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Apparat zur Analyse der Unwucht von Rotoren
Die Erfindung bezieht sich
auf Vorrichtungen zum Auswuchten rotiereder Körper und betrifft insbesondere eine
Vorrichtung zur analyse der Amplituden- und T>hasenl>eziehung von Schwingungen.
die durch die Unwucht eines Rotors hervorgerufen werden.
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[m Vergleich mit einer früher benutzten, Vorrichtung dieser \rt soll
nach der Erfindung eill Unwuchtsanalysevorrichtung mit verbesserter Genanigkeit
vorgeschlagen und ein vereinfachter und leichter zu bedienender Apparat verwendet
werden Die Messungen von Rotorschwingungsamplituden und ihre Phase bezüglich eines
willkürlichen Bezugswinkels auf dem Rotor können durch Größe und Winkelbeziehung
zur Unwuchtmasse in svillkürlichen Ebenen senkrecht zur Rotorachse dargestellt werden.
Eine Bauart von gewöhnlich verwendeten Auswuchtvorrichtungen flir solche Messungen
enthält einen Sinuswellengenerator, der mechanisch, elektrisch oder optisch mit
der auszuwuchtenden rotierenden Masse verbunden ist, einen Schwingungsahnehmer in
Form einer permenetmagnetischen Schwingungsspule, um die Ständer- oder Lagerschwingungen
in eine Wechselspannung zu verwandeln, und ein empfindliches Wattmeter.
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Im Betrieb sind der Generator und der Abnehmer mit den entsprechenden
Spulen des Wattmeters verbunden, und man crhäl;t eine Anzeige, die propor-
tional
T 1 cos Ä ist, wobei V die auf die Wattmeterspannungsspule aufgebrachte Abuehmerspannung,
1 der durch die tromspulc des Wattmeters fließende smusförmige Strom des Generators
und X der Phasenwinkel zwischen t und I ist. Bei einer Winkelverchiebung des Generatorstators,
d. h. bei einer Verschiebung des Phasenwinkels V der Generatorspannung gegenüber
der Abnehmerspannung, kann das Wattmeter Null oder ein Maximum zeigen.
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In der Regel wird bei Nullstellung des Generatorstators die Wattmeteranzeige
bei geeigneter Eichung als Bezugsphase verwendet. die Stärke der Schwingung kann
man durch eine mechanische Verschiebung des Generatorstators um 90° gegell seine
Stellung bei Nullanzeige des Wattmeters erhalten vorzugsweise sind die Generatoren
indessen mit zwei um 909 versetzte Wicklungen ausgestattet, so daß die Stärke der
Schwingung einfach dadurch abgelesen werden kanu, daß man von einer Wicklung auf
die andere umschaltet. Die beiden Generatorwicklungen erlauben ein festes Einstellen
der Generatorwinkelstellung, und es kann ein entsprechendes N'erfahren zum Messen
der Komponenten unter rechtwinklig zueinander stehenden Achsen durchgeführt werden.
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Außer der Messung von Phase und Größe der Abnehmerspannung erlaubt
das Wattmeter eine wirkungsvolle Ausfgilterung von Oberschwingungen von der der
Umlauffrequenz entsprechenden Grundschwingung, da die Generatorspannung an der Stromspule
des Wattmenters eine reine Sinuswelle darstellt. In Wirklichkeit weist tiie erzeugte
Spanilung jedoch ungefähr 20/0 an zweiter und dritter Oberschwingung auf, so daß
Auswuchtfehler infolge höherer Oberschwingungen der Abnehmerschwingungen möglich
sind. Dies trifft besonders auf die zweite Oberschwingung iu, die häufig in mechanischeu
Vorrichtungen auftritt und die ganz ausgebildet sein kann. lm vorhergehenden wurde
angenommen, daß der Geiwratorstrom I einen konstanten Wert hat, der die Eichung
der Anordnung festlegt. Dies gedeutet, daß der Generatorstrom, der in der Wattmeterspule
fließt, durch irgendwelche Vorrichtungen, beispielsweise durch einen veränderlichen
Sparetransformator, auf einen l>esonderen Wert für jede gegebene Xuswuchtgeschwindigkeit
eingestellt werden maß, weil die e Geiieratorspannung und damit der Generatorstrom
sich ungefähr linear mit der Umdrehungsgeschweindigkeit ändern.
