arbeitsgang mit der oben angegebenen Auswuchtmaschine läuft insgesamt
folgendermaßen ab: Zunächst wird ein ausgewuchteter Lüfterflügel mittels des Ringbundes
36 auf der Lagerung 16 befestigt, und die Exzentrizitäts-Kompen sationskreise 150,
162 werden so eingestellt, daß die Wirkung jeder Exzentrizität in der Halterung
oder der Halterung in Kombination mit dem Lüfterflügel 20 oder dem sonstigen auszuwuchtenden
Körper ausgeschaltet ist. Das wird durch Schliessen des Schalters 122 und Öffnen
des Schalters 136 erreicht, so daß nur der Wegmesser 110 gespeist wird.
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Der Bediener notiert nun die Ablesung, die er am Meßgerät 188 gemacht
hat, dreht den Lüfterflügel 20 um 180°, notiert wiederum die am Meßgerät 188 gemachte
Ablesung und stellt dann das Potentiometer 166 ein, bis die Ablesungen am Meßgerät
188 für beide Stellungen- des Lüfterflügels 20 miteinander übereinstimmen. Der gleiche
Vorgang wird bei geöffnetem Schalter 122 und geschlossenem Schalter 136 wiederholt,
um Exzentrizität um die Y-Achse auszugleichen; dabei wird das Potentiometer 158
so eingestellt, daß das Meßgerät 190 für zwei um 1800 auseinander liegende Stellungen
des Lüfters 20 die gleiche Anzeige ergilt. Dann werden die Meßgeräte 188, 190 für
die direkte Ablesung geeicht, indem der ausgewuchtete Lüfterflügel benutzt und eine
Unwucht bekannter Grösse beispielsweise um die X-Achse hinzugefügt wird, worauf
der Schleifer 180
verstellt wird, bis das Meßgerät die bekannte
Unwuchtgrösse anzeigt. Dann wird der ausgewuchtete Lüfterflügel durch den auszuwuchtenden
Lüfterflügel ersetzt, und die beiden Schalter 122, 126 werden zur Ausübung des Auswuchtvorgangs
geschlossen. Vorzugsweise werden die Potentiometer 164, 156 und 169, wenn die Einstellungen
für einen bestimmten Typ von Segmentkörpern einmal durchgeführt sind, immer dann,
wenn ein solcher Segmentkörper ausgewuchtet werden muß, in die erforderlichen Stellungen
gebracht werden können, ohne daß die oben angegebene Kompensation und Eichung durchgeführt
werden muß.
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Bei aufgesetztem Lüfterflügel 20 läßt jede Unwucht des Lüfterflügels
die Lagerung 16 sich um ihren Mittelpunkt 30 drehen, wodurch die Stange 100 kippt.
Die Wegmesser 110, 112 geben entsprechende Unwuchtkomponentensignale ab, deren Amplitude
und Phase den Betrag und die Richtung der Verlagerung der Stange 100 in X- und Y-Achsenrichtung
erkennen lassen, und die Signale werden verstärkt und dann am Punkt 134 zusammen
mit den Exzentrizitätskompensationssignalen summiert. Beispielsweise gibt die Wellenform
270 in Fig. 9a das Sinusfunktionssignal auf der Leitung 118 wieder; die Wellenform
272 in Fig. 9b zeigt das Cosinusfunktionssignal auf der Leitung -120 und die Wellenform
274 in Fig. 9e kann als Unwuchtsignal für eine Unwucht im Sektor (4, 1), etwa halbwegs
zwischen den Flügelblättern 4 und 1, d.h. unter 45° zu der X- und der Y-Achse liegend
und durch den Vektor | U | U in Fig. 8 angedeutet, aufgefaßt werden. Das Unwuchtsignal
274 wird über den Widerstand 172 maßstäblich verändert und den beiden Abtast- und
-Haltekreisen 184, 186 zugeführt. Wie oben erwähnt, führt der Widerstand 172 eine
Maßstabsveränderung des resultierenden Signals 274 um einen Faktor sin (a+b) herbei.
Da der Lüfterflügel 20 in dem gewählten Beispiel vier Flügelblätter besitzt, ist
sin (a+b) = 1. Da sowohl die Sinusfunktion 270
wie die Cosinusfunktion
272 Sinusform hat, hat auch das Unwuchtsignal 274 sowohl vor wie nach der Maßstabsänderung
durch die Widerstände 170 bis 176 Sinusform.
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Unter der Annahme einer Frequenz f für das Sinus- bzw.
