DE2525933A1

DE2525933A1 - Verfahren und anordnung zur bestimmung der unwucht rotierender koerper

Info

Publication number: DE2525933A1
Application number: DE19752525933
Authority: DE
Inventors: Angel Jorge Mortensen
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-06-12
Filing date: 1975-06-11
Publication date: 1976-01-08
Also published as: GB1476573A; US4060002A; DK138345B; DK312674A; DK138345C

Description

PATENTANWALT

DR.-ING. ¹WILLV STRUCK ? R ° 5 9 3 3

PINNEBERG / HOLST. ^

Postanschrift_: Patentanwalt Dr. W. Struck
2ΟΘΟ Pinneberg/ Holst. Postfach 2O67

Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Unwucht rotierender Körper

Anm.: Angel Jorge Mortensen, Eskilstrup DE 4683 Rönnede

Me vorliegende Erfindung "bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Unwucht rotierender Körper, deren mechanische Schwingungen aus den Unwuchten mittels Wandlern als Bewegungen, Kräfte oder Drücke aufgenommen und in elektrische Signale umgewandelt werden.

Derartige Verfahren sind grundsätzlich "bekannt. Bekannt sind auch die mechanisch-elektrischen Wandler, welche die Bewegungen oder Kräfte an den Lagern des rotierenden Körpers aufnehmen und in elektrische Signale umwandeln. Hierbei werden

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jedoch auch Störsignale übertragen, deren Eliminierung ein allgemeines Problem ist. Da die Störschwingungen nicht selten einen großen, wenn nicht den größten Anteil der elektrischen Signale bilden, ist eine befriedigende Analyse der Unwucht im allgemeinen erst nach einer Verbesserung des Nutz-/Störsignalverhältnisses möglich.

Nach einem allgemein bekannten Verfahren kann man das Nutz-/ Störsignal-Verhältnis durch Anbringen einer Zusatzmasse verbessern. Dadurch wird den elektrischen Signalen ein definierter Anteil hinzugefügt. Wählt man in aufeinanderfolgenden Messungen für die Zusatzmasse mehrere Befestigungspunkte auf dem Kreisumfang des rotierenden Körpers, so kann man die Signalteile der Störungen, der Zusatzmasse und der gesuchten Unwucht mittels grafischer und rechnerischer Auswertung voneinander trennen.

Nach dem USA-Patent Nr. 3.1-4-7.624- kann man auf die Zusatzmasse verzichten und statt derer ein entsprechendes Ersatzsignal elektronisch addieren. Statt der verschiedenen Anbringung spunkte verändert man die Phase des Ersatzsignals.

Allgemein bekannt ist auch die Unterdrückung der Störsignale mittels elektrischer Filter. Hierbei verändert sich jedoch die Phase des Nutzsignals, wenn die Drehgeschwindigkeit des rotierenden Körpers von der Mittenfrequenz des Filters abweicht.

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Für die bestmögliche Lösung wird bisher ein Verfahren gehalten, das den Signalvektor auf zwei Hilfsvektoren projiziert, welche die gleiche Winkelfrequenz wie der Unwuchtvektor haben. Die Projektionen erhält man durch Multiplikation des elektrischen Signals mit Hilfssignalen, die ein elektrodynamischer Drehwinkelwandler liefert. In den Signalprodukten sind die Komponenten der Unwucht als Gleichspannungsanteile, die der Störungen als Wechselspannungsanteile enthalten, beide lassen sich mittels Tiefpaßfilter voneinander trennen.

Der Mangel dieser Lösung ist, daß Betrag und Winkel der Unwucht nicht unmittelbar, sondern erst nach vektorieller Addition der Komponenten gefunden werden. Der elektrodynamische Drehwinkel zeigt zudem nicht die Ruhestellung an.

