DE843314C

DE843314C - Electrical device for determining the size and phase position of an imbalance

Info

Publication number: DE843314C
Application number: DEP21471D
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr-Ing Federn
Original assignee: Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1948-11-12
Filing date: 1948-11-12
Publication date: 1952-07-07

Description

Elektrische Einrichtung zur Bestimmung der Größe und Phasenlage einer Unwucht Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Einrichtungen für Auswuchtmaschinen, bei denen die Wuchtkörperschwingungen zunächst in elektrische Wechselspannungen umgewandelt und danach einem dynamometrischen Meßgerät zwecks Anzeige der Größe und Phasenlage eines Wuchtfehlers zugeführt werden.Electrical device for determining the size and phase position of a Imbalance The invention relates to electrical devices for balancing machines, in which the balancing body vibrations are initially converted into electrical alternating voltages converted and then a dynamometric measuring device for the purpose of displaying the size and the phase position of a balancing error can be supplied.

Es ist eine Vorrichtung zum Auswuchten von Umlaufkörpern mittels piezoelektrischer Kristalle bekannt, deren Ladung den Strom einer Verstärkeranordnung steuert. Hierbei wird ein dynamometrisches Instrument (Wattmeter) zur Anzeige der Unwucht in der Weise angewandt, daß der Verstärkerstrom die eine Spule speist, wohingegen die andere Spule Strom von einem Generator erhält, der mit dem auszuwuchtenden Umlaufkörper gekuppelt und dessen Ständer verdrehbar gelagert ist. Die Stärke des abgegebenen Stroms ist wegen der Kupplung des Generators mit dem Wuchtkörper abhängig von der jeweiligen Wuchtkörperdrehzahl, d. h. sie verläuft etwa proportional dazu. It is a device for balancing circulating bodies by means of Piezoelectric crystals known whose charge is the current of an amplifier arrangement controls. A dynamometric instrument (wattmeter) is used to display the Imbalance applied in such a way that the amplifier current feeds one coil, whereas the other coil receives power from a generator connected to the rotating body to be balanced coupled and the stand is rotatably mounted. The strength of the submitted Due to the coupling of the generator with the balancing body, the current is dependent on the respective balancing body speed, d. H. it is roughly proportional to it.

Dies ist nachteilig, weil bei hohen Drehzahlen das Meßinstrument gefährdet und bei niedrigen Drehzahlen die Empfindlichkeit zu gering wird. Außerdem ist zu beachten, daß piezoelektrische Kristalle auf Kräfte reagieren, ihre Ladung sich demgemäß im Quadrat der Winkelgeschwindigkeit des auszuwuchtenden Körpers ändert. Folglich wird der Strom der mit dem Generator verbundenen Spule proportional der Drehzahl, der Strom der mit dem Kristallpaket verbundenen Spule aber proportional dem Quadrat der Drehzahl beeinflußt. Bei der bekannten Vorrichtung entspricht also die Anzeige des Meßinstruments der. dritten Potenz der Drehza'hl, d. h. geringste Drehzahlschwankungen ergeben größte Fehler. Aus diesen Gründen hat die bekannte Vorrichtung keine praktische Bedeutung für das Auswuchten erlangt.This is disadvantageous because the measuring instrument is endangered at high speeds and at low speeds the sensitivity becomes too low. Also is to Note that piezoelectric crystals react to forces, their charge itself changes accordingly in the square of the angular velocity of the body to be balanced. Consequently, the current of the coil connected to the generator becomes proportional to the Speed, but the current of the coil connected to the crystal package is proportional influenced by the square of the speed. In the known device the display of the measuring instrument corresponds to the. third power of the speed, d. H. The slightest fluctuations in speed result in the greatest errors. For these reasons the known device has no practical importance for balancing.