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das Cosinussignal 270 bzw. 272 und wenn der Wählschalter 206 auf die
Zahl "4" eingestellt ist, gibt die Schaltung 200 ein Signal der Frequenz 4f ab,
wie es in 276 (Fig.9c) 0 aufgezeichnet ist und sendet die entsprechenden Taktgebersignale
278 in das Schieberegister 210. Bei dem Nulldurchgang der Sinuswelle 270 auf der
Leitung 118 und dem ersten Taktgeberimpuls wird das Register 210 zurückgestellt
und erhält eine EINS, was allgemein die Grenzlinie N und insbesondere das vierte
Flügelblatt bezeichnet, Beim Auftreten des zweiten Taktgeberimpulses 278, d.h. bei
dem zweiten Impuls aus Fig. 9d, wird das Register 210 in seine zweite Stufe verschoben
und so fort in die vierte Stufe beim Auftreten des vierten Taktimpulses. Der fünfte
Taktimpuls und der damit zusammenfallende Rückstellimpuls aus der Schaltung 202
veranlassen jedoch im Register 210 die Rückstellung der EINS in die erste Stufe.
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Während das Register 210 verschoben wird, empfängt die Verriegelungsschaltung
214 immer dann, wenn das summierte Unwuchtsignal 274 am Punkt 134 aufsteigend durch
Null geht, einen Befehl zum Speichern des Orts der EINS im Register 210. Bei dem
beschriebenen Beispiel durchläuft das Unwuchtsignal 274 den Wert Null bei 280 (Fig.
9e), während die EINS im Register 210 sich in der ersten Rgisterstufe befindet,
angezeigt durch einen Impuls 282 (Fig. 9f).
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Daher leuchtet die Lampe 230a auf und zeigt an, daß die Unwucht sich
in dem Sektor "(N,1)" befindet. Gleichzeitig wird die Leitung 226a angeschaltet,
die die logischen Glieder 240a und 242a vorbereitet. Da die Zählung im Register
210
fortschreitet und immer dann regeneriert wird, wenn die EINS sich in der ersten
Stufe im Register befindet, werden die Leitungen 212a und 216a angeschaltet und
wird das logische Glied 240a ausgelöst, und immer, wenn die EINS in die zweite Stufe
geschoben wird, werden die Leitungen 212b und 216b angeschaltet und wird das logische
Glied 242a ausgelöst. Wenn das logische Glied 240a ausgelöst,ist, sendet der Multivibrator
234 einen Abtastleitimpuls in den Kreis 184, der die Grösse des Unwuchtsignals in
diesem Augenblick abtastet und speichert, um eine Anzeige des Unwuchtbetrages auf
dem N-ten oder vierten Flügelblatt in dem Anzeigegerät 188 erscheinen zu lassen.
Bei dem hier beschriebenen Beispiel wird das logische Glied 240a auf Grund des ersten
und fünften Taktimpulses 278 usf. ausgelöst, wodurch das Unwuchtsignal zu einem
Zeitpunkt abgetastet wird, der mit 284 in Fig. 9e bezeichnet ist. Die Wellenform
274 stellt zwar das -resultierende Unwuchtsignal vor der Maßstabsänderung durch
die Widerstände 170 bis 176 dar, es ist aber offensichtlich, daß die Wellenform
an den Abtast- und-Haltekreisen 184, 186 proportional zu und phasengleich mit der
Wellenform 274 verläuft. Ausserdem kehrt der Inverter 182, da die Abtastung immer
in dem Kreis 184 vor dem aufsteigenden Nulldurchgang vorgenommen wird, die negative
Halbperiode um, so daß der Kreis immer ein positives Signal abtastet, und die mit
den Kreisen 184, 186 gewonnenen Abtastungen haben daher übereinstimmende Polarität.
In entsprechender Weise gibt, wenn das logische Glied 242a ausgelöst wird, der Multivibrator
238 ein leitsignal in den Kreis 186, der die Grösse des Unwuchtsignals-in diesem
Augenblick für die Anzeige am Meßgerät 190 abtastet und speichert. Bei dem beschriebenen
Beispiel fällt das zweite Abtasten des Unwuchtsignals mit dem zweiten und sechsten
Taktimpuls 278
(Fig. 9d) und so fort zusammen, wodurch das Unwuchtsignal
zu den mit 286 bezeichneten Zeitpunkten abgetastet wird. Wie bei dem beschriebenen
Beispiel, bei dem der Unwuchtvektor willkürlich in der Mitte zwischen den Sektorgrenzen
N und 1 liegend angenommen wurde, zu erwarten, stimmen die Grössen des abgetasteten
Unwuchtsignals zu den Zeitpunkten 284, 286 miteinander überein.
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Wie bereits erwähnt, sind die Bezeichnungen an den Lampen 230 a-h
den Meßgeräten 188, 190 und den benachbarten Segmenten des Segmentkörpers in Uhrzeigerrichtung
zugeordnet. Bei dem beschriebenen vierflügeligen Lüfterflüge 1 gibt die Markierung
(N,1) auf der Lampe 230 daher an, daß die am Anzeigegerät 188 angegebene Unwuchtkorrektur
an dem Flügelblatt N, d.h. am vierten Flügelblatt und die am Anzeigegerät 190 angegebene
Unwuchtkorrektur an dem ersten Flügelblatt vorzunehmen ist.
