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VERFAHREN ZUM AUSWUCHTEN VON ROTATIONSKÖRPERN
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UND EINRICHTUNG ZUR AUSFÜHRUNG DESSE13EN Die vorliegende Erfindung
bezieht sich auf Verfahren und Einrichtungen zum Auswuchten von Körpern, genauer
auf ein Verfahren zum Auswuchten von Rotationskörpern und eine Einrichtung zur Ausführung
desselben.
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Die vorliegenue Erfindung kann in der elektrotecrsnischen, chemischen,
Hütten- und Kraftfahrzeugindustrie zElm automatischen Auswuchten von Rotationskörpern
sowohl mit k@@-stanter, wie auch mit nach Größe und Richtung verçinderlicher dynamischer
Unwucht bei überkritischen Drehzahlen, wenn die Eigenfrequenz des Rotationskörpers
geringer als die Umlauffrequenz ist, Anwendung finden.
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Gegenwärtig haben in der Industrie die größte Anwendung Laufes gefunden,
die bei überkritischen Drehzahlen arbeiten.
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ßei überkritischen Drehzahlen eines steifen Ptationskörpers geht
die Drehachse durch seinen Massenmittelpunkt.
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ür einen ausgewuchteten Rotationskörper fällt die Drehachse mit der
geometrischen Achse zusammen. Für einen unausgewuchteten
Rotationskörper
geht die Drehachse durch einen neuen Schwerpunkt, dessen Verlagerung durch die Unwucht
bedingt ist, und kann nicht nur in bezug auf den Massenmittelpunkt des ausgewuchteten
Rotationskörpers verschoben, sondern auch um einen gewissen Winkel in bezug auf
die geometrische AChse des Rotationskörpers gedreht sein, was durch die Momente
bedingt ist, die durch dieselbe Unwucht erzeugt werden. Im Ergebnis setzt sich die
gesamte dynamische Unwucht des Rotationskörpers aus statischer Unwucht des Rotationskörpers,
die zur Verlagerung des Massen'mittelpunktes des Rotationskörpers und zur Drehung
desselben mit der leichteren Seite nach außen bei überkritischen Drehzahlen führt,
und momentbedingter Unwucht des Rotationskörpers zusammen, die zur Winkelverachiebung
der Drehachse in bezug auf die geometrische Achse des Rotationskörpers f(lhrt.
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Bislang wurde das Auswuchten von Rotationso..rpern bei überkritischen
Drehzahlen durch wechselweise Beseitigung der Unwucht eines Rotationskörpers in
der einen Korrektionsebene bei fixierter Lage der anderen Korrektionsebene ausgeführt.
Jedoch ist das erwähnte Verfahren zum Auswuchten von Rotationskörpern während des
Betriebs ungeeignet, insbesondere in dem Fall, wenn die Änderung der Unwuchtgröße
und -richtung unmittelbar durch den &rbeLtsprozes bedingt ist.
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Allgemein bekannt ist ein Verfahren zum Auswuchten von Xotationskörpern
(siehe z.B. die US - PS Nr. 268?215, 1954, Klasse 74-573), das zur Beseitigung der
dynamischen Unwucht eines Rotationskörpers bei unterkritischen Drehzahlen
bestimmt
ist. Das bekannte Verfahren besteht darin, daß in den Meßebenen, die beiderseits
einer Ebene liegen, die durch den Iwtassenmittelpunkt des Rotationskörpers senkrecht
zur Achse desselben geht, Verschiebungsgröße unG -richtung der Drehachse von der
geometrischen Achse des Rotationskörpers bei Unwucht bestimmt werden. In Richtung
der Verschiebung der Drehachse werden die Ausgiejehmassen in den Korrektionsebenen
angeordnet, die relativ ur durch den Massenmittelpunkt des Rotationakörpers gehenden
Ebene auf derselben Seite mit der entsprechenden Meßebene liegen.
