DE4227014A1

DE4227014A1 - Verfahren und Anordnung zum Auswuchten eines Rotors

Info

Publication number: DE4227014A1
Application number: DE19924227014
Authority: DE
Inventors: Peter-Klaus Prof Dr Sc T Budig; Ralf Dr Ing Werner
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-08-14
Filing date: 1992-08-14
Publication date: 1994-02-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Auswuchten eines Rotors, der im Betriebszustand kreuzweise mittels in Abhängigkeit von der aktuellen Lage der geome trischen Achse des Rotors ansteuerbarer Magnete gelagert ist.

Durch die DE 31 20 691 A1 ist es bekannt, einen Rotor in einem Ringmagnet zu lagern und mittels zusätzlicher Magne te, die durch Magnetspulen steuerbar sind, zusätzlich zu beeinflussen. Diese zusätzlichen Spulen werden über je einen Regler angesteuert. Sensoren zur Erfassung der jeweiligen Lage der geometrischen Rotorachse geben Signale, die der Lage und Größe der Unwucht des Rotors proportional sind. Durch diese Signale werden unterschiedliche Korrekturpro gramme ausgewählt, die die Felder der Magnete für die Lagerung der Rotorwelle im erforderlichen Male verändern. Diese sogenannten Kompensationseinrichtungen korrigieren den Strom in den jeweiligen Magnetspulen. Mit dieser Anordnung ist es möglich, geringe und unregelmä gige Unwuchten von Rotoren durch eine ständige Regelung auszugleichen. Vergrößern sich die Unwuchten an einem Rotor z. B. durch unterschiedliche Durchbiegungen bei unterschiedlichen Drehzahlen, durch Korrosion oder durch Alterung des Materi als, dann sind diese Unwuchten mit einem solchen Regler nicht mehr zu beherrschen. Die Toleranz im Luftspalt der Magnetlager reich nicht aus, um diese Unwuchten auszuglei chen.

Die Rotoren müssen ausgebaut werden und in einer separaten Auswuchtmaschine erneut dynamisch ausgewuchtet werden. Eine solche Arbeitsweise ist ungünstig,

- weil einerseits ein hoher Demontage- und Montageaufwand für den Rotor erforderlich ist,
- weil die Auswuchtmaschinen in der Regel nicht bei den Betriebsdrehzahlen des Rotors arbeiten und somit
- die Durchbiegungen bei höherer Drehzahl oder
- die differenzierte Erwärmung, die beim Betrieb auftre ten kann, beim Auswuchten nicht berücksichtigen können.

Unberücksichtigt bleiben auch Deformationen des Rotors, die bei der Montage desselben in die Magnetlager der jeweiligen Arbeitsmaschine verursacht werden.

Die durch die DE 32 40 809 und durch die DE 33 40 909 vorgeschlagenen Auswuchtvorrichtungen gehen praktisch nicht über den Gegenstand der eingangs geschilderten Lösung hinaus. Die insbesondere in der DE 33 40 909 dargestellte statische Kompensationseinrichtung gestattet lediglich ein weiteres Kompensieren einer vorhandenen Unwucht durch phasenbezogene Erzeugung zusätzlicher Lagerkräfte.

Alle diese Vorrichtungen geben einer Bedienperson keinerlei Hinweise über die Lage und Position der Unwucht des Rotors im tatsächlichen Betriebszustand und damit keinerlei Möglichkeit die Unwucht ursächlich, gezielt durch Abtragen, Verlagern oder Anbringen von exzentrischen Massen gezielt zu vermeiden oder zu reduzieren.

Ziel der Erfindung ist es, die Laufruhe von Rotoren zu erhöhen und dieselbe auch bei längerem Betrieb und mini miertem Wartungsaufwand zu erhalten.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Lage und Größe der Un wucht im Betriebszustand eines Rotors durch die Verwen dung vorhandener Wegmeß- und Verarbeitungssysteme für eine Bedienperson sichtbar darzustellen und ihr die ursächliche Korrektur der Unwucht zu ermöglichen.

Die Demontage des Rotors soll vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 definierten Verfahrensschritte gelöst. Die durch den Regler erfaßten oder erzeugten Stellsignale werden genutzt, um die Lage der Unwucht und deren Größe anzuzeigen. Dadurch ergibt sich für die Bedienperson die Möglichkeit, die Unwucht ursächlich durch an sich bekannte Maßnahmen zu beseitigen oder zumindest deutlich zu reduzieren. Für das Erfassen der Unwucht können sowohl die Meßwerte der Sensoren für die tatsächliche Bahn oder Lage des Lagerzap fens, des Rotors oder die für die Korrektur derselben erfor derlichen Stellsignale verwendet werden.