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Die Anordnung der Wegmesser 110, 112 und die Schaltung nach Fig. 7
bewirken, daß das Unwuchtsignal im richtigen Augenblick abgetastet wird, um die
Berechnungen zu vervollständigen, die für die früher angegebenen Gleichungen für
|Sn| und|S1l erforderlich sind. Das summierte Unwuchtsignal wird zunächst mit sin
(a+b) multipliziert und dann tatsächlich multipliziert mit sin b. im Kreis 184 und
mit sin a im Kreis 186. In diesem Zusammenhang wird darauf aufmerksam gemacht, daß
die in Fig. 9 gezeichneten Wellenformen nicht notwendigerweise maßstäblich aufzufassen
sind, daß aber die Amplituden im Abtastzeitpunkt 284, 286 etwa 0,707 des Signalmaximums
ausmachen, wenn die Winkel a und b 45 betragen.
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Wenn ferner beispielsweise bei einem vierflügeligen Lüfterflügel 20
angenommen wird, daß die Unwucht mit der X-Achse zusammenfällt, würde natürlich
das resultierende
Unwuchtsignal um 45° nach links (in Fig. 9e)
verschoben werden. Der Kreis 184 tastet somit das Unwuchtsignal an seiner höchsten
Stelle ab, und der Kreis 186 tastet das Unwucht signal beim Nulldurchgang ab.Daher
wird das Meßgerät 188 die volle auszuübende Unwuchtkorrektur an dem vierten Flügelblatt
angeben und am Meßgerät 190 wird Null angezeigt.
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Das logische Glied 242b wird offensichtlich benötigt, wenn die Unwucht
zwischen den Segmenten (N-1) und N liegt, d.h.
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zwischen den Flügelblättern 3 und 4 im Falle eines vierflügeligen
Lüfterflügels. Aufgrund einer Eingabe auf der Leitung 226d und einer Binärzahl auf
der Leitung 252 für die Feststellung, daß vier Grenzlinien vorliegen, wird das logische
Glied 242h von der Schaltung 250 ausgelöst.
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Die Leitung 226d wird gespeist und daher wird das logische Glied 240d
ausgelöst, wenn die EINS im Register 210 die vierte Registerstufe erreicht, wodurch
die richtige Abtastung für Flügelblatt 3 erfolgt und die erforderliche Unwuchtkorrektur
am Meßgerät 18.8 angezeigt wird. Da jedoch ein Vierflügellüfterflügel ausgewuchtet
wird, speist das Register 210 die Leitung 216a, nicht aber die Leitung 216e, so
daß das logische Glied 242d nicht ausgelöst wird. Wird jedoch die Leitung 216a angeregt,
so wird das logische Glied 242h ausgelöst und liefert das erforderlicle Leitsignal
für den Abtast- und Haltekreis 186. Entsprechend erhält die Wahlschaltung 250, wenn
ein Segmentkörper mit acht Segmenten geprüft wird und die Unwucht zwischen den Segmenten
7 und 8 liegt, eine Eingabe auf Leitung 22-6h, um däs logische Glied 242h auszulösen.
Wenn das Register seine achte Stufe erreicht, wird das logische Glied 240h von der
Leitung 216h ausgelöst, um das Leitsignal für den Kreis 184 zu erzeugen, und nachdem
das Register 210 dann durch den nächsten Taktimpuls und den Rückstellimpuls zurückgestellt
ist,
wird das logische Glied 242h durch das Signal auf Leitung 216a ausgelöst und liefert
das für den Kreis 186 erforderliche Leitsignal.
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Wenn auch die Auswuchtmaschine und ihre Arbeitsweise bisher am Beispiel
eines vierflügeligen Lüfterflügels beschrieben worden ist, ergibt sich doch ohne
weiteres, daß eine entsprechende Arbeitsweise mit der speziellen Schaltung erreichbar
ist, die für Bauteile mit bis zu acht Segmenten ausgelegt ist. Beispielsweise wäre
der Schaltarm 178 an den Widerstand 170 für ein Bauteil mit drei Segmenten, an den
Widerstand 173 für ein Bauteil mit fünf Segmenten, an den Widerstand 174 bei sechs
Segmenten, an den Widerstand 175 bei sieben Segmenten und an den Widerstand 176
bei acht Segmenten zu legen. Die Widerstände 170 bis 176 werden relativ zu dem Widerstand
des Potentiometers 169 derart bewertet, daß die erforderliche Maßstabsänderung durch
einen Faktor 1 zustande kommt. Für ein Potentiometer 169 sin (a+b) mit einem Widerstand
von 1000 Ohm würden die Widerstände 170 bis 176 die folgenden Grössen erhalten:
Widerstand 170: 732 Ohm, Widerstand 172: 1000 Ohm, Widerstand 173: 904 Ohm, Widerstand
174: 732 Ohm, Widerstand 175: 560 Ohm und Widerstand 176: 414 Ohm. Durch Einstellen
der Zahl der Flügelblätter oder Segmente an dem Schalter 208 wird der richtige Widerstand
und die Ausgangsfrequenz am Verstärker 200 gewählt und die entsprechende Binärzahl
wird der Sektorwahlschaltung 250 in dem Dekoder 218 zugeführt. Bei demWähler 250
handelt es sich um eine handelsübliche Einrichtung, die beispielsweise als Acht-Bit-Datenwähler
von der Texas Instruments Inc. unter der Modellbezeichnet SN 74151N verkauft wird.