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Bekannt ist ferner eine Einrichtung zum Auswuchten von Rotationskörpern
(siehe z.B. die US- Patentschrift Nr. 2687215, 1954, Klasse 74-573) zur Ausführung
des vorstehen beschriebenen Verfahrens, die zwei Fühlglieder zur Bestimmuq; der
Verseniebungsgröße und -richtung der Drehachse des Rot'tionskörpers von dessen geometrischer
Achse enthält. Die Fühlglieder stellen eine Hülse dar, die über ein Lager mit einem
Gehäuse, in dessen Innerem der Rotationskörper angeordnet ist, verbunden und durch
bewegliche Stangen am Rotationskörper befestigt ist. Die Fühlglieder sind in den
zwei Meßebene angeordnet, die beiderseits der Ebene liegen, die durch den Massenmittelpunkt
des Rotationskörpers senkrecht zur Achse desselben geht. Mit dem Ausgang eines jeden
von den Fühlgliedern ist der eingang eines Wandlers verbunden, der die Umwandlung
des Eingangssnals in- den Befehl zum Anordnen des Regelorgans am Rotationskörper
in jenen Korrektionsebenen gewährleistet, die auf der gleichen Seite mit der entsprechenden
Meßebene
bezüglich der Ebene liegen, die durch den Massenmittelpunkt des Rotationskörpers
senkrecht zur Achse desselben geht. Die Wandler schließen periphere Auswuchtbehälter,
die in den Rorrektionsbenen liegen, Rohrleitungen, die die Auswuchtbehälter mit
der Auswuchtmassenquelle verbinden, sowie an den Rohrleitungen angebrachte Ventile
ein, deren Schäfte ait den beweglichen Stangen der Fühigliederhülsen zusammenwirken.
Hierbei öffnen die beweglichen Stangen der Fühlglieder, indem sie mit den Schäften
der erwähnten Ventile zasamlaenuirkerl, diese bei radialer Verschiebung vom Zentrum
zur Peripherie. Die Wandler wirken auf die Regelorgane ein und gewährleisten hierdurch
das Anordnen derselben in den Korrektionsebenen. Als Regelorgan wird Auswuchtflüssigkeit
benutzt.
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Das erwähnte Verfahren zum Auswuchten von Rotationskörpern und die
Einrichtung zur Ausftibrung desselben gestatten, dynamische Unwucht (statische und
momentbedingte Unwucht) bei solchen Drehzahlen zu beseitigen, wenn die Eigenfrequenz
des Rotafionskörpers größer als die Uilauffrequenz ist, d.h.
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bei unterkritischen Drehzahlen. Dieses Verfahren und die Eiorichtung
können dynamische Unwucht des Rotationskörpers bei überkritischen Drehzahlen nicht
beseitigen, wenn die Ei,,genfreguenz des Rotationskörpers geringer als die Umlauffrequenz
ist.
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ner vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches
Verfahren zum Auswuchten von Rotationskörpern zu entwickeln und eine solche Einrichtung
zur AusftShrw
desselben zu shcaffen, bei denen die Anordnung der
Auswuchtmassen in bestimmten Korrektionsebenen es gestatten würde, dynamische Unwucht
von Rotationskörpern bei überkritischen Drehzahlen zu beseitigen.
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Dies wird dadurch erreicht, daB im Verfahren zum Auswuchten von Rotationskörpern,
das in der Bestimmung der Verschiebungsgröße und -richtung der Drehachse des Rotationskörpers
von dessen geometrischer Achse bei Unwucht und Anordnung der Auswuchtmassen am Rotationskörper
jeweils in Meß- und Korrektionsebenen besteht, die beiderseits der Ebene liegen,
die durch den Massenmittelpunkt des Rotationskörpers senkrecht zur geometrischen
Achse desselben geht, erfindungsgemäß die Anordnung der Auswuchtmassen am Rotationskörper
in den KQ-rektionsebenen erfolgt, die auf den entgegengesetzten Seiten der entsprechenden
Meßebenen in bezug auf die Ebene, die durch den Massenmittelpunkt des Rotationskörpers
senkrecht zul qoometrischen Achse desselben geht, sowie auf der zur Verscs -bung
der Drehachse bezüglich der geometrischen Achse entgegengesetzten Seite liegen.