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1 )ie Induktanzen der Wattmeterstromspule, des veränderlichen Spartransformators
und des Genzrators verursachen eine starke Änderung des 1 'has@ nwinkels des Stromes
gegenüber der generatorinduzierten Spannung, wenn die Auswuchtgeschwindigkeit und
damit die Frequenz der Spamung geändert wird. So bestimmt die Winkeleinstellung
des Generators nicht unmittelbar den Phasenwinkel des Stromes gegenüber der rotierendell
Nlasse. l)ies macht die Verwendung von Eichkurven 10i)'t i g. iii tlenell die Phasenverschiebung
gegen die Auswuchtgeschwindigkeit aufgetragen ist. Die Verwendung von Eichkurven
l>egreiizt die Genauigkeit der Phasenwinkelbestimmung, besonders bei geringen
Umlaufgeschwindigkeiten, wo der Verlauf der Eichkurven sehr steil ist, Andere Nachteile
der herkömmlichen Auswuchtvorrichtungen 1 iegen in der verhältnismäßig großen 1
Leistung, die dem Generator entnommen werden muß, um das Wattmeter empfindlich gegenüber
den Schwingungen des Abnehmereinganges zu machen, nil <1 iii zwei Notwendigkeit
die Empfindlichkeit auf die Umdrchungsgeschwindigkeit abzustimmen, uni <lie Skalen,
iiio allgemeinen werden zwei Skalen verwendet, auf ii f dem Wattmeter abzugleichen.
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Die Erfindung ist daher besonders darauf gerichtet, die Fehler herabzusetzen
oder zu beseitigen, die infolge der höhereii Oberschw ingungen in der Generatorspannung
der bekannten Apparate oder infolge der Spannungs- und Stromschwankungen auftreten,
die iii den bekannten Vorrichtungen durch gering Änderungen der Generat@ @rumlaufgeschwindigkeit
hervorgerufen werden. die Ertindung zielt ebenfalls darauf ab, die auderen im vorhergegangenen
erwähnten Nachteile zu beseitigen und eine kleinere und hilligere Bauart, als die
der herkömmlichen Auswuchtanalysvorrichtungen zu schaffen.
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Diese Ziele werden nacll der Erfindung dadurch erreicht, rlaß die
Rotorausw uchtvorrichtung mit einer ring- oder brückenähnlichen Gleichrichtermodulatorschaltung
verschen ist und an ein Endklemmenpaar dieser Schaltung ein Rechteckwellengenerator
konstanter Spannung geschaltet wird. während ein anderes 1 Paar \-on Endklemmen
diesér Schaltung mit einer Schwi iigiiiigsal @nehmerspannung, die kleiner als die
ic Generator spannung ist. 1 schickt wird, Ferner ist nach der Erfindung ein Gleichstrominstrument
zwischen entsprechende Mittelanzapfungen zweier Koppelglieder, vorzugsweise Ohmscher
Widerstände angeordnet, die entsprechend mit den bereits erwähnten beiden Endklemmenpaaren
verbunden sind, Weiter ist nach der Erfindung der Rechteckwellengenerator so gebaut,
daß seine Spannung Totintervalle bestimmter Phasendauer zwischen den anfeinanderfolgenden
Halbewellen konstanter, begrenzter Amplitude aufweist.
