DE730816C

DE730816C - Device for determining the angular position of balancing weights to be attached to rotating bodies to be balanced

Info

Publication number: DE730816C
Application number: DEL99312D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Fritz Moldenhauer
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1939-10-26
Filing date: 1939-10-26
Publication date: 1943-01-18

Description

Vorrichtung zur Bestimmung der Winkellage von an auszuwuchtenden Umlaufkölpern anzubringenden Ausgleichsmassen Einerseits ist es bekannt, die Schwingungsvorgänge eines nicht ausgeglichenen Umlaufkörpers zur Ermittlung seiner Unwucht in einem Elektronenstrahloszillographen zu beobachten, der sich durch höchste Empfindlichkeit auszeichnet. Bei ihm werden die durch die mechanischen Schwingungen des Umlaufkörpers in zwei zueinander senkrecht angeordneten, z. B. mit Piezoquarzkristallen arbeitenden Schwingungsgebern erzeugten elektrischen Spannungsschwankungen auf zwei Steuerelektrodenpaare des Elektrodenstrahloszillographen über Verstärker übertragen.Device for determining the angular position of rotating bodies to be balanced to be applied balancing masses On the one hand it is known, the oscillation processes an unbalanced recirculating body to determine its imbalance in one To observe electron beam oscilloscope, which is characterized by the highest sensitivity excels. With him, the mechanical vibrations of the circulating body in two mutually perpendicular, z. B. working with piezo quartz crystals Vibration sensors generated electrical voltage fluctuations on two pairs of control electrodes of the electrode beam oscilloscope transmitted via amplifier.

Dadurch erfolgt eine periodische Ablenkung der Elektronenstrahlung, und es entsteht ein in sich geschlossenes, beispielsweise kreisförmiges Schwingungsbild auf einem Schirm.This results in a periodic deflection of the electron radiation, and a self-contained, for example circular oscillation pattern is created on one screen.

Aus diesem Bild kann man zwar auf die Größe der Unwucht und damit auf die Bemessung der Ausgleichsmassen, nicht aber auf deren Winkellage schließen. Andererseits wurde bekanntermaßen die Winkellage der Unwucht mit Hilfe einer aus einer Kathodenstrahlröhre und einer Kontaktvorrichtung bestehenden Einrichtung durch einen kurzzeitig an einer bestimmten Stelle einer Kreisbahn hervorgerufenen Lichtfleck festgestellt, ohne daß damit die Größe des Wuchtfehlers zu ermitteln war. Hierfür war vielmehr noch ein besonderes zusätzliches Zeigerinstrument erforderlich.From this picture you can see the size of the imbalance and thus on the dimensioning of the compensation weights, but not on their angular position. On the other hand, as is known, the angular position of the unbalance was made with the help of a a cathode ray tube and a contact device a light spot caused briefly at a certain point in a circular path detected without the size of the balancing error being able to be determined. Therefor Rather, a special additional pointer instrument was required.

Die Vorrichtung nach der Erfindung soll es ermöglichen, die Winkellage des Wuchtfehlers gleichzeitig unmittelbar in dem in sich geschlossenen, beispielsweise kreisförmigen Schwingungsbild eines Elektronenstrabloszillographen, das zur Bestimmung der Unwuchtgröße dient, zu markieren, so daß die Unwucht des umlaufenden Körpers sowohl nach Größe als auch nach Winkleeage in demselben Schweingungsbild des Elktronenstrahl oszillographen wahrzunehmen ist, ohne dal, für beide dieser benötigten Werte je ein besonderes Anzeigeorgan erforderlich wird. The device according to the invention should make it possible to adjust the angular position the balancing error at the same time directly in the self-contained, for example circular vibration pattern of an electron string oscilloscope, the to determine the unbalance size is used to mark so that the unbalance of the rotating Body in the same vibration pattern both in terms of size and in terms of angle of the electron beam oscilloscope is perceptible without dal, for both of these required values, a special display element is required.