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Zweckmäßigerweise ist in der Einrichtun6 zur Ausführung des Verfahrens
zum Auswuchten von Rotationskörparns die zwe Fühlglieder zur Bestimmung der Verschiebungsgröße
und -r@chtung der Drehachse des Rotationskörpers von dessen gecmetrischer Achse
enthält, die in zwei Meßebenen angeordnet sind, welche beiderseits der Ebene liegen,
die durch den Massenmittelpunkt des Rotationskörpers senkrecht zur Drehachse desselben
geht, wobei mit dem Ausgang eines jeden von diesen
ühlgliedern der
Eingang eines entsprechenden Wandlers verbunden ist, der die Anordnung der Auswuchtmasse
am Rotationskörper entsprechend der Verschiebungsrichtung der Drehachse gewährleistet,
und der Ausgang eines jeden von den Wandlern mit dem entsprechenden Regelorgan verbunden
ist, das als Auswuchtmasse di.ent und am Rotationskörper in der entsprechenden iXorrektionsebene
angebracht ist, erfindungsgemäß jedes der Regelorgane in einer Korrektionsebene
angeordnet, die auf der entgegengesetzten Seite von der Meßebene, in der sich das
mit diesem Regelorgan verbundene Fühlglied befindet bezüglich der Ebene liegt, die
durch den Massenmittelpunkt des Rotationskörpers senkrecht zur geometrischen Achse
desselben geht, während jeder Wandler ein Mittel zur Anordnung des Regelorgans auf
der zur Verschiebung der Drehachse bezüglich der geometrischen Achse des Rotationskörpers
entgegengesetzten Seite enthält.
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Weitere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus
der nachfolgenden eingehenden Beschreibung des Verfahrens zum Auswuchten von Rotationskörpern
sowie der Einrichtung zur Ausfahrung desselben, konkreten Ausführungsbeispielen
des Verfahrens und der Einrichtung sowie aus beiliegenden Zeichnungen verständlich;
in den Zeichnungen zeigt: Fig. 1 Lage des Potationskörpers bei Uberkritischen Drehzahlen
(Gesamtansiche), gemäß der Erfindung; Fig. 2 Schema der Einrichtung zum Auswuchten
von Rotationakörpern, gemäß der Erfindung;
Fig. 3 Prinzipschema
einer Ausführungsvardante der Einrichtung zum Auswuchten von Rotationskörpern, gemäß
der Erfindung.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Auswuchten eines Rotationskörperns
1 (Fig. 1) beruht auf der Abweichung der Drehachse 2 von der geometrischen Achse
3 des Rotationskörpers 1 unter der Einwirkung einer durch ein Gewicht 4 bedingten
Unwucht.
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Als Rotationskörper können Turbinenläufer, Anker von Elektromotoren,
Trommeln von Waschmaschinen, Zentrifugen, Flügelradlüfter auftreten.
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Zur Beseitigung der Unwucht wird die VerschiebungsgröSe n und -richtung
der Drehachse 2 des Rotationskörpers 1 von dessen geometrischer Achse 3 in Meßebenen
5, 6 bestimmt. Die Meßebenen 5, 6 liegen beiderseits einer Ebene 7, die durch den
Massenmittelpunkt 8 des Rotationskörpers 1 senkrecht zur geometrischen Achse desselben
geht. Danach werden am Rotationskörper 1 in Korrektionsebenen 9, 10 Auswuchtmassen
11, 12 (Fig. 2) angeordnet. Hierbei liegt die Korrektionsebene 9 auf der entgegengesetzten
Seite zur entsprechenden Meßebene 6 bezüglich der Ebene 7, die durch den Ntassenmittelpunkt
8 des Rotationskörpers 1 senkrecht zur geometrischen Achse 3 desselben geht. Die
Korrektionsebene 10 liegt auf der entgegengesezten Seite zur entsprechenden ebene
5 bezug lich der Ebene 7, die durch den Itassenlllittelpunk; 8 des Rotationskörpers
1 senkrecht zur geometrischen Achse 3 desselben geht,
Die Auswuchtmasse
11 wird in der Korrektionsebene 9 auf der, auf die geometrische Achse 3 bezogen,
zur Verschiebung der Drehachse 2 in der Meßebene 6 entgegengesetzten Seite angeordnet.
Die Auswuchtmasse 12 wird in der Xorrektionsebene 10 auf der, auf die geometrische
Achse 3 bezogen, zur 5 Verschiebung der Drehachse 2 in der Meßebenev entgegengesetzten
Seite angeordnet.
