DE2652089A1

DE2652089A1 - Balancing of assembled lifting piston machines - has axially spaced bearings with phase indicator coupled to rotor of machine

Info

Publication number: DE2652089A1
Application number: DE19762652089
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Fischer; Otto Dr Ing Lang
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1976-11-16
Filing date: 1976-11-16
Publication date: 1978-05-18

Abstract

To indicate and eliminate chance imbalances on lifting piston machines, the machine (1) is mounted isotropically in bearings (3, 4) which are flexible in two different directions perpendicular to one another. Vibration pick-ups (6, 7, 8, 9) are assigned to the two radial directions for each bearing. A measuring and decoding unit (14) determines separately for each bearing the amount and direction of the imbalance in respect of each radial direction. An average value is then formed vectorially for each bearing from the two imbalances and the data is used to control the machining unit.

Description

Verfahren zum Auswuchten von fertigungsmontierten Method of balancing production-assembled

Hubkolbenmaschinen Dic Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auswuchten von fertigmontierten Hubkolbenmaschinen, insbesondere von solchen mit froion Massenwirkungen erster Ordnung, nach den Oberbegriff von Anspruch 1. Reciprocating piston machines The invention relates to a method for balancing of fully assembled reciprocating piston engines, especially those with froion mass effects first order, according to the preamble of claim 1.

In neuerer Zeit werden in zunehmendem Maße Hubkolbenmaschinen in fertigmontiertem Zustand ausgewuchtet. Hierbei wird bisher das gleiche Prinzip verwendet, wie beim Auswuchten der Einzelteile. Bei isoliert betrachteten Rotoren mit einer unvermeidbaren Unwucht stoht diese in einer räumlich unveränderlichen Relativlage zum Rotor. Daher ist es beim Einzelteilwuchten ausreichend, die Auswirkungen dieser Unwuchten in einer einzigen Meßrichtung zu erfassen.In recent times, reciprocating piston machines are increasingly fully assembled Balanced condition. So far, the same principle has been used as with Balancing the individual parts. With rotors viewed in isolation with an unavoidable Imbalance occurs in a spatially unchangeable position relative to the rotor. Therefore is it sufficient for individual part balancing to see the effects of these imbalances in to detect a single measuring direction.

Bei Hubkolbenmaschinen können - bauartbedingt bzw. tderanzbedingt - Massenwirkungen erster Ordnung auftreten, deren Auswirkungen in Motorhochrichtung und in Motorquerrichtung jeweils unterschiedlich sind. Beim häufig ausgeführten Normalausgleich von Hubkolbenmaschinen wird zusammen mit t den rotierendon Nassen der halbe Anteil der oszillierenden Nassen durch an der Kurbelwelle angebrachte Gegengewichte ausgeglichen; der verbleibende nicht ausgeglichene Teil der ossilliorenden Massen wirkt sich dann wie eine mit der Kurbelwellen-Drehzahl, jedoch in entgegengesetzter Drehrichtung umlaufende Unwucht aus.In the case of reciprocating machines, - depending on the design or tolerance - First-order mass effects occur, their effects in the vertical direction of the motor and are different in the transverse direction of the engine. When running frequently Normal balancing of reciprocating engines is done together with the rotating on wet half the proportion of the oscillating wet through on the crankshaft attached counterweights balanced; the remaining unbalanced part the ossillary masses then acts like one with the crankshaft speed, however, in the opposite direction of rotation, there is a circumferential imbalance.

Würde man Hubkolbenmaschine nach der herkömmlichen Methode wie Einzelrotoren auswuchten, so würde die Massenverteilung am Rotor der Hubkolbenmaschine derart korrigiert werden, dan außer den zufalligen Unwuciiten auch die in Richtung der Elastizität dos Lagers der Wuchtmaschine fallende als Unwucht angezeigte freie Nassenwirkung erster Ordnung beseitigt werden würde. Dies hiitto aber zur Folge, daß die konstruktiv vorgesehene und negativ umlaufende Massenwirkung in eine senkrecht zur Meßrichtung oszillierende und entsprechend vergrößerte Massenwirkung verändert werden würde.One would reciprocate engine using the conventional method as single rotors balance, the mass distribution on the rotor of the reciprocating engine would be like this must be corrected, then, in addition to the accidental unwanted effects, also those in the direction of the Elasticity of the bearing of the balancing machine falling free wet effect indicated as imbalance first order would be eliminated. The consequence of this, however, is that the constructive intended and negative rotating mass action in a direction perpendicular to the measuring direction oscillating and correspondingly increased mass action would be changed.

Dio Laufruhe einer derart gewuchteten Hubkolbenmaschine würde durch oinen solchen Wuchtvorgang wahrscheinlich beeinträchtigt werden, was zumindest bei Pkw-Motoren nicht in jedem Fall toleriert werden könnte.The smooth running of a reciprocating piston engine balanced in this way would go through Such a balancing process is likely to be impaired, at least for Car engines could not be tolerated in any case.