Erfindungsgemäß ist an einer Umfangsstelle des auszuwuchtenden oder eines mit ihm synchron rotierenden Umalufkörpers ein bei jeder Umdrehung einmal kurzzeitig stromunterbrechender oder einen Widerstand einschaltender Kontakt, insbesondere ein auf einem umlaufenden Schleifring mit eingelegtem blindsegment aus lsolierstofi oder isoliertem Metall glcitender Bürswtenkontakt, angeordnet. der mit seinum gegekontakt in dem die elektrischen Schwingungen eines der beiden Schwingungsgeber auf die Elektroden des Elel;tronenstrahloszillogl-apheI1 übertrag, ende Stromwege liegt, Auf diese Weise wird zau dem Zeitpunkt, in dem jener Stromweg unterbrochen wird, im geschlossenen Schwingungsbild des Ozillogrphen, das die Größe der Unwucht anzeigt, die eine Spannungskomponente auf Null zusammenbrechen oder, wenn statt der völligen Strommunterbrechung der Widerstand des Stromweges erhöht wird, stark vermindert, was sich durch einen Einschnitt im Schwingungsbild äußert. Da man den Ort der Unterbrechungsstelle relativ zum Läufer im Zeitpunkt der maximalen Wellen ausschwingung kennt, läßt sich sowohl die Lage als auch die Größe der anzubringenden Ausgleichsmassen am Läuferumfang eindeutig festellen. Vorzugsweise ordnet man der Kontakt in der gleichen Radialebene des Umlaufkörpers an, zu der der Achwingungsgeber ghört, dessen Verbindungsleitungen mit den Elektroden des Oszillographen unterbrochen bzw. im Widerstand erhöht werden soll. weil dann die auswertung des Meßergebnisses am einfachsten vonstatten geht.According to the invention is to be balanced or at a circumferential point a rotating body rotating synchronously with it, once for each revolution Briefly current-interrupting or contact switching on a resistor, in particular one on a rotating slip ring with an inserted blind segment made of insulating material or insulated metal sliding brush contact. who made contact with himself in which the electrical vibrations from one of the two vibration transmitters to the electrodes des Elel; tronenstrahloszillogl-apheI1 transfer, the end of the current path lies, on this The point in time at which that current path is interrupted is closed Oscillation image of the ozillogrph showing the size of the unbalance, which is a stress component collapse to zero or, if instead of a complete interruption of the current, the resistance of the current path is increased, greatly reduced, which is reflected by an incision in the Vibration pattern expresses. Because you see the location of the interruption point relative to the runner knows at the time of maximum wave oscillation, can be both the location as well as the size of the balancing masses to be applied to the rotor circumference determine. The contact is preferably arranged in the same radial plane of the circulating body to which the vibration generator belongs, its connecting lines with the electrodes of the oscilloscope should be interrupted or the resistance should be increased. because then the evaluation of the measurement result is easiest.

An Hand der Zeichnung soll die Vorrichtung nach der Erfindung und ihre Wirkungsweise an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Werden gemäß Fig. 1 die senkrecht zur Drehachse des Auszuwuchtenden Umalukförpers K in seiner horizontalen Schwingungsebene sich äußernden mechanischen Schwingiungen des Lagerbockes mit Hilfe eines eines Piezoquzarzschwingungsgeberrs S1 ampltundengetren umgesetzt, dan erhölt man bei Übertragung der durch die Kristalle er zeugten Ladespannungen über den Verstärker V1 auf das Steuerelektrodenpaar a1, a3 des Elektronenstrahlozillographen E ein geradliniges Schwingungsbild von der Frequenz der Drchbewegung, dessen Amplitude dem Ausschlag des Umlaufkörepers in seiner hori zontaien Schwingungsebene entspricht. Mit Hille einer Kunstschaltung oder durch einen zweiten. in der vertikalen Schwingngsebene angeordneten Schwingungsgeber S2 kan n man mun eine zw3eite Spannung erzungen, die gegenüber der ersten um genau 90 phasen verschoben ist. Die beiden Spannungen Von S1 und S2 werden auf gleiche Amplitude eingeregelt, und die Spannung von S2 wird aber den Verstärker V2 an des zweite Steuerelcktrodenpaar b1, b2 des Elektronenstrahloszillegraphen E gelegt. Da die beiden Platten paare a1, a2 und b1, b2 in ihrer Richtung senk recht zueinander stehen, ergibt die Addition der Vektoren als Schwingungsbild einen Kreis, dessen Radius r dann wie bekannt ist. ein Maß für die Größe der unwucht ist. With reference to the drawing, the device according to the invention and their mode of operation will be explained in more detail using exemplary embodiments. Be according to Fig. 1 is perpendicular to the axis of rotation of the Umaluk body K to be balanced in its mechanical vibrations of the bearing block are expressed in the horizontal vibration plane implemented with the help of a piezo-quartz vibration generator S1 amplitude-hourly, then one increases in the transfer of the charging voltages generated by the crystals via the amplifier V1 to the pair of control electrodes a1, a3 of the electron beam oscilloscope E a rectilinear oscillation image of the frequency of the thrusting movement, its amplitude corresponds to the deflection of the circulating body in its hori zontaien vibration level. With the help of an art circuit or a second. in the vertical plane of oscillation arranged vibration transmitter S2 can be used to generate a second voltage, the is shifted by exactly 90 phases compared to the first. The two tensions of S1 and S2 are adjusted to the same amplitude, and the voltage of S2 becomes but the amplifier V2 to the second pair of control electrodes b1, b2 of the electron beam oscillator E laid. Since the two plates pair a1, a2 and b1, b2 perpendicular in their direction are to each other, the addition of the vectors results in a circle as a vibration image, whose radius r is then as known. is a measure of the size of the imbalance.

