DE3309387A1 - Device for the automatic balancing of rotary bodies - Google Patents

Device for the automatic balancing of rotary bodies

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    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • G01M1/30—Compensating imbalance
    • G01M1/36—Compensating imbalance by adjusting position of masses built-in the body to be tested
    • G01M1/365—Compensating imbalance by adjusting position of masses built-in the body to be tested using balancing liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B04—CENTRIFUGAL APPARATUS OR MACHINES FOR CARRYING-OUT PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES
    • B04B—CENTRIFUGES
    • B04B9/00—Drives specially designed for centrifuges; Arrangement or disposition of transmission gearing; Suspending or balancing rotary bowls
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Abstract

The invention relates to a device for the automatic balancing of rotary bodies. To this end, an annular tube filled with a liquid and having several symmetrically arranged compensating spaces is provided on the rotary body. The volumes of the compensating spaces can be varied by allocated output signals of several symmetrically arranged force sensors via servo drives having electronic control steps.

Description

Vorrichtung zum automatischen Auswuchten von Rotationskörpern Device for the automatic balancing of rotating bodies

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum automatischen Auswuchten von Rotationskörpern, insbesondere zum automatischen Auswuchten von Zentrifugen mit einem konzentrisch am Rotationskörper angebrachten Ringrohr und einer Füllung forminstabiler Ausgleichsmasse.The invention relates to a device for automatically balancing bodies of revolution, in particular for automatic balancing Balancing of centrifuges with a concentric ring tube attached to the rotating body and a filling dimensionally unstable leveling compound.

Vorrichtungen dieser Art sind zum Auswuchten von Rotationskörpern schon vorgeschlagen worden. Es handelt sich dabei um Vorrichtungen/ welche an Kraftfahrzeugrädern eingesetzt wer-Devices of this type are used for balancing bodies of revolution has already been proposed. These are devices / which are used on motor vehicle wheels

^° den, um während der Fahrt Unwuchten auszugleichen. Dabei wird an den Felgen der Fahrzeugräder ein Ringrohr konzentrisch angebracht und mit feinkörnigem Blei oder einem anderen geeigneten feinkörnigen Stoff gefüllt. Während der Fahrt soll sich das Blei so verteilen, daß auftretende unwuchten kompensiert werden. In der Praxis haben sich derartige Vorrichtungen aber nicht bewährt.^ ° to compensate for imbalances while driving. It will An annular tube is attached concentrically to the rims of the vehicle wheels and filled with fine-grained lead or other suitable fine-grained material. While driving should be distribute the lead so that any imbalances are compensated. In practice, however, such devices have not proven.

Während das Auswuchten von Fahrzeugrädern grundsätzlich, und zwar auf die zuvor beschriebene Weise möglich ist, bereitet das Auswuchten von Zentrifugen erheblich größere Probleme.While the balancing of vehicle wheels is basically, and Although this can be done in the manner described above, the balancing of centrifuges presents significantly greater problems.

Dies ist zum einen durch die im Regelfall erheblich größeren Drehzahlen und zum anderen auf die dabei auftretenden Änderungen der unwuchten zurückzuführen. Besonders kritisch können sich Unwuchten bei Zentrifugen auswirken, die zu Forschungszwecken im. Weltraum, das heißt unter schwerelosen Bedingungen, eingesetzt werden. Bei solchen Einsätzen ist es notwendig, das Auftreten von Unwuchten auszugleichen, weil das Forschungsvorhaben sonst gefährdet wird.This is due on the one hand to the generally considerably higher speeds and on the other hand to the changes that occur in the process of the imbalances. Imbalances can have a particularly critical effect on centrifuges that are used for research purposes in the. Space, that is, be used under weightless conditions. In such operations it is necessary to compensate for the occurrence of imbalances, because otherwise the research project will be endangered.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zum automatischen Auswuchten sich ändernder Unwuchten für Rotationskörper vorzusehen. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf dem Rotationskörper mehrere symmetrisch liegende Kraftsensoren vorgesehen sind, deren über elektronische Schaltstufen zur Aufbereitung geleitete Ausgangssignale Servoantriebe zur Volumenänderung zugeordneter symmetrisch im Ringrohr vorgesehener Ausgleichsräume ansteuern.The invention is therefore based on the object of providing a device of the type mentioned at the beginning for automatic balancing to provide changing imbalances for bodies of revolution. According to the invention, this object is achieved by that several symmetrically lying force sensors are provided on the rotary body, whose electronic Switching stages for processing conducted output signals Activate servo drives to change the volume of the compensating chambers allocated symmetrically in the ring pipe.