Die Erfindung will diese Mangel vermeiden, indem sie dem gemessenen Signal (Fig. 4-) während mehrerer Umdrehungen jeweils in bestimmten Winkel Stellungen des Körpers Stichproben entnimmt, diese speichert und ordnet, um für jede Winkelstellung einen Mittelwert zu bilden. Der Mittelwert strebt mit der Zahl der darin enthaltenen Stichproben einem Grenzwert zu, der von den nichtperiodischen Störanteilen unabhängig ist, (Fig. 5)· Die in den Speicherzellen bewahrten Mittelwerte lassen sich grafisch durch eine Treppenkurve darstellen, die viele Schwingungsperioden, von nichtperiodischen Störsignalen befreit, zu einer einzigen Periode zusammenfaßt (Fig. 6). Das positive Maximum der gespeicherten Mittelwerte

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gibt den Betrag, sein Winkel die Orientierung der Unwucht an.

Die Stichprobenentnahme wird auf einfache Weise mit einem inkrementalen Drehwinkel-Meßwertaufnehmer gesteuert. In
seiner Wirkungsweise entspricht dieser einem schnellen Drehschalter mit vielen (z.B. 100) Positionen. Als zweckmäßig erweist sich eine Schalterkonfiguration, die in jeder Position ein Taktsignal und ein Kennsignal liefert. Das Taktsignal befielt die Stichprobenentnahme, das Kennsignal identifiziert die Winkelstellung und die ihr zugeordnete Speicherzelle.

An der Auslösung der Schaltsignale können photoelektrische, elektromagnetische oder andere Aufnehmer beteiligt sein,
die von dem rotierenden Teil des Drehschalters beeinflußt werden. Das rotierende Teil kann eine Scheibe, ein Zylinder oder ein anderer Drehkörper sein, auf den die Kontaktauslöser verteilt sind, z.B. als Segmente auf konzentrischen Ringen. Kontaktauslöser eines photoelektrisch gesteuerten Schalters können z.B. Löcher oder Spiegel sein, die einen Lichtstrahl auf eine Photozelle lenken.

Die außerdem benötigten elektronischen Einrichtungen zum
Entnehmen, Speichern und Mitteln der Stichproben sind bekannt, so daß sich die Besahreibung auf folgende Hinweise beschränken kann:

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Als Speicher im Sinne der Erfindung können sowohl Kondensatoren als auch digitale Speicherzellen verwendet werden. Die Mittelung kann durch RG-Glieder oder arithmetisch, während der Stichprobenentnahme oder danach erfolgen.

Wie bereits erwähnt, werden die Unwuchtschwingungen gewöhnlich an beiden Lagern des rotierenden Körpers aufgenommen, d.h. in zwei Ebenen. Es ist hierbei nebensächlich, ob die Stichproben den beiden Unwuchtsignalen gleichzeitig, abwechselnd oder nacheinander entnommen werden.

An Hand der Zeichnungen auf denen

Pig. Λ ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform

einer Anordnung gemäß der Erfindung, Pig. 2 ein Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform und

Pig. 3 eine Teilansicht eines Winkel-Positionsaufnehmers zeigen, soll die Erfindung nachfolgend noch näher beschrieben werden.

In den Fig. 2 und 3 sind die Verknüpfungen dargestellt: Von den Wandlersignalen 1 werden, gesteuert durch die Signale des Winkel-Positionsaufnehmers 2, Stichproben gebildet 3 und diese, nach Winkelpositionen geordnet, den Speicherzellen zugeführt.

Die Speicherzellen sind in Fig. 1 durch Kondensatoren als

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Mittel der Anaigtechnik dargestellt. Die Kondensatoren können gleichzeitig auch Funktionen der Stichprobenentnahme und der Mittelwertbildung erfüllen.

In Fig· 2 ist die digitaltechnische Version dargestellt. Hier werden die Stichproben über einen Analog-Digitalwandler 4 und einen Rechner dem Speicher 5 zugeleitet, welcher Zellen für jeden Meßkanal und für jede Winkelposition enthält.

Rechner und Speicher verrichten gemeinsam und in schneller Folge das Sammeln und Ordnen der Stichproben, das Berechnen und Speichern der Mittelwerte, und die Ausgabe von Betrag und Vinkelposition der Unwucht. Das Ergebnis wird unmittelbar nach Empfang der erforderlichen Stichprobenmenge über den Rechnerausgang 6 auf das Anzeigenfeld 7 geleitet, es kann daher bereits während der Rotationen des Körpers und auch noch nach dessen Stillstand abgelesen werden. Der Rechnerausgang kann auch geeignete Vorrichtungen steuern, welche die Unwucht des zuvor geprüften Körpers ausgleichen.