Wenn, wie in Fig. 1 dargestellt ist, da@ senkrechte Plattenpaar a1, a2 des Oszillographen an den in der horizontalen schwingungscheneangeordneten schiwngungsgeber S1 gelegt ist und eine Auslenkung des Lager bockes nach der Seite dieses Schwingungsgebers hin im Oszillographen einen politivien Ausschlag nach oben bewirkt, so bedeuter der Punkt A1 des Zkreises stets den zeitilichen Augenblick, in dem die maximale Wellenauslenkung des Umlaufkörpers gerade die Ebene des Schwingungsgebers passiert. denn dann hat der Schwingungsgeber sinen größten positiven Ausschalg. If, as shown in Fig. 1, there @ vertical plate pair a1, a2 of the oscilloscope to the vibration transducer arranged in the horizontal oscillation loop S1 is placed and a deflection of the bearing block to the side of this vibrator causes a political upward swing in the oscilloscope, so significant the point A1 of the Z-circle always the temporal moment in which the maximum Shaft deflection of the recirculating body just passed the level of the vibrator. because then the vibrator has its greatest positive output.

Diesen Ausschlag nun zeitlich in eine eindeutige relative Beziehung zu einem bestimmten Punkt des Läuferumfanges zu bringen und damit auf die lage des Wuchtfehlers schile-15en zu können, dient erfindungsgemäl: eine Kontaktanordnung, - die nach Fig. t als eine aut einem mit dem auszwuchtende Umautkprper rotierenden, auf seiner Welle isolierten Schleifring m gleitende Bürste g ausgebildet ist und den Stromweg, der die elektrische ii Schwingungen des einen Schv;ingungsgebersS auf die Plattenelktroden a1, und a2 überträgt, bei jeder Umdrehung einmal kurzzeitig unterbricht, und zwar bei dem gewählten Beispielnach Fig. 1 axial neben dem Schwingungs geber S1. Zu diesem Zweck enthält der Schleifrung m aun einer Stell seines Umfanges ein Blindsegment d aus isolierstoff oder ausw iso liertem Metall. das in bezug auf die tangentiale Bürstenbreite so bemessen ist. daß hier beim Ubergang der Bürste g eine Stromunterbreehung stattfindet, Der Schliefring m ist durch den leitenden steg h mit einem zweiten Schleifring n verbunden, auf dem an beliiebiger Stelle seines Umfanges des Bürste f schleift. Die beiden schleifringe n und m sind über ihre Bürsten f und g in den Stromweg beschaltet, der den Schwingungsgeber S1 mit dem Plattenpaar a1, a2, des oszillographen verbindt.This rash is now in a clear relative relationship over time to bring to a certain point of the runner's circumference and thus to the position of the According to the invention, the following is used to be able to compensate for the balancing error: a contact arrangement, - the according to Fig. t as a rotating with the balancing body rotating, on its shaft insulated slip ring m sliding brush g is formed and the current path that controls the electrical oscillations of one of the oscillators transfers to the plate electrodes a1 and a2, once for a short time with each revolution interrupts, namely in the chosen example according to Fig. 1 axially next to the oscillation encoder S1. For this purpose, the grinding contains one point of its circumference a blind segment d made of insulating material or selected metal. that in relation to the tangential brush width is dimensioned in this way. that here at the transition of the brush g a current interruption takes place, the closing ring m is through the conductive web h is connected to a second slip ring n, on which at any point its size brush f grinds. The two slip rings n and m are over their brushes f and g wired into the current path, which the vibrator S1 with the pair of plates a1, a2, of the oscilloscope connects.