Die erfindungsgemäße Maßnahme hat zur Folge, daß auftretende unwuchten automatisch ausgeregelt werden, wobei jeder kleinsten Unwuchtänderung entgegengewirkt wird. Für die forminstabile Ausgleichsmasse kann eine Flüssigkeit, zum Beispiel Wasser, benutzt werden; aber es sind auch andere Flüssigkeiten, zum Beispiel Quecksilber, möglich, insbesondere auch dantn, wenn mit größeren Unwuchten zu rechnen ist.The measure according to the invention has the consequence that any imbalances that occur are automatically corrected, each of the smallest Imbalance change is counteracted. A liquid, for example water, can be used for the dimensionally unstable leveling compound to be used; but other liquids, for example mercury, are also possible, in particular also dantn, if larger imbalances are to be expected.

Für die Ausgleichsräume können Faltenbalge benutzt und von den Servoantrieben entsprechend eingestellt werden. Es ist aber auch möglich, hierfür Zylinder einzusetzen, welche mit den Ringräumen in Verbindung stehen und deren Kolben von den Servoantrieben verstellt werden.Bellows can be used for the compensation chambers and adjusted accordingly by the servo drives. It is but also possible to use this cylinder, which are connected to the annular spaces and their pistons from the Servo drives are adjusted.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind auf dem Rotationskörper drei Kraftsensoren, zum Beispiel Dehnungsmeßstreifen und im Ringrohr drei Ausgleichsräume vorgesehen, wobei die Kraftsensoren diametral zum zugeordneten Ausgleichsraum am Rotationskörper angebracht sind.In an advantageous embodiment of the invention, there are three force sensors, for example strain gauges, on the rotating body and three compensation chambers are provided in the ring tube, the force sensors being diametrically opposed to the associated one Compensation space are attached to the rotation body.

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail with reference to the accompanying drawing explained.

Die Darstellung zeigt das Prinzip der vorliegenden Erfindung als Querschnitt eines Rotationskörpers, und zwar einer Zentrifuge 11. An einer Stirnseite der Zentrifuge 1, vorzugsweise der Unterseite, ist ein Ringrohr 2 konzentrisch angebracht, wobei der Durchmesser des Ringrohres etwas kleiner als der Außendurchmesser der Zentrifuge 1 ist. An der das Ringrohr tragenden Stirnseite ist weiterhin ein Ringsteg 3 vorgesehen, in den ein Ringsteg 4 unter Freilassung eines Ringspaltes 5 eingreift. Die Ringstege 3, 4 sind so bemessen, daß der innere Ringsteg 4 beim Betrieb der Zentrifuge 1 keine Auslenkung erfährt, während der äußere Ringsteg 3 seine Lage zur Drehachse mit der Zentrifuge 1 verändert. Es ist aber auch möglich, die Ringstege zu vertauschen, das heißt den äußeren in Bezug auf die Drehachse als nichtauslenkbar und den inneren auslenkbar zu gestalten. Im Ringspalt 5 zwischen den Ringstegen 3, 4 sind drei Kraftsensoren 6, und zwar auf der Innenseite des Ringsteges 3 mit einem Winkel von 120°, das heißt symmetrisch, angebracht.
Diametral gegenüber sind drei Ausgleichsräume 7 im Ringrohr 2 vorgesehen und damit ebenfalls symmetrisch mit 120 Winkelabstand zueinander angeordnet. Die Ausgleichsräume 7 bestehen jeweils aus zwei miteinander verbundenen Faltenbalgen 71, 7" , deren Anschlußstutzen 8', 8" jeweils mit dem zugeordneten Anschlußteil des Ringrohres 2 beweglich, zum Beispiel nach Stopfbuchsenart, verbunden sind. Jeder Anschlußstutzen 8 steht mit einem Stellmotor 91, 9" eines Servoantriebes 1o in Verbindung, die von dem Ausgangssignal des zugeordneten Kraftsensors 6 angesteuert werden.. In den Servoantrieben 1o sind elektronische Schaltstufen zur Aufbereitung der in den Kraftsensoren ·6 bei ünwuchten erzeugten Ausgangssignale vorgesehen.The illustration shows the principle of the present invention as a cross section of a rotating body, namely a centrifuge 11. An annular tube 2 is attached concentrically to one end of the centrifuge 1, preferably the underside, the diameter of the annular tube being slightly smaller than the outer diameter of the centrifuge 1 is. On the end face carrying the annular tube, an annular web 3 is also provided, into which an annular web 4 engages leaving an annular gap 5 free. The ring webs 3, 4 are dimensioned so that the inner ring web 4 does not experience any deflection during operation of the centrifuge 1, while the outer ring web 3 changes its position relative to the axis of rotation with the centrifuge 1. However, it is also possible to swap the ring webs, that is to say to design the outer one as non-deflectable with respect to the axis of rotation and the inner one as deflectable. In the annular gap 5 between the annular webs 3, 4, three force sensors 6 are attached, specifically on the inside of the annular web 3 at an angle of 120 °, that is, symmetrically.
Diametrically opposite, three compensation spaces 7 are provided in the ring tube 2 and are thus also arranged symmetrically with an angular distance of 120 from one another. The compensation chambers 7 each consist of two interconnected bellows 7 1 , 7 ", the connecting pieces 8 ', 8" of which are each movably connected to the associated connection part of the annular tube 2, for example in the manner of a stuffing box. Each connection piece 8 is connected to a servo motor 9 1 , 9 ″ of a servo drive 1o, which are controlled by the output signal of the associated force sensor 6. Electronic switching stages are provided in the servo drives 1o to process the output signals generated in the force sensors 6 when unbalanced .