Bei der Einrichtung nach der Erfindung werden elektrodynamische oder permanentmagnetische Schwingungsaufnehmer, z. B. sogenannte Tauchspulen, zur Umwandlung der Wuchtkörperschwingungen in elektrische Wechselspannungen verwandt und letztere der einen Spule eines dynamometrischen Meßgeräts zugeführt, wohingegen die zweite Spule des Meßgeräts einen in seiner Stärke von der Drehzahl des Wuchtkörpers unabhängigen, hinsichtlich seines zeitlichen Verlaufs vom Wuchtkörper gesteuerten Strom mit konstanter Amplitude, z. B. abgehackten Gleichstrom, erhält. Der Strom wird im einfachsten Fall periodisch ein-und abgeschaltet, bei Messung der Unwucht in komponenten vorzugsweise in zwei um go0 zueinander verschobenen Phasenlagen, so daß vom Meßgerät Werte für zwei um go0 gegeneinander versetzte Unwuchtkomponenten abgelesen werden können, aus denen sich der die Unwuchtgröße und die Unwuchtphasenlage darstellende Unwuchtvektor zusammensetzt. Es bedarf hierbei keiner Verstellung von Hand, wie bei einem bekannten Verfahren zur Bestimmung der Anteile einer Unwucht, wo die Umlaufkörperschwingungen in Wechselströme umgewandelt und über eine Kontakteinrichtung zu einem Gleichstrommeßinstrument geführt werden. In the device according to the invention are electrodynamic or permanent magnetic vibration sensors, e.g. B. so-called plunger coils for conversion the balance body vibrations related to electrical alternating voltages and the latter fed to one coil of a dynamometric measuring device, whereas the second Coil of the measuring device is independent in its strength of the speed of the balancing body, current controlled by the balancing body with a constant current with regard to its temporal course Amplitude, e.g. B. choppy direct current is obtained. The stream is in the simplest Case switched on and off periodically, preferably when measuring the unbalance in components in two phase positions offset from one another by go0, so that values for two unbalance components offset from one another by go0 can be read off, from which the unbalance vector representing the unbalance size and the unbalance phase position composed. There is no need for manual adjustment, as is the case with a known one Method for determining the proportions of an imbalance where the rotating body vibrations converted into alternating currents and via a contact device to a direct current measuring instrument be guided.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden die Wechselspannungen dem Meßgerät unmittelbar, d. h. kontaktfrei, unverstärkt und unabgeschirmt, zugeführt. Dies ist möglich und ein Verstärken der Spannung der Schwingungsaufnehmer (Tauchspulen) überflüssig, wenn ein dynamometrisches Drehspulinstrument (Wattmeter) von höchster Empfindlichkeit verwendet wird. Der Nullpunkt der Drehspulinstrumente, die insbesondere der Wuchtfehlermessung dienen sollen, wird vorteilhaft in der Mitte der Skala angeordnet, so daß die Anzeige stetig von Minus auf Plus und umgekehrt übergehen kann. Dadurch werden positive und negative Unwuchtwerte oder Unwuchtausgleichswerte ohne weiteres ablesbar. According to a further feature of the invention, the alternating voltages directly to the measuring device, d. H. contact-free, unreinforced and unshielded, fed. This is possible and an increase in the voltage of the vibration sensors (plunger coils) superfluous if a dynamometric moving coil instrument (wattmeter) of the highest Sensitivity is used. The zero point of the moving coil instruments, in particular should serve to measure the balancing error, is advantageously placed in the middle of the scale, so that the display can change continuously from minus to plus and vice versa. Through this positive and negative unbalance values or unbalance compensation values are easily achieved readable.

Der vom Wuchtkörper gesteuerte Strom mit konstanter Amplitude, z. B. abgehackter Gleich : strom, der der zweiten Spule des dynamometrischen Drehspulinstruments zufließt, wird so gesteuert, daß er in seinem Phasenwinkel bei der einen Messung gegenüber der anderen um go0 versetzt ist. The current controlled by the balancing body with a constant amplitude, z. B. choppy direct current, that of the second coil of the dynamometric moving coil instrument flows in, is controlled so that it is in its phase angle in the one measurement is offset from the other by go0.

Dies wird dadurch möglich, daß entweder die Steuervorrichtung nach der ersten Messung aus ihrer Anfangslage um go0 verstellt wird, oder durch Anordnung von zwei Steuervorrichtungen, die um go" gegeneinander versetzt und wahlweise einzuschalten sind. Die Anzeige des Instruments ist alsdann für die beiden Komponenten des Wuchtfehlers maßgebend. This is made possible by either the control device after of the first measurement is adjusted by go0 from its initial position, or by arrangement of two control devices that "go" offset from each other and optionally switch on are. The display of the instrument is then for the two components of the balancing error authoritative.

An Hand von zwei Ausführungsbeispielen wird die Einrichtung gemäß der Erfindung näher erläutert. The device according to FIG the invention explained in more detail.