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Zur Ausführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens wird eine
Einrichtung zum Auswuchten von Rotationskörpern vorgeschlagen, die zwei Fühlglieder
13, 14 zur Bestimmung der Verschiebungsgröße und -richtung der Drehachse 2 des Rotationskörpers
1 von dessen geometrischer Achse 3 enthält.
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Die Fühiglieder 13, 14 sind jeweils in den zwei Meßebenen 6, 5 angeordnet,
die beiderseits der Ebene 7 liegen, die durch den Massenmittelpunkt 8 des Rotationskörpers
1 se recht zur geometrischen Achse 3 desselben gebt. Mit dem Ausgang des Mfhlgliedes
13 ist der Eingang eines Wandlers 15 verbunden. Kit dem Ausgang des Fuhlgliedea
14 ist der Eingang eines Wandlers 16 verbunden. Die Wandler 15, 16 gewährleisten
die Anordnung der Auswuchtmassen 11, 12 am Rotationskörper 1. Hierbei sieht die
Konstruktion der Wandler 15, 16 die Anordnung der Auswuchtmassen 11, 12 auf der,
auf die geometrische Achse 3 des Rotationskörpers 1 bezogen, zur Verschiebung der
Drehachse 2 entgegengesetzten Seite vor. Die Auswuchtmassen 11, 12 (im weiteren
als Regelorgane 11, 12 bezeichnet) sind mit den Ausgängen der Wandler 15, 16 verbunden.
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Das Regelorgan 11 ist in der Korrektionsebene 9 angeordnet,
die
entgegengesetzt zur Meßebene 6, in der das mit diesem Regelorgan 11 verbundene Fühlglied
13 angeordnet ist, bezüglich der Ebene 7 liegt, die durch den Massenmittelpunkt
8 des Rotationskörpers 1 senkrecht zur geometrischen Achse 3 desselben geht. Das
Regelorgan 12 ist in der Korrektionsebene 10 angeordnet, die entgegengesetzt zur
Meßebene 5, in der das mit diesem Regelorgan 12 verbundene Fühlglied 14 angeordnet
ist, bezüglich der Ebene 7 liegt, die durch den Wassenmittelpunkt 8 des Rotationskörpers
1 senkrecht zur geometrischen Achse 3 desselben geht.
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Nachstehend ist eine Ausführungssvariante der Flüssigkeitseinrichtung
zum Auswuchten von Rotationskörpern mit elektrischer Steuerung angeführt.
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In diesem Fall sind die Fühiglieder 13, 14 (Fig. 3) in Gestalt von
Behältern 17 ausgefUhrt, die mit einer elektrisch leitenden Flüssigkeit 18 teilweise
gefüllt sind Im Innern der Behälter 17 sind Kontakte 19 angeordnWt.
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deren Arbeitsfläche während der Drehung des Rotationskörpers 1 um
20 - 50 µm je nach der erforderlichen Auswuchtgenauigkeit über den Spiegel der elektrisch
leitenden Flüssigkeit 18 hinausragt. Hierbei sind die Arbeitsflächen der Kontakte
von der geometrischen Achse eines jeden der Behälter 17 tJle- ci3 entfernt. Die
Behälter 17 sind gleichachsig auf einer Welle 20 der Trommel 1 (des Rotationskörpers
1) in den Mefebenen 5, 6 befestigt, die beiderseits der Ebene 7 liegen, die durch
den Massenmittelpunkt 8 der Trommel 1 senkrecht zur geometrischen Achse 3 derselben
geht.
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Die Wandler 15, 16 schließen Auswuchtbehälter 21> 22 ein, die
sich an der Peripherie der Trommel 1 in den Korrektionsebenen , 10 befinden. Die
Auswuchtbehälter 21> 22 sind mit einem Gefäß 23 zur Speicherung der AuswuchtflUssigdie
darstellen, keit, dievRegelorgane 11, 12 v mit Hilfe von elektrische Ventile 26,
27 enthaltenden Rohrleitungen 24, 25 verbunden.
