DE4327539A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Trägheitsmoments eines Rotors, bezogen auf seine Rotationsachse - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Trägheitsmoments eines Rotors, bezogen auf seine RotationsachseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbe
griff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung
nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 2.
In den Bereichen der Technik, in denen Antriebskräfte
mittels sich drehender Maschinenelemente übertragen
werden, ist die Kenntnis der Trägheitsmomente der
eingesetzten Rotore in Bezug auf ihre Drehachsen von
Bedeutung. Ferner, wenn Rotore, beispielsweise als
Schwungmassen für den Antrieb oder als Last in Meß
vorrichtungen zum Einsatz kommen, wie beispielsweise
bei Abgasprüfständen, ist ebenfalls die Kenntnis des
Trägheitsmoments der jeweiligen als Schwungmassen
wirkenden Rotore, die in beliebigen Kombinationen
miteinander gekoppelt werden können, erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Bestimmung der Trägheitsmasse eines
Rotors, bezogen auf seine Drehachse, zu schaffen.
Diese Aufgabe wird beim Verfahren der eingangs ge
nannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden
Merkmale des Patentanspruches 1 und bei der Vorrich
tung der eingangs genannten Art durch die kennzeich
nenden Merkmale des Patentanspruches 2 gelöst.
Bei der Erfindung wird der Rotor in mehreren Meßläu
fen in Drehschwingungen um seine Drehachse versetzt.
Als Antrieb kommt hierbei ein Elektromotor zum Ein
satz, der in Momentregelung betrieben werden kann.
Auf diese Weise läßt sich ein Rückstelldrehmoment
erzeugen, das der Auslenkung bzw. dem Drehwinkel zu
jeder Zeit proportional, jedoch entgegengerichtet
ist. Hierbei entspricht eine Winkelrichtgröße, die
sich aus dem auslenkenden Drehmoment und dem Auslenk
winkel bestimmen läßt, einer Federkonstanten bei ei
ner linearen Federschwingung. Die Winkelrichtgröße
(Winkelrichtmoment) D = M/α, wobei M das Drehmoment
ist, das die Auslenkung (Drehwinkel α) verursacht.
Während jedes Meßlaufs kommt eine unterschiedliche
Winkelrichtgröße zur Anwendung. Dies kann dadurch
geschehen, daß durch das Drehmoment die Winkelricht
größe, welche die Auslenkung verursacht, geändert
wird. In jedem Meßlauf mit entsprechend eingestellter
Richtgröße wird die Frequenz der Drehschwingung ge
messen.
Durch die Differenzbildung von mindestens zwei zur
Anwendung gekommenen Winkelrichtgrößen und durch Dif
ferenzbildung der zugeordneten Frequenzen der Dreh
schwingungen in diesen beiden Meßläufen werden Lager
kräfte (Reibungsverluste), welche während der Messun
gen zur Auswirkung kommen, kompensiert und gehen in
das ausgewertete Ergebnis bei der Bestimmung des
Trägheitsmomentes nicht ein. Es können mehr als zwei
Meßläufe durchgeführt werden und aus diesen mehrere
Kombinationen von bei jeweils zwei Meßläufen gewonne
nen Meßwerten zur Differenzbildung verwendet werden.
Zur Ermittlung des Ist-Drehmoments ist mit dem Dreh
antrieb eine Drehmomentmeßeinrichtung gekoppelt. Die
se kann aus einem zwischen dem Drehantrieb und den
Rotor geschalteten Verformungskörper (Drehstab), der
mit Meßwandlern, beispielsweise Dehnungsmeßstreifen,
belegt ist, bestehen. Die Drehmomentmeßeinrichtung
kann jedoch auch gebildet sein durch einen mit dem
Gehäuse des Antriebsmotors starr verbundener Meßbal
ken, der sich über einen Kraftmeßgeber abstützt.
In bevorzugter Weise kann für die Durchführung der
Meßläufe der Rotor auf die Meßspindel einer Auswucht
maschine aufgespannt werden. Der Elektromotor bzw.
der Antriebsmotor der Auswuchtmaschine, dient dann
auch als Drehantrieb zur Erzeugung der Drehschwin
gung. Hierzu ist der Antriebsmotor der Auswuchtma
schine so ausgestaltet, daß er zusätzlich in Momen
tregelung betrieben werden kann. Hieraus ergibt sich
der Vorteil, daß der Rotor nur einmal auf die Meß
spindel zentriert aufgespannt werden muß, um sowohl
die Unwuchtmessung als auch die Messung des Träg
heitsmoments, bezogen auf die Drehachse, durchzufüh
ren.
Anhand der Figuren wird an einem Ausführungsbeispiel
die Erfindung noch näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur
Bestimmung des Trägheitsmoments eines Ro
tors, bezogen auf seine Rotationsachse, als
Ausführungsbeispiel; und
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für eine Drehmo
mentmeßeinrichtung zur Bestimmung des Ist-
Drehmoments.