Abb. I zeigt schematisch eine Meflanordnung mit einem Meßinstrument, Abb. 2 einen Teil der gleichen Meßanordnung mit vier Meßinstrumenten; Abb. 3 gibt den Verlauf der von den Schwingungsaufnehmern (Tauchspulen) abgegebenen Spannungen im Verhältnis zum Verlauf der Steuerimpulse wieder. Fig. I shows schematically a Meflan arrangement with a measuring instrument, Fig. 2 shows part of the same measuring arrangement with four measuring instruments; Fig. 3 there the course of the voltages emitted by the vibration sensors (plunger coils) again in relation to the course of the control impulses.

Der auszuwuchtende Umlaufkörper I mit seinen beiden Ausgleichsebenen E1 und 2 ist in dem Schwingrahmen 2 gelagert. Die Verbindungslinie der Pendelpunkte 3 des Rahmens geht durch die, Ausgleichsebene E2, damit nur die Unwucht A in der Ebene E1 wirksam ist. Der Ausgleich soll in beiden Ebenen in den Richtungen Ra und Rb erfolgen. Es sind also die Unwuchtkomponenten a und b zu ermitteln. Die Unwuchtschwingungen werden durch einen Schwingungsaufnehmer, z. B. die Tauchspule 4, in elektrische Wechselspannungen umgewandelt und diese der Drehspulenwicklung des hochempfindlichen Wattmeters 5 zugeführt. Durch die Erregerwicklung des Wattmeters fließt abgehackter Gleichstrom, der beispielsweise von dem lichtempfindlichen Ahtastgerät 6, gege benenfalls mit Hilfe eines Verstärkers, geliefert wird. Dieser Strom wird zeitlich vom Umlauf des Wuchtkörpers gesteuert, indem die teilweise geschwärzte Oberfläche 7 die Lichstrahlreflexion und damit den Fotostrom unterbricht. Die Schwärzungsstreifen sind der Übersichtlichkeit wegen nicht auf dem Wuchtkörper selbst, sondern auf einer aufgesetzten Scheibe angedeutet. Am einfachsten ist es, wenn sich die Schwärzung etwa über die Hälfte des Wuchtkörperumfangs erstreckt. The recirculating body I to be balanced with its two compensation planes E1 and 2 are mounted in the swing frame 2. The line connecting the pendulum points 3 of the frame goes through the, compensation plane E2, so only the unbalance A in the Level E1 is effective. The compensation should be in both planes in the directions Ra and Rb take place. So the unbalance components a and b have to be determined. The unbalance vibrations are by a vibration sensor, z. B. the plunger coil 4, in electrical Converted alternating voltages and these of the moving coil winding of the highly sensitive Wattmeter 5 supplied. Choppy flows through the excitation winding of the wattmeter Direct current, for example from the light-sensitive Ahtastgerät 6, if necessary with the help of an amplifier. This stream is chronologically circulating of the balancing body controlled by the partially blackened surface 7 the light beam reflection and thus interrupts the photo current. The blackening strips are for clarity because of not indicated on the balancing body itself, but on an attached disk. It is easiest when the blackening is about half the circumference of the balancing body extends.

Damit beide Unwuchtkomponenten am Drehspulinstrument 5 abgelesen werden können, werden zwei nebeneinanderliegende, um go0 gegeneinander verschobene Schwärzungsstreifen Sa und Sb benutzt. Sind sie den beiden vorgewählten Koordinatenrichtungen Ra und Rt in richtiger Weise zugeordnet, dann ergeben die Wattmeterablesungen ohne weiteres die Unwuchtkomponenten a und b für diese beiden Richtungen. Das Abtastgerät 6 wird jeweils über einen der beiden Streifen geschoben. Ist das Abtastgerät 6 um go" schwenkbar angeordnet, so genügt ein einziger Schwärzungsstreifen, indem nach Messung der einen Komponente das Abtastgerät 6 zur Messung der anderen Komponente um go0 verstellt wird. So that both unbalance components can be read on the moving-coil instrument 5 two adjacent ones are shifted against each other by go0 Blackening strips Sa and Sb used. Are they the two preselected coordinate directions Correctly assigned Ra and Rt, then the wattmeter readings give without further the unbalance components a and b for these two directions. The scanning device 6 is pushed over one of the two strips. Is the scanner 6 um go "pivoted, a single blackening strip is sufficient by following Measurement of one component, the scanning device 6 for measuring the other component is adjusted by go0.

