DE4000875A1

DE4000875A1 - Automatische auswuchteinrichtung

Info

Publication number: DE4000875A1
Application number: DE19904000875
Authority: DE
Inventors: Udo Dr Ing Bichler; Werner Dr Ing Auer
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1990-01-13
Filing date: 1990-01-13
Publication date: 1991-07-18

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein System zum Erfassen und automatischen Beseitigen einer Unwucht eines auf einem Raumfahrzeug rotierenden Körpers während des Betriebes. Diese Unwucht kann beispielsweise durch ungleichmäßige Temperaturänderungen oder Verstellung von auf dem Rotor beweglich gelagerter Teile entstehen.

Wenn die Unwucht einen bestimmten Grenzwert überschreitet, wird ein Auswuchtzyklus gestartet, der bei Unterschreiten eines zweiten, kleineren Grenzwertes wieder ausgesetzt wird.

Die Unwucht des Rotors führt zu einer sinusförmigen Pendelbewegung um den Gesamtschwerpunkt. Dieser Effekt wird in der Achse minimaler Trägheit mit einem Beschleunigungssensor oder einem inertialen Winkellagesensor detektiert.

Um die Notwendigkeit eines Auswuchtzyklus zu erkennen, wird das Sensorsignal zunächst gleichgerichet und tiefpaßgefiltert und dann einem Fensterdiskriminator zugeführt, der bei Erreichen seines oberen Schwellwertes einen Auswuchtvorgang startet und, bei Erreichen seines unteren Schwellwertes, wieder aussetzt.

Die eigentliche mechanische Auswuchtung erfolgt durch lineare Verschiebung von Massen auf dem Rotor beispielsweise mittels Spindelantrieben. Es wird jeweils ein Massenpaar in tangentialer und eines in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse bewegt. Die Bewegung der einzelnen Massen der Massenpaare erfolgt gegenläufig, so daß dabei keine statische Unwucht erzeugt wird.

Im folgenden werden die Verfahren zur Ermittlung und Beseitigung der Unwucht mit Hilfe dieser Ausgleichsgewichte beschrieben.

Die Unwucht des Rotors nehme bezüglich der Verstellachsen der Ausgleichsgewichte einen Winkel phi ein. Dann sind die Unwuchtkomponenten bezüglich dieser Achsen proportional dem Sinus(phi) und dem Kosinus(phi). Diese Komponenten werden ermittelt, indem das Sensorsignal mit dem Sinus und dem Kosinus des Drehwinkels des Rotors multipliziert werden:

Es sei das vom Sensor gemessene Signal Fu

Fu(t) = u* sin (om*t+phi)

mit

u Amplitude des Unwuchtsignals
om Kreisfrequenz der Rotation
t Zeit
om*t Drehwinkel des Rotors
phi Winkellage der Unwucht bezüglich der Ausgleichsachsen

Wird das Sensorsignal mit sin (om*t) und cos (om*t) multipliziert, so erhält man

Ut = Fu* sin (om*t) = u* (cos (phi)-cos (2*om*t + phi))/2

Ur = Fu* cos (om*t) = u* (sin (phi)+sin (2*om*t + phi))/2.

Die Produkte U enthalten somit die Unwuchtkomponenten bezüglich der Ausgleichsachsen und zusätzliche Komponenten doppelter Rotordrehfrequenz. Diese Signale werden nun zur Verstellung der Ausgleichsgewichte im Sinne eines geschlossenen Regelkreises benutzt.

Hierzu werden zwei alternative Verfahren angegeben.

In einer der Ausprägungen werden die Signale U Integratoren zugeführt. Die Ausgangssignale dieser Integratoren werden von den Verstellelementen der Ausgleichsgewichte in eine proportionale Lage umgesetzt. Die Integratoren filtern dabei zum einen die hochfrequenten Anteile heraus und fungieren gleichzeitig als Regler für den Auswuchtregelkreis.

In einer weiteren Ausprägung werden die Signale U zunächst tiefpaßgefiltert, um den hochfrequenten Anteil zu eliminieren. Die gefilterten Signale werden dann schrittweise arbeitenden, integrierenden Verstellelementen der Ausgleichsgewichte zugeführt, die also in jedem Schritt eine ihrem Eingangssignal proportionale Verschiebung der Ausgleichsgewichte durchführen.

Das Verfahren beseitigt Nomentenunwuchten und quasi-statische Unwuchten. Sollen statische Unwuchten, deren Ebene den Gesamtschwerpunkt des Raumfahrzeugs enthält, auch eliminiert werden, so wird ein zusätzlicher translatorischer Sensor erforderlich. In einem entsprechenden Verfahren kann dann eine solche statische Unwucht beseitigt werden. Die Ausgleichsgewichte würden dann so verstellt, daß keine Änderung der Momentenunwucht und quasi-statischen Unwucht entsteht.

Bilder

1 Anordnung der Ausgleichsgewichte auf dem Rotor
2 Prinzip Blockschaltbild des ersten Regelverfahrens mit Ein/Aus-Schaltung der automatischen Auswuchtung
3 Blockschaltbild des ersten Regelverfahrens (mit Modellierung des Unwuchteffektes)
4 Simulationsergebnis zu BSB 3 (mit anfänglich angenommener Unwuchtamplitude von 1)
5 Blockschaltbild des zweiten Regelverfahrens (mit Modellierung des Unwuchteffektes)
6 Simulationsergebnis zu BSB 5 (mit anfänglich angenommener Unwuchtamplitude von 1)

Claims

1. Einrichtung zum Erfassen und Beseitigen der Unwucht eines rotierenden Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Rotor vorzugsweise auf einem Raumfahrzeug befindet und die Auswuchtung vorzugsweise automatisch mittels auf dem Rotor verschiebbar angeordneter Ausgleichsgewichte während des Betriebes durchgeführt wird.

2. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelbewegung des Raumfahrzeugs infolge der Unwucht in einer Achse mit einem Beschleunigungssensor oder einem inertialen Winkellagesensor gemessen wird.

3. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswuchtung durch Verschiebung von Massen auf dem Rotor mittels Linearantrieben erfolgt und daß jeweils ein Massenpaar in tangentialer und eines in radialer Richtung bezüglich der Rotorachse bewegt wird und daß die Bewegung der einzelnen Massen der Massenpaare gegenläufig erfolgt, so daß keine statische Unwucht erzeugt wird.

4. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensorsignal mit dem Sinus und dem Kosinus des Drehwinkels des Rotors multipliziert wird, wodurch die Signale Ur und Ut entstehen.

5. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale Ur, Ut Integratoren zugeführt und die Ausgangssignale dieser Integratoren von den Verstellelementen der Ausgleichsgewichte in eine proportionale Lage umgesetzt werden.

6. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale Ur, Ut zunächst tiefpaßgefiltert und dann schrittweise und integrierend arbeitenden Verstellelementen der Ausgleichsgewichte zugeführt werden.

7. Auswuchteinrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung der Notwendigkeit eines Auswuchtzyklus das Signal gleichgerichtet, tiefpaßgefiltert und dann einem Fensterdiskriminator zugeführt wird, der bei Erreichen eines oberen Schwellwertes einen Auswuchtvorgang startet und, bei Erreichen eines unteren Schwellwertes, wieder aussetzt.

8. Auswuchteinrichtung nach den vorgenannten Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher translatorischer Sensor eingesetzt wird, mit dessen Signal in einem entsprechenden Verfahren auch eine statische Unwucht beseitigt wird, wobei die Ausgleichsgewichte so verstellt werden, daß keine Änderung der Momentenunwucht und quasi-statischen Unwucht entsteht.