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Die elektrischen Ventile 26, 27 und die Kontakte 19 der Fühiglieder
13, 14 sind an eine Stromquelle 28 über einen Schalter 29 angeschlossen und miteinander
durch ein Mittel 30 zur Anordnung der Regelorgane 11, 12 in den Korrektionsebenen
9, 10 auf den zur Verschiebung der Drehachse 2 bezüglich der geometrischen Achse
3 der Trommel 1 entgegengesetzten Seiten, welche Verschiebung in den Jeweiligen
Meßebenen 5, 6 bestimmt wurde, verbunden.
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Das Mittel 30 zur Anordnung der Regelorgane 11, 12 in den Korrektionsebenen
9, 10 auf den zur Verschiebung der Drehachse 2 bezüglich der geometrischen Achse
3 der Trommel 1 entgegengesetzen Seiten, die jeweils in den Meßebenen 6, 5 bestimmt
wird, stellt elektrische Verbindungen 31, 32 dar, die die entsprechenden Kontakte
19 der zylinderförmigen Behälter 17 der Fühiglieder 13, 14 mit den elektrischen
Ventilen 26, 27 der Auswuchtbehälter 21, 22 verbinden. Hierbei liegen die Auswuchtbehälter
21, 22 auf derselben Seite von der geometrischen Achse 3 der Trommel 1 wie die Kontakte
19, die mit den elektrischen Ventilen 26, 27 elektrisch verbunden sind.
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Zur Ermöglichung von überkritischen Drehzahlen bei niedriger Umlauffrequenz
ist die Welle 20 der Trommel 1 über Hülsen 33 in elastischen Verspannungen 34 befestigt.
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Die Ausführungsvarianten der Einrichtung zum Auswuchten von Rotationskörpern
sind von der Konstruktion der Fühlglieder, der Wandler und der Regelorgane abhängig.
Insbesondere können als Regelorgane Gewichte dienen, deren Verschiebung durch einen
im Wandler vorgesehenen Elektromotor erfolgt.
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In Fig. 3 ist eine Einrichtung zum Auswuchten eines Rotationskörpers
1 in der im voraus vorgegebenen Ebene der eventuellen Anordnung des Gewichtes 4
dargestellt, das eine Unwucht erzeugt, die durch die geometrische Achse 3 geht.
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Zur Gewährleistung des Auswuchtens eines solchen Rotationskörpers
1 genügen zwei entgegengesetzt angebrachte Paare ton Kontakten 19 in jedem der zwei
Behälter der Fühlgiieder 13, 14 und zwei entgegengesetzt angeordnete Auswucbtbebäiter
21, 22, die in zwei Korrektionsebenen 9, 10 liegen. Hierbei "ifinden sich die Kontakte
19 und die Auswuchtbehilter 21, <2 in der Anordnungsebene des Gewichtes 4, die
durch die geometrische Achse 3 des Rotationskörpers 1 geht (Diame-tralebene.
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Praktisch kann das Gewicht 4 an. jeder Stelle des Rotutionskörpers
1 angebracht sein. In diesem Fall enthält dJe Einrichtung zum Auswuchten des Rotationskörpers
1 Behalter 17 mit nicht minder als drei am Kreisumfang verteilten Paaren von Kontakten
19 und mindestens drei Auswuchtbehalter 21, 22 in jeder Korrektionsebene, die auf
die entsprechende Weise mit der entsprechenden Zahl anderer Elemente der Einrichtung
verbunden sind.
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Die Einrichtung zum Auswuchten von Rotationskörpern arbeitet folgenderweise.
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Die Trommel 1 wird mit Hilfe eines (in der Zeichnung nicht abgebildeten)
Antriebs in Drehung versetzt, und der Schalter 29 wird betätigt.
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Dadurch rotiert die ausgewuchtete Trommel 1 mit allen Elementen der
Auswuchteinrichtung auf der Welle 20 in den Hülsen 33> die in den elastischen
Verspannungen 34 befestigt sind, mit überkritischen Drehzahlen. Hierbei fällt die
Dreh achse 2 der Trommel 1 mit ihrer geometrischen Achse 3 zusammen. Die elektrisch
leitende Flüssigkeit 18 liegt dabei ringförmig an derutrifangafläche der Behälter
17 der Pthlglieder 13, 14 entlang, ohne die Eontalrte 19 der Fühlglieder 13>
14 zu schließen, die sich ih den Meßebenen 6, 5 beiderseitß der Ebene 7 befinden,
die durch denMassenmittelpunkt 8 der Trommel 1 geht. Hierbei sind die elektrischen
Ventile 26, 27 geschlossen, und die im Gefäß 23 gespeicherte Auswuchtflüssigkeit
gelangt nicht über die Rohrleitungen 24, 25 in die Auswuchtbehälter 21, 22, die
sich in den KorrektioxiS-ebenen 9, 10 beiderseits der Ebene 7 befinden, die durch
den Massenmittelpunkt 8 der Trommel 1 senkrecht zur geometrischen Achse 3 derselben
geht.