Durch die Anordnung des Nullpunkts des Meßinstruments 5 in der Mitte der Skala ist die Ablesung sinnfällig, da entweder ein positiver Wert, der Nullwert oder ein negativer Wert abgelesen werden kahn, je nachdem, ob der Wuchtkörper in der betreffenden Koordinatenrichtung zu schwer, richtig ausgewuchtet oder zu leicht, d. h. auf seiner Gegenseite zu schwer ist. By arranging the zero point of the measuring instrument 5 in the middle The reading is evident on the scale, as either a positive value or the zero value or a negative value can be read, depending on whether the balancing body is in too heavy, correctly balanced or too light for the coordinate direction concerned, d. H. is too heavy on the other side.

Die Skala des Wattmeters 5 kann dabei so geeicht werden, daß sie den Wuchtfehler seiner Größe nach, z. B. in cmg, und bei Serienwuchtung unter Umständen sogar die für den Ausgleich nötige lSohrtiefe, z. ß. in Millimetern, oder die Schraubenlänge angibt, wenn der Ausgleich mit Hilfe von Schrauben erfolgen soll. The scale of the wattmeter 5 can be calibrated so that it the balancing error according to its size, z. B. in cmg, and below for series balancing Circumstances even the depth of the ear necessary for compensation, e.g. ß. in millimeters, or the screw length indicates if the compensation is to be made with the help of screws.

Weiterhin ist es durch Anordnung eines Potentiometers in der Erregerstromleitung des Wattmeters möglich, die Empfindlichkeit des Anzeigegerätes stetig oder in Stufen in jeder gewünschten weise einzustellen. It is also possible by placing a potentiometer in the excitation current line of the wattmeter possible, the sensitivity of the display device continuously or in steps set in any desired way.

Die Wirkungsweise dieser Wattmeterschaltung beruht darauf, daß die Tauchspulenspannung nur dann ein Drehmoment auf den Zeiger des Meßgerätes 5 ausübt, wenn in der Erregerwicklung vom Abtastgerät 6 her ein Strom fließt, der eine Komponente in gleicher Phasenlage hat. Dementsprechend wird von der wechselnden Tauchspulenspannung nur die Komponente wirksam, die in Phase mit dem periodisch veränderlichen Erregerstrom, genauer ausgedrückt, der ersten Harmonischen des Erregerstroms, liegt. The operation of this wattmeter circuit is based on the fact that the Moving coil voltage only then exerts a torque on the pointer of the measuring device 5, if a current flows in the excitation winding from the scanner 6, which is a component in the same phase. The moving coil voltage changes accordingly only those components are effective that are in phase with the periodically variable excitation current, more precisely, the first harmonic of the excitation current.

In Al)b. 3 sind der Spannungsverlauf in der Tauchspule und der Verlauf der verstärkten Fotoströme gegenübergestellt. Die obere Kurve geht vom Schwärzungsstreifen Sa aus, die untere Kurve von dem um 90° dazu phasenverschobenen Streifen St. UA ist der der jeweiligen Unwucht entsprechende Spannungsverlauf in der Tauchspule, Ja der Verlauf des gegebenenfalls verstärkten Fotostroms, hervorgerufen durch den Streifen Sa. jb ist der vom Streifen Sb hervorgerufene Stromverlauf. Die schraffierten Flächen entsprechen dem mittleren Drehmoment im Drehspulgerät; sie geben an, welche usschnitte aus dem Spannungsverlauf der Tauchspule auf das Drehspulinstrument jeweils wirksam sind, hilaten also das WIaß für die Komponenten a bzw. b. In Al) b. 3 are the voltage curve in the moving coil and the curve juxtaposed with the amplified photo currents. The upper curve goes from the blackening strip Sa off, the lower curve from the strip St. UA, which is phase-shifted by 90 ° is the voltage curve in the moving coil corresponding to the respective imbalance, Yes, the course of the possibly increased photo current, caused by the Stripe Sa. jb is the course of the current produced by the stripe Sb. The hatched ones Areas correspond to the mean torque in the moving coil device; they indicate which Excerpts from the voltage curve of the moving coil on the moving coil instrument are effective, so the WIass for components a and b are helpful.