Zu dem zeitpimkt, In dern die Kontakt einrichtung den Stromweg unterbricht, also die Bürste g das-Blindsegment eS des Schleitringesm !fl passiert, bricht im Schwingungsbild die senkredite Spannungskomponente des kreises auf Null zusammen. Es zeigt sich damit das Bild nach Fig. 2. Da der Punkt4, wie bereits gesagt wurde, den Zeitpunkt bedeutet, an dem die maximale Wellenauslenkung des Umlaufkörpers den Schwingungsgeber S1 am stärksten beeinflußt. und e die Spannung zu der Zeit bedeutet, in welcher die Unterbrechung einzusetzen beginnt, da ferner der Kreis einmal bei jeder Umdrehung der Welle durchlaufen wird, so entspricht der -Winkel A1 O, e im Schwingungsbild dem Winkel zwischen der maximalen Wellenauslenkung und der Lage der Unterbrechungsstelle. Der Ort der Unterbrechungsstelle relativ zum Umlaufkörper im Zeitpunkt der maximalen Wellenauslenkung ist aber bekannt, also läßt sich auf diese Weise direkt am Umiaufkörper die Lage der maximalen Wellenauslenkung feststellen. At the time point in which the contact device interrupts the current path, So the brush g passes the blind segment eS of the slip ring m! fl, breaks in the Vibration pattern the lower stress component of the circle together to zero. This shows the picture according to Fig. 2. Since point 4, as already said, means the point in time at which the maximum shaft deflection of the recirculating body is the Vibration transmitter S1 has the greatest influence. and e means the tension at the time in which the interruption begins, since furthermore the circle once at is passed through every revolution of the shaft, the angle A1 corresponds to O, e im Vibration pattern is the angle between the maximum shaft deflection and the position the point of interruption. The location of the interruption point relative to the circulating body at the time of the maximum shaft deflection is known, so it can be In this way, determine the position of the maximum shaft deflection directly on the surrounding body.

Soll der Schwingungskreis nicht völlig unterbrochen, sondern nur an der betreffenden Stelle kurzzeitig im Widerstand erhöht werden. so ist die Vorrichtung nach der Fig. 3 verwendbar, bei der zwischen die Schleifringfläche m und ein darin eingefügtes isoliertes Blindsegmentt genügender Breite aus Metall ein Widerstand p geschaltet ist. Should the oscillation circuit not be completely interrupted, but only can be briefly increased in resistance at the point in question. so is the device can be used according to FIG. 3, in which between the slip ring surface m and a therein Inserted insulated blind segment of sufficient width made of metal a resistor p is switched.

Für die Anbringung der Ausgleichsmassen am Umfang ist zu unterscheiden, ob die Aus-' wuchtung innerhalb, unterhalb oder oberhalb der kritischen Drehzahl erfolgt. In der kritischen Drehzahl ist bekanntlich der Ort der anzubringenden Ausgleichsmasse am Unifang um 905 hinter die Stelle der maximalen Wellenauslenkung verschoben. Bei unterkritischem Lauf liegt der schwerpunkt des Läuferkörpers in der Ebene der maximalen Wellenauslenkung selbst, so daß die Schwerpunktexzentrizität durch eine Masse auszugleichen ist, die auf der dem maximalen Wellenauslenkpunkt entgegengesetzten Seite des Umfanges anzubringen wäre. Der besonders bei Läufern von Turbogeneratoren häufigste Fall ist die Auswuchtung im überkritischen Lauf. Hierbei wird die Schwerpunktexzentrizität durch eine Masse am Umfang im maximalen Wellenauslenkpunkt selbst kompensiert. Dementsprechend wandert auch beim Hochfahren des Läufers der Punkt e im Kathodenstrahloszillogramm, und zwar innerhalb des unterkritischen Laufes bis zur kritischen Drehzahl um 90 und darüber hinaus im Bereich des überkritischen Laufes nochmals um 9o. A distinction must be made when attaching the leveling weights to the circumference: whether the balancing is within, below or above the critical speed he follows. As is well known, the critical speed is the location of the balancing mass to be applied at the Unifang shifted by 905 behind the point of the maximum shaft deflection. at subcritical run, the center of gravity of the runner's body is in the plane of the maximum Shaft deflection itself, so that the eccentricity of the center of gravity is compensated by a mass is on the opposite side of the circumference from the maximum shaft deflection point would be attached. The most common case, especially with turbo generator rotors is the balancing in the supercritical run. Here is the center of gravity eccentricity self-compensated by a mass on the circumference at the maximum shaft deflection point. Accordingly point e in the cathode ray oscillogram also moves when the rotor is started up, namely within the subcritical run up to the critical speed around 90 and furthermore in the area of the supercritical run again by 9o.