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mit dem Auftreten einer durch das Gewicht 4 erzeugten Unwucht verschiebt
sich die Drehachse 2 der Trommel 1 in bezug auf deren geometrische Achse 3.
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Die Lage der rotierenden Trommel 1 entspricht der Lage des in Fig.
1 dargestellten Rotationskörpers 1 bei der Einwirkung der durch das Gewicht 4 bedingten
Unwucht.
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Die elektrisch leitende Flüssigkeit 18 wird in den Behältern 17 der
Fühlglieder 13, 14 gemäß der Lage der Drehachse 2 umverteilt. Hierbei sammelt sich
die elektrisch leitende Flüssigkeit 18 in dickerer Schicht an jenen Stellen der
Behälter 17, die von der Drehachse 2 der Trommel 1 am weitesten entfernt sind, d.h.
an dem größeren Drehhalbmesser.
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Die Kontakte 19, die sich am größeren Drehhalbmesser der Behälter
17 der Fühlglieder 13, 14 befinden, werden geschlossen und lösen über die elektrischenVerbindungen
und das Mittel 30 zur Anordnung der Regelorgane ein Signal zum Ansprechen der jeweiligen
elektrischen Ventile 2E, 27 der Wandler 15, 16 aus. Hierbei verbindet die elektrische
Yerbindung 31 den geschlossenen Kontakt 19 des Behälters 17 des Fühlgliedes 13 mit
dem Ventil 26 des Wandlers 15. Dies gewährleistet das Ansprechen des Ventils 26,
das an der Ptohrleitung 24 angebracht ist, die an den Auswuchtbahälter 21 angeschlossen
ist, welcher auf der gleichen Seite der ge(rn¢-tischen Achse 3 der Trommel 1 mit
dem geschlossenen Kontakt 19 des Behälters 17 des Fühlgliedes 13 liegt.
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Die elektrische Verbindung 32 verbindet den geschlossenen Kontakt
19 des Behälters 17 des Fühlglledes 14- mit der Ventil 27 des Wandlers 16. Dies
gewährleistet das Ansprechen des Ventils 27, das an der Rohrleitung 25 angebracht
ist, welche an den Auswuchtbehälter 22 angeschlossen ist, der auf der gleichen Seite
der geometrischen Achse 3 der Trommel 1 mit dem geschlossenen Kontakt 19 des Behälters
17 des Fühlgliedes 14 liegt.
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Beim Ansprechen der Ventile 26, 27 gelangt die Auswuchten flüssigkeit
aus dem Gefäß 23 über die Rohrleitungen 24, 25 in die entsprechenden Auswuchtbehälter
21, 22, was die Anordeun6 der Regelorgane 11, 12 an der Trommel 1 darstellt.
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Die Auswuchtflüssigkeit beseitigt, indem sie die Auswuchtbehalter
21, 22 füllt, die Unwucht der Trommel 1, die vom Gewicht 4 erzeugt ist. Nach der
Beseitigung der Unwucht vereinigt sich die Drehachse 2 mit der geometrischen Achse
3 der Trommel 1.
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Die elektrisch leitende Flüssigkeit 18 wird in den zylinderförmigen
Behältern 17 der Uhlglieder 13, 14 erneut u rerteilt, und die Kontakte 19 werden
geöffnet. Die Auswuchteinrichtung stoppt den Flüssigkeitsverbrauch, und die Trommel
1 rotiert in ausgewuchtetem Zustand weiter.
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Mit dem Auftreten einer neuen Unwucht der Trommel 1 wiederholt sich
der beschriebene Prozeß bis zum vollständigen Verbrauch der Auswuchtflüssigkeit
im Gefäß 23.