Man hat daher schon versucht, die bauartbedingte verbleibende Massenwirkung erster Ordnung - in der Regel eine negativ umlaufende Unwucht bekannter Größe und bekannter Phasenzuordnung - bei dor Auswertung und Weiterverarbeitung der Meßergebnisse bei der Ermittlung der Unwucht durch eine in die Auswertung eingespeiste Größe zu simulieren, derart, daf> lediglich noch eine zufällige Unwucht, die beseitigt werden muß, im MeL- bzw. Auswertergebnis übrig bleibt, und mit der dann die Einrichtung zur Unwuchtkompensation angesteuert werden können. Diese Verfahrensweise führt zwar zu praktisch auswertbaren Auswuchtergebnissen; die Praxis hat aber gezeigt, daß das Einspeisen der die konstruktionsbedingte gewollte Unwucht simulierenden Größe immer wieder zu erheblichen Störungen Anlaß gibt, was bei einer Serienfertigung außerordentlich leistig und kostspielig soin kann. Im übrigen muß die vorgegebene simulierte Unwucht der jeweils auszuwuchtenden Maschine angepaßt werden, was ebenfalls zu Verzögerungen und bei Nichtbeachtung zu Störungen bzw. Ausschuß führon kann. Dieser Nachteil ist insbesondere dann, wenn unterschiedliche Typen von Nu toren in unregelmäßiger Folge auf ein und derselben Auswuchtmaschine ausgewuchtet werden sollen, schwerwiegend.Attempts have therefore already been made to reduce the residual mass effect due to the design first order - usually a negative rotating imbalance of known size and known phase assignment - during the evaluation and further processing of the measurement results when determining the imbalance by means of a variable fed into the evaluation simulate in such a way that> only a random imbalance is eliminated must be, remains in the MeL or evaluation result, and then with which the device can be controlled for unbalance compensation. This procedure leads to practically evaluable balancing results; but practice has shown that feeding in the variable that simulates the desired imbalance due to the design again and again gives rise to considerable disturbances, which is the case with series production extraordinary efficient and costly soin can. In addition, the specified simulated imbalance must must be adapted to the machine to be balanced, which also leads to delays and failure to comply can lead to malfunctions or rejects. This disadvantage is especially when different types of Nu factors in irregular succession are to be balanced on the same balancing machine, serious.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Verfahrensmöglichkeit aufzuzeigen, die ohne Simulieren von Unwuchtgröi3en oder Massenwirkungen zu brauchbaren Wuchtergebnissen führt.The object of the invention is to show a possible method, which result in usable balancing results without simulating unbalance sizes or mass effects leads.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäße durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruche genannten Verfahrenmerkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the characterizing part of the main claims mentioned process features solved.

Aufgrund der vektoriellen Mittelwertbildung der beiden Unwuchten, die bezüglich der zwei unterschiedlichen Radialrichtungen ermittelt werden, fallen die konstruktionsbedingt gewollten Unwuchtanteile aus der Resultierenden heraus und os wird lediglich noch die zufällige und zu beseitigende Unwucht allgezeigt.Due to the vectorial averaging of the two unbalances, which are determined with respect to the two different radial directions fall the design-related desired unbalance components from the resultant and os, only the accidental imbalance that has to be eliminated is shown in general.

Neben dem Verfahren betrifft dio Erfindung auch eino entsprechend ausgestalte Einrichtug zur Auswuchtung von Hubkolbenmaschinken und es wird zur Lösung der genannten Aufgabo vorgosclllagell, diese gemäß doin kennzeichnenden Toil von Anspruch 2 aus zugestalten.In addition to the method, the invention also relates to a corresponding one equipped device for balancing reciprocating machines and it becomes a solution the stated task vorgosclllagell, this according to doin characterizing Toil of Claim 2 from shape.

Die Erfindung ist aiiliand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles nachfolgend noch kurz erläutert; dabei zeigen: Fig. 1 den schematischen Aufbau beim Auswuchten einer IIubkolbenmaschine, Fig. 2 die räumliche Anordnung der ermittelten Unwuchtvektoren u n d Fig. 3 ein Blockschaltdiagramm der Auswerteeinheit.The invention is aiiliand one illustrated in the drawings Embodiment briefly explained below; show: Fig. 1 shows the schematic structure when balancing a reciprocating piston machine, FIG. 2 shows the spatial arrangement of the determined unbalance vectors and FIG. 3 shows a block diagram the evaluation unit.

nei der Darstellung der Auswuchtanordnung nach Fig. 1 ist ein Hubkolbenmotor 1 mit einer Rotationsachse 9 auf zwei isotropen Lagertraversen 3 und 4 befestigt, wobei 3 das hintere und 4 das vordere Lager bezeichnet. Dio Lagertraversen sind an Federn 5 aufgehängt. Hierdurch ergibt sich eine isotrope elastische Lagerung des Motors 1 an einer vorderen tind an einer hinteren Ebene.The illustration of the balancing arrangement according to FIG. 1 is a reciprocating piston engine 1 fixed with a rotation axis 9 on two isotropic bearing cross members 3 and 4, where 3 denotes the rear bearing and 4 denotes the front bearing. The bearing traverses are suspended on springs 5. This results in an isotropic elastic mounting of the engine 1 on a front plane and on a rear plane.

Jede der beiden Lagertraversen ist mit je zwei Schwingungsaufnehmern 6 bis 9 versehen, von denen jeweils einer der Schwingungsaufnehmer, - die Aufnehmer G bzw. 7 - den Schwingungsanteil in X-Richtung, und von denen je zwei andere Schwingungsaufnehmer - die Aufnehmer 8 und 9 - die Schwingungsanteile in Y-Richtung registrieren. I)io Triebwerksteile des Motors 1 sind über eine Ankopplungswelle 12 mit einer Antreibvorrichtung 10 gekoppelt, mit der die Triebswerksteile des Motors in Rotation versetzt werden können. I)io Drehvorrichtung übor die Ankopplungswelle 12 erfolgt in oinor gailz definierten phasenmäßigen Zuordnung; des Antriebsstranges zu den Triebwerksteilen des Motors 1. Am Ende des Antriobss trange s ist ein als Wocllsuls tromgonorator wirksamer Winkellagengeber 13 angeordnet, der einen Bezugswechselstrom mit konstanter Amplitude und einer der Auswuchtdrehzahl entsprechenden Frequenz liefert. Die Phasenlage des Bezugswechselstromes relativ zu den Triebwerksteilen des Motors ist konstant; gleichzeitig kann ein um 90 Grad phasenverschobener Bezugswechselstrom entnommen werden. Im oinen Fall liegt die positive Amplitude phasengleich mit dem umfangsmäßigen Bezugspunkt der Triebwerksteile dos Motors, welches moist die Richtung der ersten Kröpfungder Kurbelwelle ist. Im zweiten Falle liegt die positive Amplitudo des Bezugswechselstromes um 9o Grad versotzt zu diesem Bezugspunict. Auf dem Antriebsstrang dieser Auswuchtanordnung ist nocli oine Winkelscheibe 11 angeordnet, die es gestattet, die Umfangslage dor Triebwerks teile des Motors in genauen Winkelgraden zu erfassen, was z. B. beim Anbringen von Auswuchtbohrungen wichtig ist. Die Ausgänge des Winkellagengebers 13 und der Schwingungsa,ufnehmer 6 bis 9 sind auf eine Auswerteeinheit 14 geschaltet, die in Fig. 3 in Form eines Blockschaltdiagrammes dargestellt ist. Bei herkömmlichen Anlagen ist in der Auswerteeinheit ein Wattmeter vorgesehen. In einem solchon Wattmeter wird ein Bezugswechselstrom seitens eines Winlcellagengebers mit oinor Meßwechselspannung seitens eines der Schwingungsaufnehmer multipliziert und ein entsprechender Effektivwert zur Anzeige gebracht, wobei Schwingungsanteile höher als der ersten Ordnung unberücksichtigt bleiben, also gewissermaßen ausgefiltert werden. Es handelt sich hiorbei um das bekannte Prinzip der Wattmetermethode. Vom Prinzip ist die Wattmetermethode zwar auch für die Zwecke der vorliegenden Erfindung geeignet. Da aber vorliegend die Anzeigowerto des Wattmeters rechnerisch weiterverarbeitet werden müssen, ist die Wattmetermethode hier unpraktisch. Auf Einzelheiten dor Auswerteinheit wird weiter unton im Zusammenhang mit der Schilderung von Fig. 3 eingegangen.Each of the two bearing cross members is equipped with two vibration sensors 6 to 9, each of which is one of the vibration transducers, - the transducers G or 7 - the vibration component in the X direction, and of which two other vibration sensors - the transducers 8 and 9 - register the vibration components in the Y-direction. I) io Engine parts of the engine 1 are connected to a drive device via a coupling shaft 12 10 coupled, with which the engine parts of the engine are set in rotation can. I) io rotating device over the coupling shaft 12 takes place in oinor gailz defined phased assignment; the drive train to the engine parts of the engine 1. At the end of the drive train is a tromgonorator as a Wocllsuls effective angular position encoder 13 arranged, the a reference alternating current with constant Amplitude and a frequency corresponding to the balancing speed. The phase position the reference alternating current relative to the engine parts of the motor is constant; at the same time, a reference alternating current that is phase-shifted by 90 degrees can be drawn will. In the oinen case, the positive amplitude is in phase with the circumferential reference point of the engine parts of the engine, which moist the direction of the first cranking Crankshaft is. In the second case there is the positive amplitude of the reference alternating current rotated by 90 degrees to this reference point. On the drive train of this balancing assembly is nocli oine angle disk 11 is arranged, which allows the circumferential position dor To capture engine parts of the engine in precise angular degrees, what z. B. at Making balancing holes is important. The outputs of the angular position encoder 13 and the vibration sensor 6 to 9 are connected to an evaluation unit 14, which is shown in Fig. 3 in the form of a block diagram. With conventional A wattmeter is provided in the evaluation unit. In such a wattmeter becomes a reference alternating current on the part of a Winlcellagengeber with oinor measuring alternating voltage multiplied by one of the vibration sensors and a corresponding effective value displayed, whereby vibration components higher than the first order are not taken into account remain, so to speak, are filtered out. This is what it is well-known principle of the wattmeter method. In principle, the wattmeter method is true also suitable for the purposes of the present invention. But here the The display value of the wattmeter must be processed mathematically is that Wattmeter method impractical here. Further details of the evaluation unit are given unton was received in connection with the description of FIG.

Es sei hier nur gesagt, daß die normalerweise vom Wattmeter selbsttätig vorgenommenen Rechenoperationen einer Multiplikation, einer Filtration und einer Integration hier einzeln durch Rechenelemente vorgenommen werden müssen. flezogen auf die hintere axialo Auswuchtebene am Lager 3 bedoutet dies, daß dio - horizontalo - Meßschwingung in X-Richtung, die am Schwingungsaufnehmer 6 gemessen wird, mit dem Bezugswechselstrom, der phasongleich mit der Grundkröpfung der Kurbelwelle liegt, multipliziert wird; aus dieser multiplikativ gewonnenen Zeitfunktion werden die Schwingungsanteile mit einer höheren Ordnung als der ersten Ordnung ausgefiltert und es wird anschließend ein zeitlich gleichbleibender Effektivwert daraus gebildet. Gleichzeitig wird die gleiche Meßwechselspannung mit dem um 9o Grad phasenversetzten Bezugswechselstrom multipliziert, die Produktfunktion gefiltert und ein entsprechender Mittelwert gobildet.Suffice it to say here that the wattmeter is normally automatic performed arithmetic operations of a multiplication, a filtration and a Integration must be done here individually by computing elements. pleaded on the rear axialo balancing plane on bearing 3, this means that dio - horizontalo - Measurement vibration in the X direction, which is measured at the vibration sensor 6, with the reference alternating current, which is in phase with the basic offset the crankshaft is multiplied; from this multiplicatively obtained time function the vibration components with a higher order than the first order are filtered out and an effective value that remains constant over time is then formed from it. At the same time the same measuring alternating voltage is phase-shifted by 90 degrees Reference AC current multiplied, the product function filtered and a corresponding one Average value formed.

hierdurch sind die X- und die Y-Komponenten, nämlich x1 und Y1 eines Unwuchtvektors ermittelt, der auf die Meßrichtung des Schlfingungsaufnehmers G, also auf die X-Richtung bezogen ist.as a result, the X and Y components, namely x1 and Y1, are one The unbalance vector is determined, which points to the measuring direction of the vibration transducer G, is related to the X-direction.

Diese beiden Komponenten führen zu einem Unwuchtvektor, der sich in einem Koordinatensystem (Fig. 2) eintragen läßt. In der dem hinteron Lager 3 entsprechenden Koordinaten- bzw. Meßebene 20 ist der solcherart ermittolbare auf die X-Richtung bezogene Unwuchtvektor 25 eingetragen. Durch Multiplikation mittels elektrischer Rechonelemente der am Schwingungsaufnehmer 9 für die Y-Richtung hervorgerufenen Meßweschselspannungen mit den beiden Bezugswechselströmen, durch Filterung und durch Effektivwertbildung lassen sich in gleicher Weise zwei Komponenten x2 und y2 für dio X- und für die Y-Richtung eines Unwuchtvelctors ermitteln, der auf die Y-Richtung der gleichen Meßebene 20 bezogen ist; es ist dort der Vektor 24. Die beiden Vektoren 24 und 25 sind nach Größe und Richtung durchaus vorschieden, weil sie sich zusammensetzen aus zufälligen ungewollton Unwuchtanteilen und aus anderen Unwuchtanteilen, die konstruktionsbedingt und gewollt sind, und die zum Teil zwar mit dor gleichen Drohzahl aber mit einer anderen Drehrichtung - zumindest gemäß ekor Modellvorstellung - umlaufen. Wie noch weiter unten mathematisch nachgewiesen wird, fallen die konstruktionsbedington und gewollten UnwuchLanteile dieser Einzolunwuchten bei einer velctoriellon Mittelwertbildung gerade heraus, so daß die Resultierende bei einer vektoriellen Mittelwertbiidung gerade diejenigen Unwuchtanteile repräsentiert, die zufällig und ungewollt sind, und die durch einen Auswuchtvorgang beseitigt werden sollen. Das gleiche ist nun auch noch bezüglich der vordoren achssenkrochten Meßebene am Lager 4 - in Fig. 2 die Ebene 21 - durchzuführen. hier führt beispielsweise die Ermittlung eines auf die X-Richtung bezogenen Unwuchtvektors zum Vektor 27 und bei der Bezugnahme auf die Y-Richtung zum Vektor 25. Die vektorielle Mittelwertbildung würde dann zum Vektor 29 führen, der ebenfalls die zufällige und ungewollte Unwucht im Beispiel repräsentieren soll. Die jeweiligen Komponenten X und Y dieser beiden Unwuchtvektoren 26 und 29 werden dann - gegebenenfalls nach Umwandlung dieser kartesischen Koordinatenwerte in Werte für ein Polarkoordinatensystom - zur Ansteuerung einer Bearbeitungseinheit in bekannter Weise weitergeleitet. Dabei wird der Läufer des Motors in die entsprechende Umfangslage relativ zum Werkzeug gedreht und eine der Größe der Unwucht entsprechende Materialmenge abgetragen.These two components lead to an unbalance vector, which is in a coordinate system (Fig. 2) can be entered. In the one corresponding to the back of camp 3 Coordinate or measuring plane 20 is that which can be determined in this way in the X direction related unbalance vector 25 entered. By multiplying by means of electrical Rechon elements of the generated on the vibration sensor 9 for the Y-direction Measurement alternating voltages with the two reference alternating currents, through filtering and through RMS values can be calculated in the same way for two components x2 and y2 for Determine the X- and Y-direction of an unbalance vibrator that points to the Y-direction is related to the same measuring plane 20; there it is vector 24. The two vectors 24 and 25 are definitely different in terms of size and direction because they are put together from random unintended tonal unbalance components and from other unbalance components that are design-related and intentional, and some of them with the same threat number but with a different direction of rotation - at least according to the ekor model. As will be demonstrated mathematically below, the construction conditions fall and the desired unbalance proportions of these single unbalances in the case of a Velctoriellon mean value formation just out, so that the resultant in a vectorial Averaging represents precisely those unbalance components that are random and are unwanted, and which should be eliminated by a balancing process. That The same is now also with regard to the measuring plane in front of the axles in the warehouse 4 - level 21 in FIG. 2 - to be carried out. here, for example, the determination leads an unbalance vector related to the X direction for the vector 27 and in the reference on the Y-direction to the vector 25. The vectorial averaging would then be for Vector 29 lead, which also has the random and unwanted imbalance in the example should represent. The respective components X and Y of these two unbalance vectors 26 and 29 are then - if necessary after conversion of these Cartesian coordinate values in values for a polar coordinate system - to control a processing unit forwarded in a known manner. The rotor of the motor is in the appropriate Circumferential position rotated relative to the tool and one corresponding to the size of the imbalance Amount of material removed.

Für den nachfolgend erbrachten mathematischen Nachweis der Richtigkeit dieses Vorgehens werden folgende Formelzeichen zugrunde gelegt: U . I = Produkt aus Meßwechselspannung und Bezugswechselstrom, U1 = Anteil am Amplitudenwort der Meßwechselspannung, der auf eine zufällige ungewollte Unwucht zurückzuführen ist, #1 = Phasenwinkel dieser Unwucht, bezogen auf die Nullmarke des Läufers, U2 = Anteil am Amplitudonwert der Meßwechselspannung, dor auf eine konstruktionsbedingte gewollte biassenwirkung erster Ordnung zurUckzu- fü19 8P B #2 = Phasenwinkel dieser Massenwirkung, bezogen auf die Nullmarke des Läufers, Io = Amplitudenwert des Bezugswechselstromes am Winkellagengeber, # = Winkelgeschwindigkeit des Läufers, t = Zeitkoordinate, X1 = X-Komponente eines ermittelten Unwuchtvektors, wobei Schwingungsausschläge des Lagers lediglich in der ersten der beiden Radialrichtungen berücksichtigt sind, Y1 = Y-Komponente des gleichen Unwuchtvektors, X2 = X-Komponente eines weiteren ermittelten Unwuchtvektors, wobei Schwingungsanschläge des Lagers lediglich in der zweiten der beiden Radialrichtungen berücksichtigt sind, Y2 = Y-Komponente des gleichen Unwuchtvektors.The following formula symbols are used as a basis for the mathematical proof of the correctness of this procedure provided below: U. I = product of measuring alternating voltage and reference alternating current, U1 = proportion of the amplitude word of the measuring alternating voltage, which can be traced back to an accidental unwanted imbalance, # 1 = phase angle of this imbalance, related to the zero mark of the rotor, U2 = proportion of the amplitude value of the measuring alternating voltage, dor to a design-related intended first-order bias effect. for 19 8P B # 2 = phase angle of this mass effect, related to the zero mark of the rotor, Io = amplitude value of the reference alternating current at the angular position encoder, # = angular speed of the rotor, t = time coordinate, X1 = X component of a determined unbalance vector, with oscillation deflections of the bearing only in the first of the both radial directions are taken into account, Y1 = Y component of the same unbalance vector, X2 = X component of a further determined unbalance vector, whereby vibration stops of the bearing are only considered in the second of the two radial directions, Y2 = Y component of the same unbalance vector.

An dem Winkellagengeber können gleichzeitig einBezugswechselstrom mit dem Zeitverlauf I(t) - T sin(@)t oder I(t) - T cos(@)t 0 0 abgenommen werden. Der sin-abhängige Bezugswechselstrom liefert zusammen mit einer Meßwechselspannung jeweils diejenigen Unwuchtkomponenten, die parallel zur Sensitivität des Schwingungsaufnehmers liegen; zusammen mit dem cos-abhängigen Bezugswechselstrom und der gleichen Meßwechselspannung wie der obengenannten wird diejenige Vektorkomponente gebildet, die quor zur Sensitivität des Schwingungsaufnehmers liegt.A reference alternating current can be connected to the angular position encoder at the same time with the time course I (t) - T sin (@) t or I (t) - T cos (@) t 0 0. The sin-dependent reference alternating current supplies together with a measuring alternating voltage in each case those unbalance components that are parallel to the sensitivity of the vibration sensor lie; together with the cos-dependent reference alternating current and the same measuring alternating voltage like the one mentioned above, that vector component is formed which quorum to the sensitivity of the vibration sensor.

Nachfolgend werden die Gleichungen für die hintere axiale Me8-ebene am Lager 3 abgeleitet. Für das vordere Lager 4 gelten die Gleichungen entsprechend. FUr den auf die X-Richtung bezogenen Unwuchtvektor 25 gilt hinsichtlich seiner X-Komponente: Durch zeitliche Integration dieses Ausdruckes und durch Ausscheiden von Schwingungsanteilen höhorer Ordnung gelangt man nach Vereinfachung zu: Für die Y-Komponente des gleichen Unwuchtvektors gilt: Diese Formel läßt sich nach Integration und Ausfilterung in gleicher Woise vereinfachen zu: In den X- und Y-Komponenten dieses Unwuchtvektors stellen lediglich jeweils die beiden ersten additiven Glieder in den Fornie in die X- bzw. die Y-Komponente des Unwuchtvektors einer zufälligen und unGewollten Unwucht dar. Der zweite additive Ausdruck darin stellt die X- bzw. die Y-Komponente einer konstruktionsbedingten gewollten Nassenwirkung dar.The equations for the rear axial Me8 plane on bearing 3 are derived below. The equations apply accordingly to the front bearing 4. For the unbalance vector 25 related to the X direction, the following applies with regard to its X component: By integrating this expression over time and by eliminating higher-order vibration components, one arrives at the simplification: The following applies to the Y component of the same unbalance vector: After integration and filtering, this formula can be simplified in the same way to: In the X and Y components of this unbalance vector, only the first two additive terms in the form in the X and Y components of the unbalance vector represent a random and unwanted unbalance . represents the Y-component of a design-related intended wet effect.

Für die Ableitung dor entsprechenden Formel für die Y-Richtung gilt nun im hinblick auf dio X-Komponente: nach Umformung Für die Y-Komponente dieses Unwuchtvektors gilt: nach Umformung Die beiden X- und Y-Komponenten dieses zwoiten Unwuchtvektors enthalten die gleichen additiven Ausdrsicko wie die Komponenten dos ersten Unwuchtvektors, jedoch mit anderer Verzeichenverknüpfung. Die gewollte Massenwirkung wird in der zweiten Komponente seitenverkehrt registiert.For the derivation of the corresponding formula for the Y direction, the following applies with regard to the X component: after forming The following applies to the Y component of this unbalance vector: after forming The two X and Y components of this second unbalance vector contain the same additive expressions as the components of the first unbalance vector, but with a different combination of symbols. The intended mass effect is registered the wrong way round in the second component.

Aufgrund einer vorzeichenmäßig untersciiiedlichen Verknüpfung der zufälligen und der gewollten Unwuchtanteile lassen sich bei einer Mittelwertbildung die gewollten Anteile eliminieren, so daß nur soch die zufälligen ungewollten Unwuchtanteile angezeigt werden: Damit ist der Nachwois orbracht, daß durch oine vektorielle Mittelwertbildung von zwei Unwuchtvektoren, die bezüglich zwei er verschiedener Radialrichtungen ermittelt werden, die gewollten Massenwirkungen erster Ordnung eliminiert werden könnten und nur die zufulligen ungewollten Unwuchtanteile angezeigt werden.Due to the fact that the random and the desired unbalance components are linked with different signs, the desired components can be eliminated when averaging is used, so that only the random unwanted unbalance components are displayed: This means that the following is ensured that by means of a vectorial averaging of two unbalance vectors, which are determined with respect to two different radial directions, the desired first-order mass effects can be eliminated and only the accidental unwanted unbalance components are displayed.

In dom Blockschaltdiagramm der Fig. 3 sind links oben die fünf Geberelemente, nämlich der Winkellagengeber 13, der gloichachsig zur Systemachse 12 angeordnet ist, sowie die vier Schwingungsaufnehmer G bis 9, die in zwei verschiedenen Meßebene 20 und 21 angeordnet sind, und von denen jeweils einer parallel zur X-Richtung und einer parallel zur Y-Richtung angeordnet ist.In the block diagram of FIG. 3, the five transmitter elements are shown at the top left, namely the angular position encoder 13, which is arranged globally to the system axis 12 is, as well as the four vibration sensors G to 9, which are in two different measuring planes 20 and 21 are arranged, and each of which is parallel to the X direction and one is arranged parallel to the Y-direction.

In der Auswerteeinheit sind insgesamt; acht kombinierte Rechenolomente 30/31 angeordnet, in denen jeweils gleichzeitig drei verschiedene Rechenoperationen vorgenommen werden können und zwar eine Multiplikation der beiden an den Eingängen anstehenden elektrischen Zeitfunktionen, eine Ausfilterung der Oberschwingungen daraus und eine Integrierung, also eine zeitliche Mittelwertbildung. Diese kombinierte Funlction des Elementes 30/31 soll durch das Filtersymbol 30 und durch das Dreiecksymbol 31 angedeutet soin. Dor Anschluß dor Rechenelemente sei anhand der auf die Meßebene 20 bezogenen Schwingungsaufnehmer 6 und 9 kurz erläutert; es handelt sich dabei um die in dor Figur unten liogenden vier Rechenelemente, die von den oberen vier durch eine strichpunictierte Linie getrennt sind; die oberen vier Rechenelemente gehören zu der anderen Meßebene 21; diese sind in gleichor Weise wie die unteren vier mit entsprechenden Schwingungsaufnehmern 7 und o verknüpft. Von den beiden vom Winkellagengeber 13 wegführonden Leitungen ist eine mit dem Symbol "sin" und die andere mit dom Symbol "cos" bezeichnet, womit zum Ausdruck gebracht sein soll, daß der Bezugswechselstrom in der Leitung "sin" gleichphasig mit der Bozugskröpfung dor Kurbelwelle liegt und der Bezugswechselstrom in der Leitung "cos" um 90 Grad phasenversetzt zur Bezugskröpfung der Kurbelwelle. Durch Multiplikation dor Meßwechselspannung des in X-Richtung sensitiven Schwingungsaufnohmers 6 mit dem sin-abhängigen Bozugswechselstrom - im obersten dor vier unteren Rechenelemente - erhält man die Komponente x1. Durch Multiplikation der Meßwochselspannung des in Y-Richtung sensitiven Schwingungsaufnahmers 9 mit dom cos-abhängigen Bezugswechselstrom - in dem zweiten Rechenelement dieser Gruppe - erhält man schlieClich die Komponente x2.In the evaluation unit are a total of; eight combined arithmetic moments 30/31 arranged, in each of which three different arithmetic operations at the same time can be made, namely a multiplication of the two at the inputs pending electrical time functions, filtering out the harmonics from this and an integration, i.e. a temporal averaging. This combined Funlction of the element 30/31 should be through the filter symbol 30 and through the triangle symbol 31 indicated soin. The connection to the computing elements is based on the measurement level 20 related vibration sensors 6 and 9 briefly explained; These are around the four arithmetic elements lying in the figure below, those of the upper four are separated by a dash-dotted line; the top four arithmetic elements belong to the other measuring plane 21; these are in the same place way how the lower four are linked with corresponding vibration sensors 7 and o. One of the two lines leading away from the angular position sensor 13 is marked with the symbol "sin" and the other denoted by dom symbol "cos", with which expressed shall be that the reference alternating current in the line "sin" is in phase with the Bozugkröpf dor the crankshaft and the reference alternating current in the line "cos" 90 degrees out of phase with the reference offset of the crankshaft. By multiplication with the measurement alternating voltage of the vibration pickup 6 sensitive in the X direction the sin-dependent Bozug alternating current - in the uppermost there are four lower arithmetic elements - one obtains the component x1. By multiplying the measurement week voltage of the in the Y-direction sensitive vibration sensor 9 with dom cos-dependent reference alternating current - in the second arithmetic element of this group - you finally get the component x2.

Die multipliliative Verarbeitung der Meßwechselspannung des Schwingungsaufnehmers 6 mit dem cos-abhängigen Bezugswechselstrom im dritten Recheneloment führt zu dor Komponente y1 und die Multiplikation der Meßwechselspannung des Y-sensitiven Schwingugsaufnehmers 9 mit dem sin-abhängigen Bezugswechselstrom im untersten Rechenclemont führt zu dor Komponente y2. In den anschließenden Addiorworlcon 32 werdeii die beiden X-Kompononten bzw. die beiden Y-Komponenten addiert und in dem Rechelloloment 33 wird diese Summe mit dem Faktor ½ multipliziert, so daß eine arithmetische Mittelwertbildung der Komponenten entsteht.The multipliliative processing of the measurement alternating voltage of the vibration sensor 6 with the cos-dependent reference alternating current in the third calculation moment leads to dor Component y1 and the multiplication of the measuring alternating voltage of the Y-sensitive vibration transducer 9 with the sin-dependent reference alternating current in the lowest computing clemont leads to dor component y2. The two X components are added in the subsequent Addiorworlcon 32 or the two Y components are added and this sum is added to the arithmetic torque 33 multiplied by the factor ½, so that an arithmetic averaging of the Components is created.

Die in diesen Leitungen anstehenden eloktrischen Größen repräsentieren die Komponenten des zu beseitigenden Unwuchtvektors in der entsprechenden Meßebene. In dom anschließenden Rochonelement 34 worden dioso kartesischen Komponenten des Unwuchtvektors umgewandelt in entsprechende Polarkoordinatenwerte dieses Unwuch#vektors. Mit diesen Polarkoordinatenwerten kann- für jede Meß- und Auswuchtebene gesondert - der Rotor der Hubkolbenmaschine in die entsprechende relative Umfangslage zu einem Bearbeitungswerkzeug gedreht werden und es kann mit der Radiuskoordinatc die Bearbeitungstiefe des Bearbeitungswerkzeuges angesteuert werden. Derartige Umformrechner, die kartosische Koordinatenwerte in Polarkoordinatenwerte umformon können, sind sowohl in Analogrechenweise als auch in Digitalrechenweise bekannt. Dio ganze Einrichtung kann in Analogrechenbausteinen als auch in Digitalrechenbausteinen aufgebaut sein, was beim heutigen Stand der Technik beides möglich ist.The electrical quantities present in these lines represent the components of the unbalance vector to be eliminated in the corresponding measuring plane. In the adjoining Rochon element 34, the Dioso Cartesian components of the Imbalance vector converted into corresponding polar coordinate values of this Unbalance # vector. These polar coordinate values can be used separately for each measuring and balancing plane - The rotor of the reciprocating piston machine in the corresponding relative circumferential position to a Machining tool can be rotated and the machining depth can be set with the radius coordinate of the processing tool can be controlled. Such conversion calculators, the Cartosian Coordinate values can be converted into polar coordinate values both in analog arithmetic as well as in digital arithmetic. The entire facility can be in analog computing modules as well as in digital arithmetic modules, which is what the current state of the Technology both is possible.

Nobel der besseren und sichoreren Anzeige der ungewollten Unwuchten urid der Erzielung sowohl besserer Wuchtergebnisse als auch einer rascheren Durchführung des Auswuchtvorganges hat das erfindungsgemäße Verfahren auch noch den weiteren Vorteil, daß die Relativlage der Hubkolbenmaschine zur Auswuchtmaschine bzw. zur Richtung der Sensitivität der Schwingungsaufnehmer belanglos ist. Dies kann insbesondere dann von Vorteil sein, wcnu die Motoren in einer geneigten Einbaulage ausgewuchtet werden sollen, die ja in neuerer Zeit mehr und mehr angewandt wird0Nobel of the better and safer display of the unwanted imbalances urid to achieve both better balancing results and faster execution of the balancing process, the method according to the invention also has the other Advantage that the relative position of the reciprocating machine to the balancing machine or to Direction of the sensitivity of the vibration sensor is irrelevant. This can in particular It would then be an advantage if the motors are balanced in an inclined installation position which is more and more used in recent times0

Claims

Claims 1. A method for balancing fully assembled reciprocating piston machines, especially of those with free mass effects of the first order, in which Move the kub piston machine in a balancing machine on two axially spaced apart to each other arranged bearings with a defined elasticity and attached to the rotor of the reciprocating piston engine a phase encoder in a defined circumferential relative position is coupled to the rotor, in which the engine side of the reciprocating engine with Defined speed are driven and thereby from the oscillation amplitude of the Bearing and the phased assignment of the bearing vibrations to the rotor of the reciprocating piston machine the size and relative direction of the imbalance of the reciprocating engine is determined and by Corresponding circumferential and quantitative targeted weight correction on the runner the imbalance is compensated, d a d u r c 11 g e k e n n n z e i c h ii t that for Display and removal of accidental imbalances on reciprocating piston machines with rotating Mass effects of the first order the reciprocating piston engine (1) on both sides at least is stored approximately isotropically and that the bearing vibrations in two prevailing radial directions which are preferably perpendicular to one another are determined and that from the two initially isolated with respect to the radial directions determined vectors (24 or 28 and 25 or 27) of the unbalance a vector resultant is formed and that half the size (26 or 29) of this resultant London as a basis is used for unbalance compensation.

2. Device for balancing fully assembled reciprocating piston machines, especially of those with free mass actions of the first order, with two in Axially spaced bearings with a defined bearing elasticity for Recording of the reciprocating engine, with one attached to the rotor of the reciprocating engine in defined circumferential relative position to the rotor can be coupled phase encoder, with Vibration sensors on the elastic bearings of the device, furthermore with a Drive for turning the engine parts of the reciprocating engine with a defined Speed as well as with a measuring and evaluation unit, in which the size and the circumferential Relative position of an imbalance determined and a processing unit for the Ab achieved bearing the unbalance is controlled, that is, dal: the bearings (3 and 4) for Aufnahiiie the reciprocating piston engine (1) in two different radial directions, which are preferably perpendicular to one another, are generally defined elastic, are preferably designed isotropic, so that vibration sensors (u and 9 or 7 and;) for both bearings (3 and 4) arranged with respect to both radial directions are and that the measuring and evaluation unit (14) is designed such that for each Bearings (3 and 4) initially the unbalance tone according to size and direction in a conventional manner be determined isolated with respect to each of the radial directions and that from the beidoii Imbalances per bearing (3 and 4) a vectorial averaging is made with which data then the processing unit is controlled.