Liefert der Schwingungsgeber keine reine Sinusform, sondern eine verzerrte Kurve, so ergibt, sich als Schwingungsbild im Elektronenoszillographen kein Kreis, sondern eine andere Figur, deren Radiusvektor nicht mit konstanter Geschwindigkeit umläuft, so daß der Drehwinkel des Umlaufkörpers nicht dem im Oszillogramm entspricht. Man kann dies sclbstverständlich dadurch vermeiden, daß in die Übertragungsleitungen zum Oszillographen an sich bekannte Siebketten geschaltet werden, die nur die Grundwelle, also eine reine Sinuswelle, durchlassen. If the vibration generator does not deliver a pure sinusoidal shape, but a distorted curve, it results as a vibration image in the electron oscilloscope not a circle, but another figure whose radius vector is not at constant speed rotates so that the rotation angle of the rotating body does not correspond to that in the oscillogram. This can of course be avoided by placing them in the transmission lines sieve chains known per se are switched to the oscilloscope, which only use the fundamental wave, so a pure sine wave, let through.

Die von dem Piezogeber gelieferte Spannung ist sehr gering und muß verstärkt werden. Der dazu benötigte Verstärker arbeitet zwar amp'-lituden- und frequenzgetreu, nicht aber winkelgetreu. Man erhält damit einen Phasenfehler, der eine Funktion der Frequenz ist. Dern kann in einfachster Weise dadurch begegnet werden, daß der Kontakt, der bei jeder Umdrehung des Umlaufkörpers den Stromweg des Schwingungsgebers einmal kurzzeitig unterbricht oder seinen Widerstand erhöht, d. h. in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. I die Bürste g, um den gleichen Winkel am Umfang verschoben wird, der als Phasenfehler in Erscheinung tritt. Dies kann entweder von Hand geschehen oder selbsttätig in Abhängigkeit von der Drehzahl. The voltage supplied by the piezo transducer is very low and must be reinforced. The amplifier required for this works indeed amp'-lituden- and true to frequency, but not true to angle. This gives a phase error that is a function of frequency. This can be counteracted in the simplest possible way be that the contact, which with each revolution of the recirculating body, the current path the vibrator interrupts once for a short time or increases its resistance, d. H. in the embodiment of FIG. I the brush g to the same angle is shifted to the extent that appears as a phase error. This can either done manually or automatically depending on the speed.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Device for determining the angular position of balancing weights to be attached to recirculating bodies to be balanced directly in the closed, in particular circular, which indicates the size of the imbalance Oscillation image of an electron beam oscillograph on which the electrical oscillations two arranged in mutually perpendicular oscillation planes of the recirculating body Vibration transmitters, which the mechanical vibrations of the recirculating body in this transform both vibration levels into electrical vibrations, are transmitted characterized in that at a circumferential point of the to be balanced or one with it synchronously rotating circulating body a briefly once with each revolution current-interrupting contact or contact switching on a resistance, in particular one on a rotating slip ring (m) with an inserted dummy segment made of insulating material (d) or insulated metal (t) sliding brush contact (gj, is arranged, the with its mating contact in which the electrical vibrations of one of the two vibration transmitters (St) transmitted to the electrodes (a1, a,) of the electron beam oscilloscope Stromwege lies.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the Contact (g) is arranged in the same radial plane of the rotating body to which the vibrator belongs in whose current path the contact is located.

3. Apparatus according to claim I and characterized in that the insulated metallic inserted at one point of the circumference of the slip ring surface Blind segment (t) via a resistor (p) to the remaining part of the slip ring (m) is permanently connected (Fig. 3).

4. Apparatus according to claim, characterized in that the contact (g) manually or automatically depending on the speed by an angular path is adjustable.