Die in der Fig. 1 schematisch dargestellte Vorrich
tung besitzt einen Drehantrieb 2 für die Erzeugung
einer Drehschwingung. Diese Drehschwingung wird über
eine Meßspindel 14, auf welcher ein Rotor 1 (Prüf
ling) zentrisch aufgespannt ist, übertragen. Der
Drehantrieb 2 ist so ausgebildet, daß er in Momentre
gelung betrieben werden kann. Beispielsweise ist der
Drehantrieb 2 als Gleichstrommaschine ausgebildet.
Mit dem Drehantrieb 2 sind ein Drehwinkelgeber 9 für
den Drehwinkel α (Auslenkung der Drehschwingung) so
wie ein Drehmomentgeber 3 für das erzeugte Ist-Dreh
moment Mdist vorgesehen. Ein Ausführungsbeispiel des
Drehmomentgebers 3 ist in Fig. 2 dargestellt und
wird im einzelnen noch erläutert.
Die Ausgangssignale des Drehwinkelgebers 9 und des
Drehmomentgebers 3 werden einem Rechner 5 zugeleitet.
Für die Durchführung der verschiedenen Meßläufe wer
den unterschiedliche Soll-Drehmomente Mdsoll, welche
die Auslenkung (Drehwinkel α) der Drehschwingung er
zeugen, verwendet. Beim dargestellten Ausführungsbei
spiel wird für die mehreren durchzuführenden Meßläufe
der Drehwinkel α gleich groß gehalten. Die Dreh
schwingung wird durch ein Rückstelldrehmoment be
wirkt, das der Auslenkung (Drehwinkel α) zu jeder
Zeit proportional, aber entgegengerichtet ist. Der
Federkonstanten, welche bei der linearen Federschwin
gung die Richtgröße ist, entspricht bei der Dreh
schwingung die Winkelrichtgröße D, die sich aus dem
auslenkenden Drehmoment und der Auslenkung (Drehwin
kel α) bestimmen läßt.
Dementsprechend wird bei verschiedenen Meßläufen der
Drehantrieb 2 mit entsprechenden Rückstelldrehmomen
ten Mdsoll beaufschlagt, welche der Auslenkung (Dreh
winkel α) zu jeder Zeit proportional, aber entgegen
gerichtet ist.
Aus den Istsignalen des Drehwinkelgebers 9 und des
Drehmomentgebers 3 wird die Frequenz der Drehschwin
gung in einer, beispielsweise an den Rechner 5 ange
schlossenen Frequenzbestimmungseinrichtung 6 be
stimmt. Die Frequenzbestimmungseinrichtung 6 ermit
telt die zu den jeweiligen unterschiedlichen Rück
stelldrehmomenten bzw. Winkelrichtgrößen in den ver
schiedenen Meßläufen auftretenden Frequenzen. Die in
den verschiedenen Meßläufen sich ergebenden Winkel
richtgrößen Di, Dj, . . . und zugehörigen Frequenzen fi,
fj . . . werden einer Auswerteeinrichtung 8 zugeleitet.
In der Auswerteeinrichtung 8 wird die Differenz aus
zwei Winkelrichtgrößen (Di - Dj), welche bei zwei
Meßläufen zur Anwendung gekommen sind, gebildet. Fer
ner wird die Differenz aus den Quadraten der zugehö
rigen Frequenzen (fi² - fj²) der bei den beiden Meß
läufen ermittelten Frequenzen gebildet. Zur Bestim
mung des Trägheitsmoments J des die Drehschwingung
ausführenden Rotors 1, bezogen auf seine durch die
Meßspindel 14 bestimmte Drehachse, führt die Aus
werteeinrichtung 8 eine Bestimmung nach folgender
Formel durch:
Zur Bestimmung des Ist-Drehmoments Mdisd kann die
Drehmomentmeßeinrichtung 3 so ausgebildet sein, wie
es in Fig. 2 dargestellt ist. Diese Ausführungsform
eines Drehmomentgebers besitzt einen Drehmomenthebel
11, der starr mit einem Gehäuse 10 des Drehantriebs 2
verbunden ist. Der Drehantrieb 2 ist in bevorzugter
Weise als Gleichstrommaschine ausgebildet. Diese wird
für die Durchführung der Meßläufe mit unterschiedli
chen Drehmomentvorgaben zur Erzeugung der unter
schiedlichen Winkelrichtgrößen (Analogon zu Federkon
stanten) in Momentregelung betrieben. Die Momentrege
lung wird in der Weise zum Einsatz gebracht, daß wie
bei der linearen Federschwingung eine Feder nachge
bildet wird.
Der Drehmomenthebel 11 ist beidseitig über Anschläge
15, 16 gestützt. Die sich auswirkenden Drehmomente
werden über den Drehmomenthebel 11 auf einen mit Deh
nungsmeßstreifen versehenen Biegestab 12 übertragen,
und die zu Brücken verschalteten Dehnungsmeßstreifen
geben entsprechende Kraftwandlersignale ab. Diese
werden einem Meßverstärker 13 zugeleitet, dessen Ver
stärkungsgrad entsprechend den geometrischen Abmes
sungen der Meßanordnung eingestellt ist. Der Meßver
stärker 13 liefert für den Rechner 5 das ermittelte
Ist-Drehmoment.
