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Verfahren zum Auswuchten umlaufender Körper. Damit ein rotierender
Körper, etwa das Laufrad einer Dampfturbine, der Rotor einer elektrischen Maschine,
irgendein Schwungrad tisw., ohne Erzitterungen sich bewegt, ist es nötig, seine
Massen so anzuordnen, daß die Drehachse genau zu einer Hauptträgheitsachse wird.
Gegenstand des Patents 44o d.oc? sind neue Verfahrensarten, die Massen eines Körpers
so anzuordnen, (laß er svsteinatisch ausgewuchtet wird. Dieses Auswuchten kann nun
erhebliche Vereinfachungen erfahren durch folgende Betrachtungen: Bedeutet in der
beiliegenden Abbildung zit die Masse des Rotors und T sein Trägheitsmornent bezüglich
einer durch den Schwerpunkt S gehenden Achse senkrecht zur Rotationsachse, ferner
cl und c. die spezifischen Rückstellkräfte der etwa nur in horizontaler Richtung
federnden Lager i und a mit den Abständen h und 1, ihrer Lagermitten vorn
Schwerpunkt des Rotors, so ist für eine beliebige Drehgeschwindigkeit u das Vektorverhältnis
der Unbalanzkräfte Kt und K; in der. Ebenen El und E,, welche die Abstände 2., bzw.
A., vorn Schwerpunkt haben:
vorausgesetzt, daß die Lagermitte i horizontal nicht schwingt.
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Tariert man also den rotierenden Körper so aus, daß die Lagermitte
i zur Ruhe kommt, so haben die im Körper verbleibenden Unbalanzkräfte das nach Gleichung
A zu berechnende Verhältnis
wobei im Falle geringer Reibung diese Kräfte K, und K= nahezu in eine Ebene, die
durch die Drehachse geht, fallen. Durch das Patent 4,40 4o() ist nun gezeigt, wie
man das Kräfteverhältnis
bei beliebigen Lagerrückstellkräften cl und c., durch Austarieren experimentell
finden kann, worauf dann mittels dieses Kräfteverhältnisses durch Stillsetzen eines
beliebigen anderen Achspunktes der Körper völlig ausgewuchtet wird. Die obengenannten
Vereinfachungen bestehen nun zunächst darin, daß man der Lagerrückstellkraft c.,
des Lagers 2 einen sehr geringen Wert oder aber einen sehr hohen Wert erteilt.
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Ist also das eine Mal c. Null, wenn z. B. (las Lager 2 auf Kugeln
gebettet ist, so wird nach Gleichung A beim Stillsetzen der Lagermitte i und die
Unbalanzkraft lil
selbst wird Null, d. h. es bleibt nur
eine einzige Kraft, also eine
Resultierende K2' übrig, wenn ihre Ebene einen Abstand A,2 vom Schwerpunkt besitzt,
der aus dem Nullsetzen des Nenners folgt zu: Addiert man hierzu die Länge h,
so erkennt man, daß
das heißt gleich der reduzierten Pendellänge des um die Lagermitte i horizontal
schwingenden Körpers ist. Demnach geht also die noch im Rotor vorhandene Unbalanzkraft
Kz durch den Stoß-oder Schwingungsmittelpunkt M dieses Rotors. Da die reduzierte
Pendellänge I. durch einen Pendelversuch leicht zu finden ist und z. B. für alle
in Massen hergestellte, gleichgebaute Körper stets denselben Wert hat, so kennt
man damit die Ebene der nach dem Stillsetzen von Lagermitte i noch verbleibenden
Unbalanzkraft aller dieser Körper. Kennt man aber die Ebene dieser Unbalanzkraft,
so kann sie von den gegebenen Tarierebenen E, und E2 aus vernichtet werden, indem
man das bestimmte Verhältnis der Tariergewichte t, bzw. t2 einhält: und mit deren
Hilfe die horizontal
freibewegliche Lagermitte 2 beruhigt. Der Auswuchtvorgang vollzieht sich also folgendermaßen:
Nachdem der Rotor in zwei etwa horizontal schwingenden Lagern gelagert ist, von
denen das Lager eine beliebige Rückstellkraft besitzt, während das Lager 2 auf seinem
Lagerbock durch Zwischenlegen von Kugeln, Rollen o. dgl. leicht beweglich ist, wird
zunächst das Lager i von einer beliebigen Ebene aus bei einer beliebigen Drehzahl
stillgesetzt. Hierdurch ist erreicht, daß die noch im Rotor sich befindliche Unbalanzkraft
durch den Stoßmittelpunkt hindurchgeht, der vorher durch Auspendeln um die Lagermitte
i gefunden ist. Nun setzt man nach der einfachen Regel der Statik in die beiden
Tarierebenen solche Massen ein, daß die Resultierende der von ihnen erzeugten Zentrifugalkräfte
durch den Stoßmittelpunkt hindurchgeht und verändert diese Kraft so lange, bis die
Unbalanzkraft vernichtet ist.
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Erteilt man das andere Mal der Lagerrückstellkraft c2 des Lagers 2
einen hohen Wert gegenüber co2zsa, etwa indem man das Lager 2 auf eine verhältnismäßig
starre Unterlage aufschraubt und den Rotor bei niedriger Drehzahl und damit kleinem
co sich drehen läßt, so kann die Gleichunu A angenähert geschrieben werden
Multipliziert man aus, nämlich K, (L2 + A,1) + K2 (l2 o, so erkennt man, daß die
Resultierende der bei Stillsetzung von Lagermitte i noch verbleibenden Unbalanzkräfte
durch die Lagermitte 2 hindurchgeht und nicht von der Drehzahl beeinflußt wird,
sofern diese Drehzahl innerhalb der zulässigen Grenze bleibt.
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Ohne jetzt irgendeine Veränderung an der Auswuchtvorrichtung vornehmen
zu müssen, z. B. eine Verschiebung des Lagers 2 oder eine Änderung in dessen Rückstellkraft,
wie es nach den bisher bekannten Verfahren erforderlich ist, kann die bei Stillsetzung
von Lagermitte i noch verbleibende Unbalanzkraft aufgehoben werden. Man hat nur
nötig, durch Einsetzen von Tariergewichten in die Ebenen El und E, zwei einander
entgegengerichtete Zentrifugalkräfte proportional den Strecken a und
b der Abbildung hervorzurufen, und zwar bei irgendeiner Drehzahl und damit
nach dem Prinzip des Austarierens die störende Kraft im Lager 2 auszugleichen.
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Obgleich für das Stillsetzen von Lager i das Lager 2 als starr anzusehen
war, so kann das letztere jetzt, nachdem die Unbalanzkraft durch dieses hindurchgeleitet
ist, doch auch als elastisch schwingungsfähig betrachtet werden, da es ja praktisch
keinen absolut starren Körper gibt. Folglich können die wenn auch noch so kleinen
Vibrationen des Lagers 2 nun in bekannter Weise zum Austarieren der besagten Unbalanzkraft
herangezogen werden dadurch, daß man einen hochempfindlichen Schwingungsmesser verwendet,
der mit einer entsprechend hohen Übersetzung die Ausschläge dieses Lagers anzeigt.
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Es ist zweckmäßig, die Mitte der Lager, z. B. von Lager i, zu wählen,
aber es ist nicht unbedingt nötig, da jeder andere Punkt auf der Achse an Stelle
von Lagermitte i denselben Dienst leistet. Ebenso kann anstatt der horizontalen
Bewegung eine andere Schwingungskomponente zugrunde gelegt werden.