Die in den Speicherzellen bewahrten Mittelwerte lassen sich grafisch als Treppenkurve (Fig. 6) darstellen, deren Stufen den Winkelpoßitionen zugeordnet sind.

Ein Teil des Winkel-Positionsaufnehmer ist in Fig. 3 dargestellt, Es handelt sich um eine kreisrunde Scheibe 8, die ge meinsam mit dem rotierenden Körper angetrieben wird. Statt der Scheibe kann auch ein Zylinder oder ein anderer rotati-

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- 7 onssymmetri seller Körper verwendet werden. Auf der Scheibe 8 sind konzentrische Ringe angeordnet, welche durch ra^diale Trennungslinien in Segmente aufgeteilt sind. Die Segmente können ganz oder teilweise mit mechanisch, elektrisch, magnetisch oder optisch wirksamen Kontaktpunkten 9» 10 versehen sein, die zwecks Auslösung elektrischer Schaltfunktionen abgetastet werden. Auf mitofestens einem der. konzentrischen Kreise entspricht die Zahl der Segmente der Zahl der Winkelpositionen, während die benachbarten Kreise abhängig vom Winkelabstand zur Nullrichtung nach einem Code (z.B. Binär-, Gray- oder BGD-Code) geteilt sind.

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Claims

Patentansprüche

1.) Verfahren zur Bestimmung der Unwucht rotierender Körper durch Umwandlung mechanischer Schwingungen oder Druckänderungen in elektrische Signale, aus denen Größe und Lage der Unwucht abgeleitet wird, wobei die Unwuchtschwingungen nichtperiodische Störschwingungen enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß den Unwuchtschwingungen des rotierenden Körpers während einer Vielzahl von Umdrehungen Stichproben entnommen werden, die zunächst nach äquivalenten Winkelpositionen geordnet, dann zur Eliminierung der Störschwingungen gemittelt und schließlich gespeichert werden.

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Vorrichtungen zur Entnahme, Ordnung und Speicherung der Stichproben, sowie mit diesen in Wirkverbindung stehende Steuervorrichtungen.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtungen Kondensatoren sind.

4-, Anordnung nach Ansoruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichervorrichtungen summierende Schaltkreise dienen.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichervorrichtungen digitale Schaltungen enthalten.

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6. Anordnung nach Anspruch 2 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß als Steuervorrichtung ein inkrementaler Winkel-Meßwertaufnehmer dient.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in/krementale Winkel-Meßwertaufnehmer eine mit dem rotierenden Körper umlaufende Scheibe oder Zylinder mit Kontaktpunkten ist, welche in Übereinstimmung mit den vorherbestimmten Winkel Stellungen in den Kreuzungspunkten zwischen konzentrischen Kreisen und Radien belegt sind, wobei Zahl und Lage der Kontaktpunkte auf einem gegebenen Radius die Winkelstellung angibt.

8. Anordnung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß sich in einem der Kreise in allen Kreuzungspunkten mit den vorherbestimmten Radien ein Synchronisationskontakt befindet.

9. Anordnung nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der inkrementale Winkel-Meßwertaufnehmer in jeder einer endlichen Zahl (z.B. 100) äquivalenter Winkelpositionen ein verschlüsseltes Signal liefert, das sich von den Signalen der übrigen Winkelpositionen unterscheidet.

10. Anordnung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß der inkrementale Winkel-Meßwertaufnehmer während der Drehung in jeder Winkelposition einen Spannungsimpuls liefert.

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11. Anordnung nach Anspruch 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in ihr Vorrichtungen enthalten sind, an denen sich auch während des Stillstandes des rotierenden Körpers bzw. des in/fcrementalen Winkel-Meßwertaufnehmers die Winkelwerte ablesen lassen.

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