Die Drehmomentabtastung kann auch zwischen den Dreh
antrieb 2 und die Meßspindel 14 geschaltet sein. Bei
spielsweise kann anstelle der in der Fig. 2 darge
stellten Meßanordnung ein mit Dehnungsmeßstreifen
versehener Torsionsstab zur Bestimmung des Ist-Dreh
moments zum Einsatz kommen.
Claims (6)
1. Verfahren zur Bestimmung des Trägheitsmoments
eines Rotors auf seine Rotationsachse, bei dem
der Rotor für eine Drehschwingung um seine Ro
tationsachse angetrieben und ein Rückstelldreh
moment erzeugt wird und bei dem aus der Frequenz
der Drehschwingung und einer aus dem Rückstell
drehmoment und dem Drehwinkel (Auslenkung) sich
ergebenden Winkelrichtgröße das Trägheitsmoment
des Rotors bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Rotor mit einer Meßspindel, die zur Bil
dung seiner Rotationsachse in Lagern drehbar
gelagert wird, zentriert drehfest verbunden
wird, daß wenigstens zwei Meßläufe mit unter
schiedlicher Winkelrichtgröße durchgeführt wer
den und im jeweiligen Meßlauf die sich daraus
ergebende Frequenz der Drehschwingung ermittelt
wird und daß aus der Differenz zweier Winkel
richtgrößen und der Differenz der zugehörigen
Frequenzen das Trägheitsmoment des Rotors um die
Rotationsachse bestimmt wird.
2. Vorrichtung zur Bestimmung des Trägheitsmoments
eines Rotors, bezogen auf seine Rotationsachse
mit einem Antrieb für eine Drehschwingung des
Rotors um seine Rotationsachse, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Drehantrieb (2) mit einer
Drehmomentmeßeinrichtung (3) gekoppelt ist, daß
die Drehmomentmeßeinrichtung (3) Bestandteil
eines Drehmomentregelkreises (3-5) ist, daß an
den Drehmomentregelkreis (3-5) eine Frequenz
meßeinrichtung (6) zur Messung der Frequenz der
Drehschwingung angeschlossen ist, daß an den
Drehmomentregelkreis (3-5) ferner eine Winkel
richtgröße-Bestimmungseinrichtung (7) ange
schlossen ist, welche aus dem Drehmomentsollwert
und dem Auslenkwinkel der Drehschwingung die
entsprechende Winkelrichtgröße bestimmt und daß
die Winkelrichtgröße-Bestimmungseinrichtung (7)
und die Frequenzmeßeinrichtung (6) an eine Aus
werteeinrichtung (8) angeschlossen sind, welche
aus der Differenz zweier unterschiedlicher, bei
den Meßläufen bestimmten Winkelrichtgrößen und
der Differenz zweier zugehöriger Frequenzen der
Drehschwingungen das Trägheitsmoment des Rotors,
bezogen auf die Rotationsachse, bestimmt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Drehmomentmeßeinrichtung (3)
in bekannter Weise eine mit dem Motorgehäuse
(10) starr verbundenen Meßbalken (11) aufweist,
der mit einem Kraftmeßgeber (12) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Drehantrieb (2) ein Elek
tromotor ist, der in Momentregelung betreibbar
ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (2)
eine Gleichstrommaschine ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß der Drehantrieb (2)
ein Antriebsmotor für eine Auswuchtmaschine ist
und daß der Motor auf die Meßspindel der Aus
wuchtmaschine aufgespannt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934327539 DE4327539A1 (de) | 1993-08-16 | 1993-08-16 | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Trägheitsmoments eines Rotors, bezogen auf seine Rotationsachse |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934327539 DE4327539A1 (de) | 1993-08-16 | 1993-08-16 | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Trägheitsmoments eines Rotors, bezogen auf seine Rotationsachse |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4327539A1 true DE4327539A1 (de) | 1995-02-23 |
Family
ID=6495326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19934327539 Withdrawn DE4327539A1 (de) | 1993-08-16 | 1993-08-16 | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des Trägheitsmoments eines Rotors, bezogen auf seine Rotationsachse |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4327539A1 (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1411405A2 (de) * | 2002-09-30 | 2004-04-21 | Alps Electric Co., Ltd. | Vorrichtung zur Kraftübertragung |
EP2537789A2 (de) | 2011-06-21 | 2012-12-26 | ThyssenKrupp Aufzugswerke GmbH | Verfahren zum Ermitteln des Trägheitsmoment-Faktors einer Motoranordnung einer Aufzugsanlage |
WO2014026803A1 (de) * | 2012-08-15 | 2014-02-20 | Rheinmetall Defence Electronics Gmbh | Regelungsstruktur und verfahren zur ermittlung der verschiebung des massenschwerpunkts eines geregelten elektrooptischen sensorsystems |
-
1993
- 1993-08-16 DE DE19934327539 patent/DE4327539A1/de not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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