Die Darstellung der Lage und Größe der Unwucht kann mit einfachen Mitteln entweder mittels Oszillograf in grafi scher Form oder als Ziffernfolge oder Grafik auf dem Moni tor eines Rechners dargestellt werden. Die Wahl für den Oszillograf wird man dann treffen, wenn man wegen der Häufigkeit der Korrekturvorgänge eine Anzeige der Unwucht des Rotors permanent gewährleisten muß. Die Darstellung der Unwucht über Mikrocomputer und Monitor hat den Vorteil der hohen Präzision der Daten und der Möglichkeit das Programm für die Sollwertsteuerung zur Beseitigung der Restunwucht dort zu berechnen. Man verwendet sie dort, wo man einen Rotor nur nach länge ren Zeitintervallen kontrollieren muß. Hierfür ist es zweckmäßig, die Anzeigeeinheit mit dem Regler über eine Schnittstelle lösbar zu verbinden.

Die evtl. vorhandene Restunwucht kann erfaßt und durch eine Regel- oder Steuervorrichtung für den Strom der aktiven Magnetlager in ihrer Wirkung in an sich bekannter Weise eliminiert werden. Für die Erarbeitung des Steuerprogrammes für die Sollwerte des Reglers kann zweckmäßigerweise der genannte Mikrocompu ter genutzt werden.

Auf diese Weise kann der Rotor in der Betriebslage optimal ausgewuchtet und betrieben werden. Der größte Teil der Unwuchten ist ursächlich beseitigt und nur ein kleiner Teil muß durch Nachregelung oder Steuerung kompensiert werden. Die Übertragung von Schwingungen des Rotors auf das ge stellfeste Magnetlager wird nahezu vollständig ausgeschlos sen. Kleinere Toleranzen der Luftspalte in den Magnetlagern und damit kleinere Abmessungen der Magnete werden möglich.

Die Lager werden billiger. Der Energiebedarf für den Be trieb der Lager reduziert sich.

Die Anordnung zum Auswuchten des Rotors nach Anspruch 8 stellt eine einfache Form eines Auswuchtsystems dar, die bleibend jedem Rotor der genannten Art zugeordnet werden kann.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die dazugehörige Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung des Reglers für die Magnetlager mit der Zuordnung der erfindungsgemäßen Anzeigeeinheit.

In dem Gestell einer Maschine sind konzentrisch zur Achse eines Rotors 4 mit Spulen versehene Magnete 6 angeordnet. Die Magnete 6 befinden sich paarweise einander gegenüber liegend auf zwei senkrecht aufeinander stehenden Achsen X und Y. Die Spulen der Magnete 6 werden über Leitungen mit einem Strom bzw. mit einer Spannung beaufschlagt. Die resultierende Magnetkraft der vier Magnete 6 positio niert die Welle des Rotors 4 in der gewünschten Lage.

Parallel zu diesem Magnetlager 6 sind ebenfalls auf X- und Y-Achse Lagesensoren an der Welle des Rotors 4 angebracht. Diese Lagesensoren 5 erfassen die tatsächliche Lage dieser Welle. Über je ein Wegmeßsystem 1x, 1y werden diese Meßwerte in proportionale elektrische Signale umwandelt. Diese elektrischen Signale stellen den IST-Wert für den Regler dar. Dieser IST-Wert wird in an sich bekannter Weise mit einem eingestellten oder programmierten Sollwert durch einen Regler verglichen und zu einem Stellwert verarbeitet. Ein entsprechender Verstärker 3x, 3y verstärkt das Stell signal und führt es den Spulen der Magnete 6 zu.

Zum Zwecke des Erfassens der Lage und Größe der Unwucht durch die Bedienperson wird vorzugsweise der Strom zwi schen Verstärker 3x, 3y und den Spulen der Magnete 6 gemes sen und einer Auswerteschaltung 8x und 8y zugeführt. Verwendbar ist für diesen Zweck auch ein Signal der Wegmeß systeme 1x, 1y. Das von der Auswerteschaltung 8x und 8y erzeugte Signal wird den horizontalen und vertikalen Ablenkplatten eines Oszillografen 9 achsbezogen zugeführt. Zur Darstellung der drehwinkelbezogenen Lage der Unwucht ist an der Achse des Rotors 4 ein Drehwinkelgeber 42 an geordnet, dessen Impulse über den Kontakt Z die Helligkeit des Strahles am Oszillografen 9 modulieren.

Zwischen dem Drehwinkelgeber 42 und dem Z-Eingang des Oszillators ist ein Drehwinkelsteller 12 vorgesehen, der es ermöglicht, den konstant von dem Drehwinkelgeber 42 am Rotor 4 erzeugten Impuls um einen beliebig einstellbaren Wert zu verlagern und einem bestimmten Winkelbereich des Rotors 4 zuzuordnen. Auf diese Weise kann durch handbetätigtes Verstellen dieses Drehwinkelstellers 12 die genaue Lage der größten Unwucht unter tatsächlichen Betriebsbedingungen optisch am Oszillo grafen 9 ermittelt werden.

Die Bedienperson kann anhand dieser optischen Anzeige die Unwucht mit Hilfe an sich bekannter Maßnahmen ursächlich beseitigen. Die darstellbare Restunwucht kann in einem Sollwertsteuer programm festgehalten werden und dem Regler als Sollwert zugeleitet werden. Der Regler 2x, 2y ist dann in der Lage, diese Restunwucht innehalb jeder Umdrehung auszugleichen, so daß der Rotor 4 ohne Übertragung von Schwingungen an sein Lager mit hoher Drehzahl rotieren kann.

Anstelle des Oszillografen kann - für die Darstellung der Lage und Größe der Unwucht - das aus dem Regelkreis entnom mene Signal auch von einem Rechner verarbeitet werden und digital und/oder grafisch auf einem Monitor dargestellt werden. Mit einem in an sich bekannter Weise zu erarbeitendem Pro gramm lassen sich sehr genaue Werte zur Lage und Größe der Unwucht ermitteln und anzeigen, so daß die verbleibende Restunwucht am Rotor 4 auf ein Minimum reduziert werden kann. Die verbleibende Restunwucht kann auch über die Auswer tung mit einem Rechner in ein Sollwertsteuerprogramm einge speichert und dem Regler 2x, 2y vorgegeben werden.

Damit nicht an jeder Lagerstelle eines Rotors die Mittel zur Darstellung der Lage und Größe der Unwucht vorgesehen werden müssen, kann man die Elemente des Drehwinkelstellers 12 und für die Anzeige (Oszillator 9 oder Rechner und Monitor) in einer mobilen, separaten Form zusammenfassen. Es sind dann an jedem Rotor an einer festzulegenden Schnitt stelle, Steckkontakte vorzusehen, an denen die entsprechen den Werte von dem Regelkreis der Magnetlagerung entnommen werden können.

Mit dieser mobilen Anzeigevorrichtung können dann in regel mäßigen Abständen, die durch Erfahrungswerte bestimmt werden, Kontrollen und evtl. Korrekturen an den Rotoren 4 durchgeführt werden, um die langzeitig entstandenen Unwuch ten ursächlich wieder zu beseitigen.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1x, 1y Wegmeßsystem
2x, 2y Regler
3x, 3y Verstärker
4 Rotor
41 - Bereich für Sensoren
42 - Drehwinkelgeber
5 Lagesensoren
6 Magnetlager
8 Stromerfassung
9 Oszillograf
11 Auswerteschaltung
12 Drehwinkelsteller
Y Achse, horizontal
X Achse, vertikal
Z Kontakt, Strahl

Claims

1. Verfahren zum Auswuchten eines Rotors, der im Betriebszustand kreuzweise mittels in Abhängigkeit von der aktuellen Lage der geometrischen Achse des Rotors ansteuerbarer Magnete gelagert ist. dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und Lage der Unwucht

- mit Hilfe von Meßwerten aus dem Regelkreis für die ansteuerbaren Magnete, in sich einander kreuzenden Ebenen erfaßt und
- mittels um bis zu 360° verstellbaren Drehwinkelimpuls selektiert und
- mittels Anzeige dargestellt wird, daß nach manueller Korrektur der Unwucht
- die Restunwucht erfaßt
- und durch Stellwerte für den Strom der Magnete drehwinkelbezogen ausgeglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Unwucht mittels Strommessung an den ansteuerbaren Magneten in sich einander kreuzenden Ebenen erfaßt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Unwucht mittels Wegmessung an dem quer zu seiner Achse auslenkbaren Lagerzapfen des Rotors in sich einander kreuzenden Ebenen erfaßt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte für die Größe und Lage der Unwucht mittels Oszillograf dargestellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerte für die Größe und Lage der Unwucht mittels Mikrocomputer verarbeitet und als Zeichenfolge auf einem Monitor dargestellt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Restunwucht in einem Steuerpro gramm für Sollwerte des Stromes der Magnete gespei chert und während des Betriebes des Rotors den ansteu erbaren Magneten in Abhängigkeit vom jeweiligen Dreh winkel zugeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und Lage der Restunwucht mittels Rechenprogramm des Mikrocomputers in ein Steu erprogramm für die Sollwerte des Reglers für den Strom der Magnete umgewandelt wird.

8. Anordnung zum Auswuchten eines Rotors nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Darstellung der Größe und Lage der Unwucht ein Oszillograf (9) vorgesehen ist,

- dessen Ablenksystem auf der X-Achse mit dem Leiter einer Spule des Magneten (6) der X-Achse des Rotorla gers verbunden ist,
- dessen Ablenksystem auf der Y-Achse mit dem Leiter einer Spule des Magneten (6) der Y-Achse des Rotorla gers verbunden ist und
- dessen Z-Eingang mit einem Drehwinkelsensor für den Rotor (4) verbunden ist,
- der mit einem Drehwinkelgeber (42) auf einer radia len Linie des Rotors (4) zusammenwirkt und
- dem ein Drehwinkelsteller (12) für die Verlagerung des Helligkeitsimpulses am Z-Eingang des Oszillators (9) um bis zu 360° zugeordnet ist.