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Die vorstehend beschriebene Methode und zugehörige Vorrichtung zum
Auswuchten von Segmentkörpern haben zahlreiche
Vorteile gegenüber
der bisher geübten Technik. Zunächst kann die Maschine leicht für Bauteile mit unterschiedlicher
Zahl von Segmenten, an denen Masse hinzugefügt oder abgetragen werden kann, eingestellt
werden. Zwar ist bei der in Fig. 7 wiedergegebenen Schaltung eine Höchstzahl von
acht Segmenten vorgesehen, aber offensichtlich läßt sich das Prinzip erweitern,
so daß mit Segmentkörpern mit mehr als acht Segmenten gearbeitet werden kann. Die
Lampen 230 a-h zeigen dem Bedienungsmann schnell und unzweideutig die Segmente an,
an denen Masse hinzugefügt oder abgetragen werden muß. Ferner zeigen die beiden
getrennten Meßgeräte 188, 190 dem Bedienungsmann schnell und eindeutig die Grösse
der Gewichtskorrektur an den durch die Lampe angedeuteten Flügelblättern an. Zur
Anzeige der korrekturbedürftigen Segmente sind zwar mit dem Korrekturort gekennzeichnete
Lampen beschrieben, man kann diese Segmente aber auch auf andere Weise kenntlich
machen, beispielsweise durch eine Digitalanzeige, die die Nummern von Segmentpaaren
nach Maßgabe von Ausgangsgrössen auf den Leitungen 244 a-h anzeigt. Die in Fig.
7 gezeichnete Schaltung bietet in Verbindung mit der Orientierung der Wegmesser
110, 112 eine einfache Möglichkeit, die Gleichungen zu lösen, die die Unwucht in
Komponenten an den Grenzlinien zerlegt. Auf den Leitungen 118, 120 werden zwar um
900 phasenverschobene Signale in Verbindung mit orthogonal zueinander ausgerichteten
Wegmessern bevorzugt, man könnte die Wegmesser 110, 112 auch einen vom 900 abweichenden
Winkel einschliessen lassen. In diesem Fall würde zwischen den zugeordneten Signalen
auf den Leitungen 118, 120 eine dementsprechende Phasenverschiebung eingehalten
werden. Die Orthogonalanordnung der Wegmesser 110, 112 in Verbindung mit dem um
90° gegeneinander phasenverschobene Schwingungen aussendenden Oszillator 116 werden
deshalb bevorzugt, weil handelsübliche
Oszillatoren dieser Art
mit genauer 90°-Beziehung verfügbar sind. Die bevorzugte Ausführungsform ist hier
in ihrer Anwendung auf eine statische Auswuchtanlage beschrieben; um eine rotierende
Auswuchtanlage zu erhalten, sind aber nur geringfügige Abwandlungen der gleichen
Technik erforderlich, Die Wegmesser 110, 112 würden durch seismische Meßwertumwandler
zu ersetzen sein, die die Eingangssignale für die Vorverstärker 130, 144 liefern.
Das Synchronisierungssignal, das dem Frequenzvervielfacher 200 und der Synchronrückstellschaltung
202 über die Leitung 199 zugeführt wird, würde mit geeigneten Mitteln, etwa einem
Magnet- oder einem Reluktanzgeber, unmittelbar von dem umlaufenden Bauteil abgeleitet
werden. Die Schaltung nach Fig. 7 kann evtl. auch bei einer rotierenden Auswuchtanlage
mit nur einem Meßwertumwandler benutzt werden, weil die Phase des Unwuchtsignals
in an sich bekannter Weise auf einen Ort auf dem Segmentkörper bezogen werden kann.
Schließlich ist zwar die elektronische Exzentrizitätskompensation vorzuziehen, man
kann aber auch eine mechanische Kompensation anwenden, wozu beispielsweise kleine
Gewichte verwendet werden können, die längs der X- und der Y-Achse einstellbar anzubringen
sind.
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Patentansprüche: