DE2923800A1

DE2923800A1 - Verfahren und vorrichtung zum auswuchten von rotierenden koerpern mit passiver radialer und aktiver axialer magnetischer lagerung und zum ausrichten ihrer drehachse

Info

Publication number: DE2923800A1
Application number: DE19792923800
Authority: DE
Inventors: Pierre Poubeau
Original assignee: Airbus Group SAS
Current assignee: Airbus Group SAS
Priority date: 1978-06-12
Filing date: 1979-06-12
Publication date: 1979-12-13
Also published as: IT1118162B; GB2022876A; JPS59131028A; CH643330A5; CA1120981A; JPS5945848B2; GB2022876B; JPS556087A; FR2446472B1; FR2446472A1; US4300807A; JPS5945849B2; DE2923800C2; IT7949374A0

Description

Bei der Drehung von festen Körpern treten im allgemeinen zwei Probleme auf, das eine Problem besteht darin, daß die Achse, um welche sich der Rotor dreht, mit einer Trägheitsachse des Körpers zum Zusammenfallen gebracht werden muß, damit der Körper ausgewuchtet ist. Das zweite Problem besteht in der Ausrichtung der Drehachse in einer bestimmten Richtung·

Diese beiden Probleme treten manchmal gemeinsam auf, und zwar beispielsweise wenn auf einem Satelliten einerseits zwei auf einer gemeinsamen Achse gegenläufig angeordnete Schwungräder ausgewuchtet werden sollen und andererseits das fluchten der kinetischen Momente der Schwungräder einwandfrei gesteuert werden soll·

Bei rotierenden Körpern, die durch materiellen Kontakt, beispielsweise Kugellager oder Drehzapfen, zentriert sind, wird die Auswuchtung durch materielle Verschiebung des rotorseitig gelagerten Lagerelements bezüglich des Rotors oder durch Hinzufiigung oder Entfernung von Auswuchtungsmassen erreicht, was in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des rotierenden Körpers durchgeführt werden muß, wenn die Geschwindigkeitsänderung Stellungs- oder Ausrichtungsänderungen der betreffenden Xrägheitsachse mit sich bringt·

Ebenso wird die Ausrichtung der Drehachse dieser rotierenden Körper verändert, wenn die Lager bezüglich ihrer Lagerstellen, die durch Definition feststehend sind, mechanisch versetzt werden·

In der Praxis sind diese Arbeitsgänge insbesondere während der Drehung schwierig auszuführen.

Bei magnetischen Lagern, bei denen kein materieller Kontakt stattfindet, kann die statische und dynamische Auswuchtung entweder durch Einstellung von Auswuchtungsmassen oder durch Korrekturen mit Hilfe von Hagnetfeldern erreicht werden, die von Fühlern aus wirken. Diese Magnetfelder können auch die

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Einstellung der Ausrichtung der Drehachse "bewirken.

Bei den Lagerungsarten, auf die die Erfindung anwendbar ist und die insbesondere aus den franzosischen Patentanmeldungen Fr, 7VOO 190 (2 257 077) t 7V²W 556 (2 294 ²I-JO), 77/07 685 und 77/23 981 bekannt sind, besitzen die Lager magnetische Zentrierungsringe mit normalerweise axialem Magnetfeld in

passive

dem Luftspalt, die die/radiale Steifheit gewährleisten, wobei die aktive axiale Zentrierung durch Magnetfelder von durch einen Detektor gesteuerten Spulen gewährleistet wird.

Der im nachfolgenden benutzte Begriff "Zentrierungsmagnetring¹¹ muß genau definiert werden.

In den Luftspalten, die sich senkrecht zur Drehachse erstrecken, wird die Verbindungseinrichtung, d.h. die Einrichtung zur radialen Zentrierung zwischen Eotor und Stator, von magnetischen Kraftlinienringen gebildet, die somit eine veränderliche Größe und eine veränderliche Richtung in Abhängigkeit von der magnetischen Induktion besitzen.

Das for die Zentrierung erforderliche Magnetfeld wird also von den materiellen Elementen der Ringpaare erzeugt. Dieses Magnetfeld kann auch an den Eingen durch Dauermagnet oder Elektromagnete erzeugt werden.

Bei den oben erwähnten Systemen sind alle magnetischen Zentrierringpaare konzentrisch und ihre Anzahl wird durch den Wert der jeweils erforderlichen radialen Steifheit bestimmt.

Bei diesen Systemen bestimmt die Stellung der auf dem Rotor befestigten magnetischen Zentrierringpaare eine "Rotorachse", um welche sich der Rotor dreht. Wenn die !Trägheitswirkungen vernachlässigt werden, so haben also die Punkte dieser Achse

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und zwar nur diese eine Drehgeschwindigkeit 13PuIl und die Auswuchtung besteht darin, daß die "Rotorachse" mit der Trägheitsachse zum Zusammenfallen gebracht wird.

Die Stellung der auf dem Stator befestigten magnetischen Zentrierungsringe bestimmt die erforderliche Ausrichtung der "Rotorachse" im Raum und jede Änderung der Stellung dieser Ringe bewirkt gleichzeitig eine Änderung der Ausrichtung der "Rotorachse"·

Ziel der Erfindung ist es, für die betreffenden Systeme, d.h. für Systeme mit Ringpaaren zur passiven radialen Zentrierung und einer durch einen Detektor gesteuerten Vorrichtung zur aktiven axialen Zentrierung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die für relativ geringe Abweichungen einerseits die Auswuchtung des Rotors durch Zusammenlegen seiner Drehachse mit der Trägheitsachse und andererseits die Ausrichtung der Drehachse in einer bestimmten Richtung gestatten.

Zu diesem Zweck sind die magnetischen Zentrierringe zueinander exzentrisch angeordnet, so daß die oben erwähnten Kraftlinienringe in Abhängigkeit von dem Wert der erzeugten Induktion die resultierende Zentrierung bestimmen.

Auf diese Weise hängt von der Wahl des Werts der auf ein bestimmtes Ringpaar einwirkenden magnetischen Induktion der Wert der gewünschten Korrektur ab, wobei die Korrektur die Rotorachse selbst bezüglich der Trägheitsachse oder die Ausrichtung im Raum betreffen kann.

Die Änderung der Induktion kann auf verschiedene Weisen erreicht werden, und zwar unter anderem durch die Änderung des Luftspalts, den Einfluß eines magnetischen Shunts oder die Regulierung eines Spulenstroms.

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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von mehreren Ausführungsbeispielen von Einrichtungen zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen wird· Es zeigen:

Jig* 1 einen schematischen Schnitt, der die mechanischen Bedingungen der Auswuchtung und Ausrichtung von rotierenden Korpern veranschaulicht,

Pig. 2A und 2B schematische Schnitt©, die die möglichen Korrekturen des statischen und dynamischen Gleichgewichts von rotierenden Korpern zeigen,

Fig. 3 eine schematische Darstellung von zwei gegenläufigen Trägheitsrädern,

Pig. 4 eine schematische Darstellung der Einrichtungen zur Rotationskorrektur, die erfindungsgemäß verwendet werden können, wenn der rotierende Korper durch die Beziehung j^1 ist, in der O das Trägheitsmoment um die mit der Trägheitsachse zusammenfallende Drehachse und A =* B das Trägheitsmoment um Trägheits-Querachsen ist,

Pig. 5 eine schematische Darstellung der Einrichtung zur Rotationskorrektur, die erfindungsgemäß benutzt werden kann, wenn der rotierende Korper durch die Beziehung j^> 1 gekennzeichnet ist, in der G das Trägheitsmoment um die mit der Trägheitsachse zusammenfallende Drehachse und A=B das Trägheitsmoment um Trägheits-Querachsen ist,

Pig. 6A, 6B, 60 und 6D schematische Schnitte und Draufsichten von Zentriervorrichtungen mit konzentrischen und exzentrischen Magnetringen zur Durchführung des

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erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Pig. 6A, 6B die Statorringe und die Pig. 60 und 6D die Rotorringe betreffen,

Pig. 7A und TB axiale Schnitte durch ein Magnetringpaar mit Luftspaltänderung zur Schließung des Magnetflusses gemäß zwei möglichen Abwandlungen,

Pig. 8A und 8B axiale Schnitte durch ein Magnetringpaar mit beweglichem Shunt zur Schließung des Magnetflusses gemäß zwei möglichen Abwandlungen,

Pig· 9A und 9B axiale Schnitte durch ein Magnetringpaar mit elektromagnetischer Änderung des Plusses zur Schliessung des Magnetflusses gemäß zwei möglichen Abwandlungen,

Pig. 10 einen radialen Schnitt durch einen Schneckentrieb zur Betätigung der Magnetringe oder Magnetshunts und

Pig. 11 einen Schnitt nach der Linie XI-XI durch den Schneckentrieb von Pig. 10.

Nach den Gesetzen der Mechanik besitzen alle rotierenden Körper eine Trägheitsachse *£ -ζ* und eine "Rotorachse" z-z¹, die in einer Richtung Z-Z¹ verläuft (vgl. Pig.1).

Die Auswuchtung des Körpers besteht darin, daß die Achsen % -j ' und z-z¹ in Übereinstimmung gebracht werden und die Einbaustelle der Lager auf der Seite des Stators verschoben wird, wenn die gewünschte Ausrichtung Z^, Z¹^ erreicht werden soll.

Das Zusammenfallen der Achsen kann auf zwei verschiedene Arten erreicht werden: die eine (Pig. 2A) besteht darin, daß die La-

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gerstellen der Lager an dem Rotor selbst aus den in unterbrochenen Linien gezeichneten Stellungen in die in durchgehenden Linien gezeichneten Stellungen gebracht werden· Die andere (Fig. 2B) besteht darin, daß Auswuehtungsmassen hinzugefügt oder entfernt werden, und zwar eine Auswuchtungsmasse M-, wenn die Trägheits- und Rotorachsen parallel sind, oder HL« M,, wenn diese Achsen nicht parallel sind·

Fig. 3 zeigt als Beispiel die Bedeutung, die die Änderung der Ausrichtung einer Rotorachse Z-Z^r auf die gemeinsame Achse Ίια-Ί^χ* - Zo-Z¹ g von zwei Trägheitsrädern R^, R£ haben kann, die beispielsweise auf einem Satelliten gegenläufig montiert sind.

Venn die Systeme mit materiell en Verbindungen durch Kugellager oder Zapf en (Fig. 1, 2A und 2B) auf die oben beschriebene, bekannte Weise korrigiert werden können, so ist dies bei erfindungsgemäß magnetisch auf gehängten rotierenden Korpern anders, da diese nur durch Einwirkung auf die Hagnetfelder korrigiert werden können.

Sie Fig· 4 und 5 zeigen die allgemeinen Prinzipien der erfindungsgemäßen Vorrichtungen mit magnetischer Lagerung·

In Fig. 4 ist der rotierende Korper 1 durch die Beziehung T^I gekennzeichnet und ist an seinen Enden mit Rotor— Zentriervorrichtungen 2-3 und Statorzentriervorrichtungen 4-5 versehen, die die radiale Steifheit gewährleisten, während ein axialer Aktuator 6, der für die Erfindung keine Bedeutung hat, der Vollständigkeit halber schematisch dargestellt ist.

In Fig. 5 ist der rotierende Körper 7 durch die Beziehung ^v" gekennzeichnet. Er ist an seinen Enden mit denselben

Rotorzentriervorrichtungen 2-3 und Statorzentriervorrichtungen 4-5 versehen, die die radiale Steifheit gewährleisten, wobei ebenfalls der Vollständigkeit halber der

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axiale Aktuator 6 schematisch dargestellt 1st·

Bisher waren die In den Luftspalten 8 und 9 vorhandenen Kraftlinienringe alle zu der Eotorachse z-z¹ konzentrisch, die nicht notwendigerweise mit der Trägheitsachse ^-^¹ zusammenfiel, was sich im Auftreten von Unwucht und Schwingungen äußerte, die durch Auswuchtung korrigiert werden mußt en.

Erfindungsgemäß besitzen die Zentriervorrichtungen einerseits bezüglich Z-Z¹ zentrierte Hagnetringe und andererseits bezüglich Z-Z¹ exzentrische Ringe, bei denen durch Regulierung der magnetischen Induktion .auf die Kraftlinienringe des Luftspalts so eingewirkt werden kann , daß die Rotorachse mit der Xrägheitsachse in Übereinstimmung gebracht werden kann und/oder daß die Drehachse in eine bestimmte Richtung gebracht werden kann·

Die Fig· SA, 6B, 6C und 6D zeigen schematisch den Bereich der Hagnetringe und die mögliche Ausrichtung der Kraftlinien in dem Luftspalt E.

In den Fig, 6A und 6B ist die Zentriervorrichtung mit dem Stator verbunden und die konzentrischen Hagnetringe mit dem Mittelpunkt 0 sind gemäß O₁₀, C₂₀, Oj₀, C^₀ angeordnet.

In den Flg. 6D und 60 ist die Zentriervorrichtung mit dem Rotor verbunden und die konzentrischen Hagnetringe mit dem Hittelpunkt O¹ sind gemäß C'_1O, ^0<20» ^G'3O» ^Ο*4Ο angeordnet.

In den Fig. 6A und 6B sind die anderen Ringe exzentrisch, und zwar gemäß O₁ (C₁), O₂ (C₂), O₅ (C₅) und O₄ (O₄).

In den Fig« 6D und GC sind die anderen Ringe exzentrisch, und zwar gemäß O^ (C^₁), 0'₂ (C«₂), C₅ (C₅) und 0'^ (C₄). Die Exzentrizitäten der Ringe, die gering bleiben müssen, bestimmen einen Korrekturbereich, der in FIg, 6A mit einem Quadrat

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und in Pig. 6D mit einem Quadrat d₂ dargestellt ist, der jedoch auch völlig anders aussehen kann, beispielsweise rechteckig.

In der Hohe des Ltiftspalts E bestimmen die Bückholkräfte, die durch die Induktion in den Hingen bestimmt werden, die Zentrierung auf eine im nachfolgenden beschriebene Weise. Venn man die rotorseitigen Binge C_-J, C₂ und die statorseitigen BingeC₁₀, C₂₀ voneinander trennt, die denselben Durchmesser haben, jedoch exzentrisch nach 0¹^ (C^) und O'g (C₂) versetzt sind, wobei die Mitte von 0¹^ und 0'₂ 0* ist, stellt man folgendes fest: wenn die rotorseitigen Binge C^, C₂ durch die axiale Steuerung gegenüber den statorseitigen Bingen C^q, C₂₀ gehalten werden, werden sie in Abhängigkeit von den schematisch mit den Pfeilen F,,, P₂ dargestellten Bückholkräften in dem Luftspalt zentriert, die zwischen den beiden Bingpaaren C^, C₂ - C^₀, G₂Q «aageubt werden. Wenn man den Statorring C₂Q entfernt, was einer radialen Steifheit Bull bei dem Paar C₂-G₂₀ entspricht, gelangt 0¹^ vor 0', den Hittelpunkt der statorseitigen Binge; Infolgedessen läuft die Botorachse durch 0¹^. Wenn dagegen C^ entfernt wird, so wird 0*₂ vor 0* zentriert und die Rotorachse läuft diesmal durch O'p·

Aus der Steuerung der radialen Steifheit der Paare C'^-C^q» C₂-C₂Q von dem Stator aus ergibt sich die Ausrichtung der Botorachse und ihre Positionierung bezüglich des Schwerpunkts und der Punkt, durch den die Botorachse in Höhe des von Cj-C₁₀ und C₂-C₂₀ gebildeten Lagers verläuft, kann das Segment O'-i-O'p bestreichen.

Ein zweiter Satz von Statorringen C^·"⁰/«)» ^ö±e ^¹ °10~^C20 konzentrisch sind, und zwei Rotorringe C,, C^ mit dem Mittelpunkt O¹^-0¹^, die beispielsweise in einer senkrechten Richtung aus der Mitte versetzt sind, wirken auf dieselbe Weise wie im vorhergehenden Fall so, daß die Binge zusammen die Versetzung des Punktes der Botorachse etwa im

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Inneren eines Quadrates dg alt dem Mittelpunkt O¹ gestattet, dessen Seite gleich O¹^, 0»₂ (oder 0· , 0¹^) ist.

Die vollständige Lagerung eines rotierenden Korpers erfordert somit zwei Lager mit Zentriervorrichtungen und die Auswuchtung besteht darin, daß die Botationsmittelpunkte der beiden Lager auf die oben beschriebene Weise so eingestellt werden, daß jeder der beiden Punkte auf die Trägheitsachse gebracht wird, um welche die Drehung stattfinden muß, was dann dem Zusammenfallen der Achsen y- S¹ unci z-z¹ entspricht·

Dieses Zusammenfallen erfordert konzentrische Magnetringe oder Kraftlinienringe an dem Stator und exzentrische Magnetringe oder Kraftlinienringe an dem Rotor und die Einstellung der Induktionen an den Statorringen gestattet die Festlegung der optimalen Steifheit, die die gewünschte Korrektur ζ—*z gestattet«

Die .Änderung der Ausrichtung der Drehachse wird auf dieselbe Veise wie oben erreicht, in diesem Fall jedoch befinden sich an dem Botor die konzentrischen Hinge und an dem Stator die exzentrischen Binge. Auf diese Veise gestatten die konzentrischen Binge des Botors die Versetzung der Botorachse oder Drehachse in einer durch die Magnetfelder der exzentrischen Binge des Stators bestimmten Bichtung, und zwar in einem Korrekturbereich, der durch das Quadrat d* bestimmt wird, dessen Seite mit den Mittelpunkten (Xj, O₂ (oder 0,, 0^) dargestellt ist (vgl. Fig. 6A bis 6D).

Die in den Fig. 6A, 6D gezeigten Bot or- und Statorzentriervorrichtungen mit gleichzeitig konzentrischen und exzentrischen Bingen können gleichzeitig die Korrektur der Eotorachse und ihre Ausrichtung gewährleisten.

Im Bäumen der Erfindung ware es auch möglich, nur ein Korrektursystem auf den beiden zu verwenden.

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Bie Einstellung der Magnetfelder in den Luftspalten erfordert die Änderung der magnetischen Induktionen an den diese Felder erzeugenden Eingen. Biese Hagnetfelder können auf verschiedene Veisen erzeugt werden, wie sie beispielsweise in den fig· 7A, TB, 8A, 8B und 9A, 9B schematisch dargestellt sind. In diesen Figuren sind die links von der Achse Π. dargestellten Elemente mit dem Stator und die rechts von dieser Achse dargestellten Elemente mit dem Rotor verbunden·

In Pig· 7A werden die Kraftlinien O durch Magnete 10, 11 mit radialen Feldern erzeugt, die sich über ferromagnetische Hinge 12-13 und 12'-13' schließen, Ber Luftspalt wird im vorliegenden Fall durch einen im folgenden beschriebenen Mechanismus 14- auf E^, E₂, E^,... eingestellt.

Gemäß einer Abwandlung (Fig. TB) ist der mit dem Rotor verbundene Magnet 11 durch ein Joch 15 zur Schließung des Flusses ersetzt.

In Fig. 8A werden die Kraftlinien C durch Magnete 16, 17 mit radialer Magnetisierung erzeugt, die sich über ferromagnetische Ringe 18, 19, 18", 19' schließen, und die Feldanderung S1, S2, S3, ··· wird durch magnetische Shunts 20 erzeugt, die durch einen im nachfolgenden beschriebenen Mechanismus 14 gesteuert werden und ebenso wie die Ringe, auf die sie direkt einwirken, auf dem Statorteil vorgesehen sind·

Gemäß einer Abwandlung (Fig. 8B) wird der mit dem Rotor verbundene Magnet 16 durch ein Joch 22 zur Schließung des Flusses ersetzt·

In Fig· 9A werden die Kraftlinien G durch eine Spule 23 auf dem Stator und einen Magnet 2M- auf dem Rotor erzeugt und der Fluß schließt sich einerseits über ein Spulenjoch 25 und andererseits über ferromagnetische Ringe 26, 27 und über den Magnet 24.

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Gemäß einer Abwandlung (Fig. 9B) ist der mit dem Rotor verbundene Hagnet 24· durch ein Joch 29 zur Schließung des Flusses ersetzt.

Die mechanische Einrichtung 14 der Fig. 7A, TB und 8A, 8B führt die Änderungen der magnetischen Induktionen, die in den Bereichen der Magnetringe der Fig. 6A, 6B, 60 und 6D vorzunehmen sind, kann die in Fig. 10 und 11 gezeigte Vorrichtung sein. Die beweglichen Teile, die axial in entsprechenden kreisförmigen Buten gleiten, sind mit Verbindungsringen 21 verbunden, an denen ein ringförmiges Teil 30 befestigt ist, das ein Gewinde 3OA besitzt, das in den mit Gewinde versehenen Teil eines mit dem Stator verbundenen Mechanismuskorper 31 eingreift.

Das ringförmige Teil 30 wird durch eine Schnecke 32, die mit dem gezahnten Teil 3OB in Eingriff ist, in Drehung versetzt, so daß seine Drehung durch die Wirkung des mit Gewinde versehenen Teils seine axiale Verschiebung bewirkt.

Ein Motor 33$ 4er die Schnecke 32 antreibt, wird über ein Fühlersystem gespeist, das noch beschrieben wird.

Der Strom der Spule 23 wird ebenfalls von diesen Fühlern aus gesteuert. Diese Fühler haben im wesentlichen zwei Funktionen, und zwar erstens die Korrektur der Trägheitsachse bezüglich der Rotorachse und zweitens die Ausrichtung der mit der Drehachse zusammenfallenden Botorachse·

Diese Fühler, die auf Jede beliebige Weise ausgebildet sein können, sind bei der Ausführungsform der Erfindung elektromagnetische Fühler vom Typ "Measuring systems" der Firma TJS Kaman und besitzen einen empfindlichen Kopf, der mit einer Elektronik verbunden ist. Sie können mit Genauigkeit die Stellung eines leitenden Teils feststellen, dessen Ent-

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fernling die Impedanz einer in dem Kopf befindlichen Spule ändert, und zwar in einem Bereich, von etwa 1 um,

Die Anordnung dieser den Organen zur Änderung der Induktion zugeordneten Fühler auf den Stator-Magnetringen gestattet die Burchführung der Erfindung auf die in den Fig. 4 und 5 gezeigte Weise.

Biese Figuren zeigen die rotorseit igen Zentriervorrichtungen 2, 3 und die statorseitigen Zentriervorrichtungen 4-5. Ferner sind zwei Fühler 34, 35 zur Achsenkorrektur und zwei Reihen von je zwei Fühlern zur Ausrichtung vorgesehen, und zwar eine Reihe 36, 37 zur Ausrichtung in der x-Achse und eine Reihe 38, 39 zur Ausrichtung in der y-Achse, die zur x-Achse senkrecht ist· Bas leitende Teil, das unter dem Kopf der Fühler vorbeiläuft, ist ein leitender Ring 40 und die Winkelmarkierung besteht aus einer leichten leitenden Erhebung (beispielsweise einer Klebefolie 41), die axial auf dem Ring 40 angeordnet ist.

Auf diese Weise haben die Signale, die sich, aus der Abtastung des Raums F durch die Fühler 34, 35 während der Brehung ergeben, eine Sinusform, deren Amplitude von dem Abstand zwischen der Trägheitsachse und der Rotorachse abhängig ist, und die Winkelmarkierung kann auf dieser Sinuswelle durch die Markierung 41 wiedergegeben werden, die ein impulsformiges Signal erzeugt.

Biese Signale werden an einen Integrationsverstärker 42 angelegt, der die Befehle zur Änderung des Magnetfelds auf die Zentriervorrichtungen 4,5 überträgt, die dann je nach, der gewählten Ausführungsform entweder auf die Motoren 33 oder auf die Spulen 23 so einwirken, daß die Abweichungen durch Behandlung der Informationen oder durch Iteration aufgehoben werden.

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Die Zentriervorrichtungen 36 und 37 zur Ausrichtung in der x-Achse und 38 und 39 zur Ausrichtung in der y-Achse arbeiten auf entsprechende Weise und bestimmen über einen Verstärker 43 den Zwischenraum G₉ der in der x-Achse und in der y-Aehse die Ausrichtung der Drehachse des Körpers 1 oder 7 bestimmt, so daß dieser die gewünschten Korrekturen erhält·

Wie bereits gesagt wurde, können die Korrektur einrichtungen je nach Anforderung getrennt oder zusammen benutzt werden·

Wenn die Korrektur nur das Zusammenfallen der Rotorachse und der Trägheitsachse betrifft, sind die exzentrischen Hinge ausschließlich auf dem Hotor und die zentrierten Binge auf dem Stator vorgesehen· Wenn die Korrektur dagegen nur die Ausrichtung der Drehachse betrifft, sind die exzentrischen Binge auf dem Stator und die zentrierten Binge auf dem Botor vorgesehen. Die beiden Systeme können gemäß den Pig. 6A, 6B, 60 und 6D gleichzeitig benutzt werden.

Bei einem Eotor 7 von Pig. 5 mit einer Masse von 6 kg und einer Drehgeschwindigkeit von 20 000 Umdrehungen/Minute beispielsweise kann die Korrektur gemäß 3? oder G mit Hilfe der beschriebenen !Fühler auf einen Wert von weniger als 0,1 Mikron gebracht werden.

Die für den Betrieb der erfindungsgemäßen Korrektureinrichtungen erforderliche Energie kann aus der Drehung des rotierenden Körpers selbst durch einen auf der Drehachse befestigten Generator erzeugt werden, so daß das System "selbstkorrigierend¹¹ wird.

Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren zur Auswuchtung von rotierenden Korpern mit passiver radialer und aktiver axialer magnetischer Lagerung und zur Ausrichtung ihrer Drehachse. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen

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bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern läßt auch, die Verwendung anderer gleichwertiger Elemente zu·

Beispielsweise ist die Erfindung auch auf magnetisch gelagerte Körper anwendbar, deren Drehgeschwindigkeit Hüll ist, wenn nur die Ausrichtung der Symmetrieachse erreicht werden soll (beispielsweise bei einem Seismograph)·

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Claims

Patentansprüche:

1· !Verfahren zum Auswuchten von rotierenden Körpern mit radialer passiver und axialer aktiver magnetischer Lagerung und zur Ausrichtung ihrer Drehachse, dadurch gekennzeichnet , daß an den Enden des Körpers Magnetringe (010 bis 040 - C1 bis 04-) mit axialem Feld in dem Luftspalt (E) angeordnet werden, die zum Herstellen der Übereinstimmung der Trägheitsachse mit der Rotorach.se an dem Rotor exzentrisch (010' bis 040' - 01* bis CW-¹-) und an dem Stator konzentrisch und für die Ausrichtung der Drehachse an dem Eotor konzentrisch und an dem Stator exzentrisch angeordnet sind, und daß die Korrektur durch Änderung der Induktion an den Statormagnetringen erreicht wird, die durch von geeigneten Detektoren kommende Signale bewirkt wird.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rotorseitigen Hinge (01O¹ bis 040· - 01· bis 04·) exzentrisch angeordnet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die statorseitigen Ringe exzentrisch angeordnet sind.

4· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in den Luftspalten zwischen jedem zentrierten und exzentrischen Hing durch mechanische Einrichtungen (14) veränderlich gemacht wird»

5· Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld an jedem Hingpaar durch einen ringförmigen Magnet (10-11, 17-16) mit radialem Feld erzeugt wird, der über ferromagnetische Hinge (12-13, 12'-13', 18-19_S 18'-19') geschlossen wird,

6« Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Magnets (11) und der ferromagne— tischen Ringe (12^f-13^!) des Rotors ein Joch (15) zur Schließung des Magnetflusses vorgesehen wird·

7· Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einrichtung, die das Magnetfeld in dem Luftspalt veränderlich macht, darin besteht, daß die Breite des Luftspalts durch axiale Verschiebung des statorseitigen Magnets und der statorseitigen ferromagnetischen Hinge verändert wird.

8« Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einrichtung, durch die das Magnetfeld In dem Luftspalt veränderlich gemacht wird, darin besteht, daß der Abstand zwischen einem Magnetshunt (20) und den statorseitigen Polteilen durch axiale Verschiebung des Shunts verändert wird.

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9· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld in den Luftspalten zwischen jedem zentrierten und exzentrischen Ring durch Einstellung des zu einer Spule (23) im Inneren eines statorseitigen Jochs (25) fließenden Stroms veränderlich gemacht wird, während sich der Fluß rotorseitig über die ferromagnetischen Ringe (26,27), die einen ringförmigen Magnet (24) mit radialem Fluß einschließen, oder über ein Joch (29) zur Schließung des Flusses schließt.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mechanische Einrichtung zur Änderung des Magnetfelds aus einem Schneckentrieb (32) besteht, der durch einen Elektromotor (33) angetrieben wird, so daß der betreffende Statorring oder der betreffende Magnetshunt axial bewegt wird.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet , daß feststehende elektromagnetische Fühler (34-35,36-37,38-39), die für das Ausrichten der Drehachse radial in der x-Achse und der y-Achse und für das Zusammenlegen der Trägheitsachse mit der Rotorachse in einer anderen radialen Richtung in einem geringen Abstand von den mit dem Rotor fest verbundenen leitenden Ringen angeordnet sind, die durch Impedanzabtastung Signale erzeugen, die nach entsprechender Behandlung den Strom an den Spulen oder Motoren entsprechend einstellen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine an jedem Rotor_zentrierorgan vor den Fühlern angeordnete, axiale Markierung (41) ein impulsformiges Signal zur Winkelmarkierung erzeugt.

13· Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektur entweder durch Berechnung oder durch Integration erreicht wird.

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Vorrichtung zum Auswuchten von rotierenden Körpern mit passiver radialer und aktiver axialer magnetischer Lagerung und zum Ausrichten ihrer Drehachsen durch Anwendung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 "bis 15» dadurch gekennzeichnet , daß sie an den axialen Enden des Körpers gegenüber von zwei statorseitigen Zentriervorrichtungen (4,5) mit zentrierten und exzentrischen Hagnetringen zwei rotorseitige Zentriervorrichtungen (2,3) mit zentrierten und exzentrischen Magnetringen besitzt und daß das Magnetfeld in den Luftspalten zwischen den Ringpaaren in Abhängigkeit von Signalen, die von Fühlern (34,35,56,37»38,39) erhalten werden, veränderlich ist.

15· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor nur exzentrische Ringe und der Stator nur zentrierte Ringe besitzt, wenn nur das Zusammenfallen der Rotorachse mit der Trägheitsachse erreicht werden soll·

16· Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor nur zentrierte Ringe und der Stator nur exzentrische Ringe besitzt, wenn nur die Ausrichtung der Drehachse erreicht werden soll·

17· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß der rotierende Körper in Anwendungsbereichen wie Ultrazentrifugieren durch die Beziehung j^[1 gekennzeichnet ist, in der O das Trägheitsmoment um die mit einer Trägheitsachse zusammenfallende Drehachse und A=B das Trägheitsmoment um Querträgheitsachsen ist·

18.Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet , daß der rotierende Korper

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beispielsweise bei Verwendung als Trägheitsrad durch, die Beziehung χ ^- 1 gekennzeichnet ist, in der C das Trägheitsmoment um die mit einer Trägheitsachse zusammenfallende Drehachse und A = B das Trägheitsmoment um Querträgheitsachsen ist·

19· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisch gelagerte Korper beispielsweise im Falle seiner Anwendung auf einen Seismograph eine Drehgeschwindigkeit Bull hat, wobei nur die Ausrichtung der Symmetrieachse des Körpers erreicht werden soll·

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