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Die erwähnten Merkmale e nach zur Erfindung können mit verschicdenen
Typen und Konstruktionen bekannter Rechteckwellengeneratoren erzeugt werden, wie
beispielsweise elektronischer Generatoren oder Oszillatoren, die von einem rotierenden
Sinuswellengenerator oder von einer Photozelle gesteuert werden, Nach cinem anderen
Merkmjal cler Erfindung ist der Rechteckwellengenerator für den erwähnten Auswuchtanalyseapparat
im rvesentlichen ein umpolender Kontaktwechselrichter, der mit einer konstanten
Gleichspannungsquelle A verbunden ist.
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In den Zeichnungen ist ciii 1 bevorzugtes .\uführungsbeispiel dargestellt,
und zwar zeigt Fig. r einen Ausweuchtapparat nach der Erfindung, und zwar in einer
schematischen 1 Darstellung de dazugchörenden mechanischen Teile und dem Schaltbild
der Schwingungsanalysierschaltung.
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Fig. 2 ein Ersatzschaltbild fiir die analysierschaltung zur leichteren
Erklärung, Fig. 3 und 4 eine Draufsicht und eine Vorderansicht des Rechteckwel lengenerators
der Auswuchtanordnung nach Fig. 1. fig. 5 eine graphische Darstellung der typischen
Spannung. die vom Generator nach lig. 3 iiiid 4 abgenommen wird, Fig. (3. 7 und
8 entsprechende graphische 1 stellungen zur Erklärung der Leistung des ciierators.
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Nach Fig. 1 weist der auf seiiie Unwucht zu untersuchende Rotor 1
eine Welle 2 auf, die in den l gern 3 und 4 liegt, Die Welle wird mit einer bestimmten
Umdrchungsgeschwindigkeit durch einen gevigneten Antrieb (nicht gezeichnet) betrieben,
Eine Kupplung 5 verbindet die Welle 2 mit der Welle 6 eines Generators 7. der eine
Wechselbezugssupannung liefert, die mit den Umdrehungen <les Rotors svnchronisiert
ist und iii ihrer Phase auf diese aupaßbar ist. Die 1>eiden lager 3 und 4 sind
durch bekannte geeignete Aufhängemittel chastisch aufgehängt und mit entsprechenden
Schwingungsahnehmern 8 tiiid 9 ausgerüstet. Jeder abnchmer liefert eiiic Spannung,
die in Übereinstimmung mit den Schwingungen steht. die in der geometrischen Ebeue
der entsprecheuden Abnehmer durch die Unwucht des Rotors I verursacht werden. ]
er Generator 7 hat zwei Ausgangskreise, die an entsprechende Klemmenpaare 11 und
12 führen ; die Spannungen an diese Klemmenpaaren sintl um 900 gegeneinander phasenverschoben,
so daß eine geeignete Spaunung durch einen Schalter 13 ausgewählt werden kann. Eing
anderer Schalter 14 dient zum Anschlicßen einer zur beiden Anchmer an clie Analysierschaltung
zu irgendeiner Zeit. Der Schalter 14 hat eine unmittelbare Aus-Stellung, in der
kein Abnehmer all die Schaltung geschaltet ist, um die Schaltuiig eichen zu können,
Die Analysierschaltung ist als Gleichrichter oder' Ringmodulator ausgeführt, dessen
Ringkreis, allgemein mit 15 bezeichnet, ein Paar diagonaler l'unkte oder Klemmen
A. B aufweist, die ülier den Schalter 1 3 an das gewählte -\nschlußpaar des Generators
angeschaltet werden. Das andere Paar diagonaler Punkte oder Klemmen C, I) des Itingkreises
15 liegt üher dien Schalter 14 am gewählten Abnehmer, Bezüglich der Punkte X, R,
an denen die Generatorspannung liegt, weist der Ringkreis 15 zwei parallele Zweige
A-C-B und B-D-A auf. Der erste Zweig enthält zwei Gleichrichter 16, 17, die durch
(tie Widerstände 18 und 19 verbunden sind.