Beim Betrieb der Zentrifuge A,erzeugt zum Beispiel die als Pfeil 1T angedeutete Unwucht Ausgangssignale in den Kraftsensoren $t, wobei durch die Tatsache, daß drei Kraftsensoren vorgesehen sind, Ausgangssignale unterschiedlicher Größe und Polarität erzeugt werden, welche über entsprechende Sinusrechnungen in den elektronischen Schaltstufen der Servoantriebe ;i ο' aufbereitet werden und zur Volumenänderung der Faltenbalge 7 den zugeordneten Stellmotoren 9 zugeführt werden. Im vorliegenden Fall würde die Unwucht tit durch eine Volumenvergrößerung bei den gegenüberliegenden Faltenbalgen und eine Volumenverkleinerung der beiden anderen Faltenbalge ausgeregelt werden. Auf diese Weise kann jede an beliebiger Winkelstellung auftretende Unwucht automatisch ausgeregelt werden.During operation of centrifuge A, for example, the imbalance indicated as arrow 1T generates output signals in the force sensors $ t , whereby output signals of different sizes and polarities are generated due to the fact that three force sensors are provided, which are generated via corresponding sinusoidal calculations in the electronic switching stages of the Servo drives; i ο 'are processed and fed to the associated servomotors 9 to change the volume of the bellows 7. In the present case, the unbalance tit would be corrected by increasing the volume of the bellows opposite and reducing the volume of the other two bellows. In this way, any imbalance that occurs at any angular position can be automatically corrected.

Beim Ausregeln auftretender Unwuchten wird über die Volumenänderung eine Massenänderung vorgenommen, und zwar auf einem konstanten Radius. Dadurch wird ein zusätzliches Massenmoment verhindert.When imbalances are corrected, the change in volume is used made a change in mass, on a constant radius. This creates an additional moment of mass prevented.

Claims (5)

83-18 R Brauen, den 15. März 1983 Sm/Bw ERNO Raumfahrttechnik GmbH PATENTANSPRÜCHE83-18 R Brauen, March 15, 1983 Sm / Bw ERNO Raumfahrttechnik GmbH PATENT CLAIMS 1. ) Vorrichtung zum Auswuchten von Rotationskörpern, insbesondere zum Auswuchten von Zentrifugen mit einem konzentrisch am Rotationskörper angebrachten Ringrohr und einer Füllung forminstabiler Ausgleichsmasse, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rotationskörper (1) mehrere symmetrisch liegende Kraftsensoren (6) vorgesehen sind, deren über elektronische Schaltstufen zur Aufbereitung geleitete Ausgangssxgnale Servoantriebe (1o) zur Volumenänderung zugeordneter symmetrisch im Ringrohr (2) vorgesehener Ausgleichsräume (7) ansteuern.1.) Device for balancing bodies of revolution, especially for balancing centrifuges with a concentric ring tube attached to the rotating body and a filling of dimensionally unstable leveling compound, characterized in that on the rotating body (1) several symmetrically lying force sensors (6) are provided, whose electronic switching stages for processing Conducted output signals servo drives (1o) for volume change assigned symmetrically provided in the ring tube (2) Activate compensation spaces (7). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die forminstabile Ausgleichsmasse eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser benutzt wird.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that for the dimensionally unstable leveling compound a liquid, especially water, is used. -2--2- 3. · Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsräume als von den Servoantrieben (1o) veränderbare Faltenbalge (7) ausgebildet sind.3. · Device according to claim 1 or 2, characterized in that the compensation spaces are designed as bellows (7) which can be changed by the servo drives (1o). 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß die Ausgleichsräume als mit dem Ringrohr (2) verbundene Zylinder ausgebildet sind, deren Kolben zur Volumenänderung mit den Servoantrieben (1o) verbunden sind.4. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the compensation spaces are designed as cylinders connected to the ring tube (2), the pistons of which change the volume with the servo drives (1o) are connected. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Rotationskörper (1) drei Kraftsensoren (6), insbesondere Dehnungsmeßstrexfen und im Ringrohr (2) drei Ausgleichsräume (7) vorgesehen sind, und daß die Kraftsensoren (6) diametral zum zugeordneten Ausgleichsraum (7) am Rotationskörper (1) angebracht sind.5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that on the Rotation body (1) three force sensors (6), in particular strain gauges, and three compensation chambers (7) in the ring tube (2) are provided, and that the force sensors (6) are attached diametrically to the associated compensation space (7) on the rotating body (1) are. -3--3-
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