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1 )er Punkt C ist der Spannungsmittelpunkt dieses Zweiges, I)er audere
Zweig des Ringkreises enthält zwei Gleichrichter 21, 22 ulld zwei Widerstände 23,
24. Dazwischen ist ein Rheostat 25 vorgesehen, um das netz zum genauen Brückenabgleich
eichen zu können, Bezüglich der Generatorspanung an den Punkten A und B haben die
Gleichrichter 16 und 17 die gleiche Durclllaßrichtung, und die Gleichrichter 21
und 22 habeu beide die dazu eutgegengesetzte Durchlaßrichtung, Infolgedessen kann
der Strom während einer Halbperiode der Generatorspannung nur durch den Zweig A-C-B
fließen, während er in der darauffolgenden Halbperiode nur durch den Zweig B-D-A
fließt.
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\n die Generatorklemmen A und 1, des Ringkreises 15 ist ein Kooelwiderstand
26 geschaltet.
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I-in anderer Koppelwiderstand 27 liegt zwischen den Abnehmerklemmen
C tirid n. Die entsprechenden Spannungsmittelpunkte E und F auf den Widerständen
26 26 und 27 sind miteinander über einen Widerstand 28 und ein Gleichstrommeßinstrument,
z. B, ein Milliainperemeter, verbunden.
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Wie im folgenden noch erklärt wird, arbeitet die Analysierschaltung
in der Auswuchtvorrichtung nach Fig. 1 ohne Rücksicht auf die Konstruktion und die
Spannungscharakteristik des Generators, um die Wechselbezugsspannung zuzuführen,
wobei vorgeschen ist, daß die auf die Punkte 4 und B aufgedrückte Generatorspannung
eine genügende, aber nicht unbedingt konstante Amplitude beibehält. Viel hessere
Ergebnisse und zusätzliche Verbesserungen werden indessen mit einem RechtSeckwellengenerator
erzielt, besonders wenn er vom Stromwendertyp ist, wie es im folgenden im Zusammenhang
mit den Fig, 3 und 4 beschrieben wird, Dieser Generator ist im wesentlichen ein
umkehrender Zweiteilkommuntator mit vier um 90° am Umfang versetzten Bürsten, um
zwei gegeneinander um 900 phasenverschobene Spannungen zu erhalten, Der eigentliche
Kommutator ist als Ganzes mit der Bezugszahl 31 bezeichnet. Er weist zwei Segmente
32 und 33 auf, die voneinander isoliert und am Rand durch zwei Isoliersegente 34
und 35 getrennt sind, Die dazugehörenden Kommutatorbürsten sind mit 36, 37, 38 und
39 bezeichnet, Das Segment 32 ist mit einem Schleifring 42 leitend verbunden, Die
Schleifringbürsten 43 und 44 sind mit einer geeigneten Gleichspannungsquelle verbunden,
die beispielsweise eine Trockenbatterie 45 oder eine andere geeignete, geglättete
Gleichstromquelle sein kann. Die Verbindung enthält einen Schutzwiderstand 46, um
übermäßige Ströme während der Umpolintervalle zu verhindern.
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Die Ausgleichsspannung eines solchen Strom wendergenerators ist die
gleiche, wie sie durch den Wellenzug in Fig. 5 dargestellt ist. Die positiven und
negativen Teile einer solchen Welle sind durch Intervalle voneinander getrennt,
deren Phasenwinkel 0 dem Winkel 0 zwischen den leitenden Segmenten 32 und 33 in
Fig. 4 entspricht. Die Amplitude der Rechteckwellen ist im wesentlichen koiistant
ohne Rücksicht auf die Umdrchungsgeschwindigkeit des auszuwuchtenden Rotors, Die
vier Kommutatorbursten sind durch einen Bürstenring 40 starr verbunden, dessen Winkeleinstellung
verstellt werden kann, um eine Phasenverschiebung der Generatorausgangsspannung
zu erzielen.
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Der Apparat wird in der gleichen Weise verwendet, wie die oben erwähnten
bekannten Vorrichtungen, Nachdem der Rotor auf eine geeignete Geschwindigkeit gebracht
ist und die Schalter I3 und I4 beispielsweise das Klemmenparr 11 und den Abnehmer
8 mit der Analysierschaltung verhunder haben, wird das Generatorgehäuse mit seinen
Bürsten
so Lange verstellt, bis das Instrument 29 auf den Nullpunkt einspielt. Dann bezeichnet
der eingestellte Winkel des generatorgehäuses, angezeigt durch Gradbogenmarkierungen,
den Phasenwinkel der Rotorunwucht in der radialen Ebene des Abnehmers 8 bezüglich
einer bekannten Bezugsstellung des Rotors. Daraufhin wird der Schalter I3 in Verbindung
mit dem Klemmenpaar 12 gebracht und die Anzeige des Instruments ist nun ein. Xlaß
für die größe der Unwucht.
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Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Xuswuchtanalysevorrichtung
wird leichter versändlich, wenn man zuerst die Wirkungsweise eincr elektrischen
Analysierschaltung betrachtet, ohne der besonderen Art und Wellenform des Bezugsspannungsgenerators
Beachtung zu schenken, wobei man nur annimmt, daß dieser Generator eine Wechslspannung
konstanter Größe liefert. Diese Generatorspannung ist im Ersatzschaltbild nach Fig.
2 mit V2 bezeichnet. Sie tritt am Koppelwiderstand 26 auf und gelangt auf die beiden
Parallelzweige 4-C-B und B-D-A des Brückenkreises. Die Abnehmerspannung am Widerstand
27 ist in Fig. 2 mit V1 bezeichnet, Es soll angenommne werden, daß die Generatorspannung
V2 immer einen Wert hat, der größer als der doppelte Maximalwert der Abnehmerspannung
V1 ist; diese Beziehung ist die vorgezogene Wahl der Spannungen für den Betrieb
des Apparates. Unter diesen Bedingungen und mit den augenblicklichen, in Fig. 2
eingezeichneten Spannung polungen ist die Durchlaßrichtung der Gleichrichter 16
und 17 so, daß V2 einen starken Stromfluß durch den Zweig 4-C-B verursacht, während
die Gleichrichter 21 und 22 die Spannung V2 daran hindern, Strom durch den anderen
Zweig fließen zu lassen. Da die Punkte E und F Mittelanzapfungen sind, halten sie
das gleiche Potential und die Spannung l., läßt keinen Strom durch daß Meßinstrument
fliesen. Nun soll die Abnehmerspannung Vl am Widerstand 27 betrachtet werden, wobei
daran erinnert werden muß, daß diese Spannung kleiner als die halbe Spannung V2
ist. Die Spannung V1 ist unwirksam, um Strom durch irgendeinen Zweig des Ringkreises
15 fließen zu lassen. Der Strom kann nicht von nach D durch die Gleichrichter I6
und 2I fließen, weil diese Gleichrichter so gepolt sind, daß sie einen Stromfluß
für die eingezeichnete Polung der Spannung V1 verhindern. Obwohl die Gleichrichter
1 7 und 22 für einen Stromfluß von C nach D richtig gepolt waren, ist jedoch die
gegenseitige lieziehung von V1 und V2 so, daß dieser Stromfluß verhindert wird.
d. h. da V1 kleiner als die halbe Spannung V2 ist, hat der Punkt B ein stärker negatives
Potential als der Punkt D. Irgendein Stromfluß durch den Gleichrichter 22 infolge
der Spannung V1 würde also vom Punkt zum Punkt B gehen. die Polung des Gleichrichters
22 verhindert jedoch einen solchen Strom. Infolgedessen führt der einzige Kreis,
in dem bei der in Fig. 2 eingezeichneten Spannung Strom fließen kann, vom Punkt
C über den Gleichrichter 17 und den Punkt B zum Punkt E, dann durch das Meßinstrument
29 tind den Widerstand 28 zum Punkt F.
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Eine Halbperiode später haben die Spannungen 1 und V2 jeweils die
umgekehrte Polarität. Unter diesen Umständen ist tlic obige Überlegung analog anzuwenden,
uni zu zeigen, daß der eilizige Stromweg durch das Instrument 29 von Punkt D über
den Gleichrichter 2 1 und den Punkt A zum Punkt E und <1 dann durch das Instrument
29 und den Widerstand 28 zum punkt F führt, Die Stromrichtung durch rlas Instrument
29 ist die gleiche. wie 1 >e dcii vorher beschriebenen Spannungspolaritäten,
d. h. das Instrument 29 wird von gleichgerichteten Strömen durchflossen.
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Im Zusammenhang mit Fig. 2 soll ii nun der Rustand betrachtet werden,
wenn F1 die Hälfte des Wertes von V2 überschreitet. Unter dieser Voraussetzung ist
es möglich, daß Strom vom Punkt f. iii umgekehrter lQiclituiig. dur cli das Instrument
29. den Widerstand 28. den 1 Punkt Jf und den Gleichrichter 22 zum Punkt D fließt.
Wenn die Spannung V1 größer als die Hälfte von V2, wird, hört indessen die Anzeige
des Instruments 29, <1. h. sein Stromdurchgalig. auf. sich linear Illit der angelegten
Spannung V1 zu ändern, d. h. der Wert der Spannung V1. bei dem die Instrumentenanzeige
von der Linearität abzuweichen beginnt, ist abhängig von der Größe des Widerstandes
28 bezüglich des Gesamtwiderstandes in den beiden Zweigen des Ringkreises, Nur wenn
der Widerstand 28 groß gegen tlen Widerstand in den Ringkreiszweigen ist, wie es
im vorhergehenden angenommen wurde, weicht das Instruineiit von der linearen Anzeige
ab, wenn die Spaiinung 1 V1 größer als die ITalfte der Spannung V wird. Dieser Zustand
sichert aute Stabilität und Empfindlichkeit und wird dadurch erreicht, daß man den
Widerstand 28 ungefähr acht bis zehnmal so groß wie den Gesamtwiderstand der Ringkreiszweige
macht. Wenn der Widerstand 28 beträchtlich herabgesetzt wird oder ganz fehlt. tritt
die Nichtlinearität der Inst nstrumentenanzeige auf, wenn das Maximum von V1 die
Spannung V2 erreicht. Die Staliilität und die Empfindlichkeit sind dann geringer
als mit dem vorgezogenen Widerstandsverhältnis.
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Unter der Annahme, daß die Generatorspannung V2 immer größer als
die Abnehmerspannung ist, hat die oben beschriebene Analysierschaltung folgende
Phasencharakteristiken : Wenn die Spannungen V2 und V1 V1 in in Phase si sind, ist
der gleichgerichtete Ausgangsstrom Jm positiv und die Instrumentenanzeige ein Maximum,
Wenn die beiden Spannungen um 180 phasenverschoben sind. ist der Ausgangsstrom Jm
ebenfalls ein Maximum. aber er ist jetzt negativ, Wenn die beiden Spannungen um
90 phasenverschoben sind, gibt es keineo Ausgangsstrom. d. h. das <las 1 Instrument
zeigt Null. Mit anderen worten, der Analysator zeigt nur die Komponente der Abnehmerspannung,
die iii Phase mit der Generatorspannung ist ist und erlaubt so eine Nullablesung,
Die vorstehende Erklärung der Wirkungsweise der Analysierschaltung war auf die.
annahme ge gründet, daß die die Bezugsspannuing V2 eine konstante Amplitude beibehält.
Wenn man zu der besonderen
Rolle die der oben beschriebene Kommutatorgenerator
in der Anordnung spielt, zurückkehrt, ergibt sich, daß dieser Generator als ein
sehr einfaches Mittel zur Erzeugung einer solchen Spannung konstanter Amplitude
dient. Infolgedessen hängen die Anzeigen des Schwingungsausmaßes nur von der Größe
der Ahnehmerspannung ab, d. h. die Anzeige ist nicht abhängig von einem besonderen
Wert des Generatorstromes. Im Gegensatz zu den früher beschriebenen Auswuchtvorrichtungen,
die ein Wattmeter verwendeten ist es nicht mehr länger notwenig, daß der Generatorstrom
und die Empfind-I'ichkeit des Instruments von Hand eingestellt werden müssen, bevor
eine Ahlesung gemacht werden kann. Da die einzige Induktanz im Gesamtkreis die des
Schwingungsabnehmers ist, die in Reihe mit dem sehr hohen Widerstand des Eingangsspannungskreises
der Analysierschaitung liegt, gibt es praktisch keine Phasenverschiebung im Kreis.
Bei charakteristischen Komponenten beträgt die Phasenverschiebung, die annäherend
direkt proportional zur Umlaufgeschwindigkeit des auszuwuchtenden Rotors ist, nur
0,9° bei 3600 Umdr./min. Dies ist eine kleinere Phasenverschiebung, als sie bei
den herkömmlichen Analysierkreisen auftritt und kann gewöhnlich, ausgenommen bei
sehr hohen Auswuchtgeschwindigkeiten, vernachlässigt werden. Wegen der geringen
Stromentnahme durch den ingangsteil der Analysierschaltung, hat eine Batterie, wenn
sie, wie bei 45 in Fig. 3, als Gleichspannungsquelle Verwendung findet. eine wirtschaftlich
lange Lebensdauer.
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Ein anderer wesentlicher Vorteil der beschriebenen Generatoranalysiervorrichtung
liegt im Verhalten einer solchen Anordnung gegenüber den Olierschwingungen der Abnehmerspannungen,
wenn die beschriebene Vorrichtung unempfindlich gegen die zweite und höhere Oberschwingung
ist, so daß die Oberschwingungen, die häufig bei Auswuchtanlagen auftreten. die
Genauigkeit der Analysierwirkung nicht beeinflussen kann. Eine solche Analysierschaltung
würde schlecht auf die höheren ungeraden Ol>erschw iligungen ansprechen; solche
ungeraden Oberschwingungen können in der Abnehmerspannuiig unter gewissen Auswuchtbedinguiigen
auftreten, besonders wenn die Vorrichtung transportabel ist und zum Auswuchten eines
Rotors in seinen eigenen Lagern dient. Einen Anzeigefehler, der von der dritten
Oberschwingung in der Abnehmerspannung herrührt, kann indessen mit einer besonderen
Spannungscharakteristik des Bezugsphasengenerators begegnet werden. Wie aus Fig.
5 zu ersehen ist, hat die Generatorspannung tote oder Null intervalle zwei scher
ihren aufeinanderfolgenden Wellenteilen. diese toten Intervalle haben eine abschwächende
Wirkung. die den gleichgerichteten Ausgangsstrom einer dritten Oberschwingung der
Abnehmerspannung herabsetzt oder verhindert. während sie auf den Ausgangsstrom infolge
der Grundschwingung der Abnehmerspannung viel geringer oder vernachlässigbar klein
ist. Diese \Vi rkungsweise wi rd im Zusammenhang mit den Fig. 6,7 und 8 erklärt.
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Fig. 6 erläutert, warum die Analysiervorrichtung gegenüber der dritten
Oberschwingung in der Abnehmerspannung empfindlich ist, wenn der Bezugsgenerator
eine Rechteckweilenspannung der durch die Kurve Vg dargestellten Art liefert. Die
dritte Oberschwingung der Abnehmerspannung wird durch die Welle Vp dargestellt,
und der Ausgangsstrom, der durch den Instrumentenzweig des Netzes fließt, ist mit
Jm bezeichnet. Wie bereits früher erklärt wurde, ist der Ausgangsstrom positiv,
wenn Generator- und Ausgangsspannung in Phase sind, und negativ, wenn diese beiden
Spannungen 90G phasenverschoben sind. Es ist zu ersehen, daß sich zwei Abnehmerhalbwellen
in jeder Generatorhalbperiode auslöschen, und daß der verbleibende Netzstrom, Jm,
in jeder Generatorhalbwelle einen begrenzten positiven Wert hat. Infolgedessen erzeugt
die dritte Oberschwingung einen kleinen Instrumentenstrom und wirkt so auf die Genauigkeit
der Analysierwirkung ein. Natürlich tritt diese Wirkung auch bei höheren ungeraden
Oberschwingungen auf, nur ist hier ihr Ausmaß viel geringer.
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Aus Fig. 7 wird die Wirkung der abgeänderten Rechteckwelle Vg, wie
sie vom oben beschriebenen Generator kommt, ersichtlich. Bei geeigneter Wahl des
Phasenwinkels O der Totintervalle in der Spannung Vg, können die positiven und die
negativen Teile des durch die dritte Oberschwingung Vp der Abnehmerspannung verursachten
Instrumentenstromes Jm zur gegenseitigen Auslöschung in jeder Halbwelle der Generatorspannung
Vg gebracht werden, d. h. die schraffierten Flächen in Fig. 7 gleichen einander
aus und lassen daher keinen wilrksamen Gleichstrom im Instrumentenzweig der Schaltung
zu. Der Phasenwinkel des Totintervalles in Fig. 7 beträgt 600. Ein solches Totintervall
einer bestimmtell Phasengröße hat natürlich auch eine abschwächende Wirkung auf
die Grundschwingung der Ainehmerspannung, jedoch beträgt der Stromahfall der Grundschwingung
nur ungefähr 13 % und ist so bedeutungslos im Vergleich zu den Genauigkeitsvorteil,
der durch die Elimination der dritten Oberschwingung erzielt wird.
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Fig. 8 zeigt die Abschwächungskennlinien für die Grundschwingung
der Abnehmerspannung und ihre dritte, fünfte und siebente Oberschwingung für alle
Totintervalle zwischen # = o° und # = 180°.
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Aus der Fig. 8 ist zu entnehmen, daß der Totintervallwinkel jedem
gegebenen minimalen Ansprechen auf alle ungeraden Oberschwingungen angepaßt werden
kann. Beim Auswuchten ist indessen die dritte Oberschwingung eigentlich die einzige,
die in der Ahnehmerspannung auftritt, und deshalb ist es wünschenswert einen 600
Totintervallwinkel zu halten, um das Ansprechen auf diese Oberschwingung zu Null
zu machen.
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Während ein 600 Totintervail zum Auswuchten von Rotoren wünschenswert
ist, um praktisch eine vollkommene Filterung zu erreichen, kann ein anderer Totintervallwinkel
in anderen Fällen von Schwingungsmessungen vorzuziehen sein. Daher soll die Kommutatorausführung
so ausgeführt sein, daß sie den am besten geeigneten Totinter-
vallwinkel
für den besonderen Anwendungszweek ergibt.
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Die Apparate nach der Erfindung, wie sic in der oben beschriebenen
Ausführungsform beispielsweise dargestellt wurden, ergeben genauere Prüfergebnisse
als die herkömmlichen Anordnungen, haben verhältnismäßig geringe Herstellungskosten
und sind von einfacher, robuster und zuverlässiger Bauart. Die Verwendbarkeit des
Unwuchtanalyseapparates ist ebenfalls verbessert, weil eine Reihe von bisher zu
den Prüfungen notwendiger Einstellungen wegfällt und die Verwendung von Phaseneichkurven,
außer möglicherweise bei speziellen Anwendungen, nicht mehr notwendig ist.