Wenn an stelle eines einzelnen Abtastgeräts 6 ein Abtastgerät für die Komponente a und ine zweites für die Komponente b angeordnet wird, so können beide Komponenten gleichzeitig an je einem Drelispulinsrument 5 abgelesen werden. l)ie Systematisierung läßt sich gemäß Abb. 2 so weit treiben, daß für vier je um goo versetzte Ausgleichsstellen vier l)rehspul instrumente vorgesehen werden, indem der positive und negative Ausschlagbereich eines Instruments auf zwei Instrumente aufgeteilt wird. Ist z. B. die UnwuchtkomlIoneilte a positiv, so wird sie vom oberen Instrumeint, ist sie negativ, so wird sie vom unteren Instrument angezeigt, was augenfällig darauf hinweist, daß diesmal der Wuchtkörper nicht oben, sondern unten zu schwer ist, der Ausgleich also heispielsweise unten durch Aushohren vorgenommen werden muß. Zwei Abtastgeräte können nebeneinanderliegend auf zwei um 90° versetzte Schwärzungsstreifen ansprechen, oder die beiden Abtastgeräte sind selbst um 90° versetzt. Im letzterenFall genügt ein einzigerSchwärzungsstreifen. If instead of a single scanning device 6, a scanning device for the component a and a second for the component b is arranged, so can both components can be read at the same time on a Drelispulin instrument 5 each. l) The systematization can be carried out according to Fig. 2 so far that for four each around goo offset compensation points four l) rehspul instruments can be provided by the positive and negative deflection range of one instrument on two instruments is divided. Is z. If, for example, the unbalance component a is positive, it becomes the upper one If the instrument is negative, the lower instrument shows what obviously indicates that this time the balancing body is not above, but below is too heavy, so the compensation is made, for example, below by digging must become. Two scanning devices can be placed next to each other on two offset by 90 ° Address the blackening strips, or the two scanning devices are themselves at 90 ° offset. In the latter case, a single blackening strip is sufficient.

Die Schwärzungsstreifen können durch Schablonen mit einem dünnen Mattlack aufgespritzt, durch Ätzen vorbereitet oder auch mit einem aufgeschohellen diinnen Papierzylinder oder Kunststoffstreifen aufgebracht werden. The blackening strips can be stenciled with a thin Matt varnish sprayed on, prepared by etching or with a whipped up thin paper cylinders or plastic strips can be applied.

Dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist ein Fotoverstärker mit einem abgehackten Gleichstrom als Ausgangsstrom zugrunde gelegt. The above embodiment is a photo amplifier with a chopped off direct current is used as the output current.

Auch jede andere vom Körperumlauf gesteuerte Stromkurve konstanter Amplitude kann verwendet werden, wie sie beispielsweise durch einen Schwinggenerator mit gleichbleibender Spannung erzeugt wird. Es kann also an Stelle des abgehackten Gleichstroms auch ein Wechselstrom mit Rechteck-Sinus- oder anderem Verlauf angewendet werden, wenn die Stromkurve von der Drehzahl unabhängig bleibt. Every other current curve controlled by the body's circulation is also more constant Amplitude can be used, for example, by a vibration generator is generated with constant voltage. So it can take the place of the choppy Direct current is also an alternating current with a square-sine wave or other shape if the current curve remains independent of the speed.

Für die Erzielung höchster Genauigkeit, insbesondere bei der hochtourigen Wuchtung auf Kleinstmaschinen, ist die Anordnung von Abtastgeräten zur Steuerung des periodischen Stroms unerläßlich. Bei größeren Maschinen läßt sich eine weitere erhebliche Vereinfachung der Meßanordnung durch Wahl einer vom Wuchtkörper mitgenommenen mechanischen Kontakteinrichtung für den Erregerstrom erzielen, die beispielsweise aus einem in der Art eines Kollektors umlaufenden Kontaktsegment und zwei um go0 versetzten Schleifbürsten besteht. Gemäß der Erfindung wird auch diese Kontaktanordnung mit einem Gleichstrom aus einer fremden Stromquelle gespeist. For achieving the highest level of accuracy, especially with high-speed Balancing on micro machines is the arrangement of scanning devices for control of the periodic current is indispensable. For larger machines, another one can be used considerable simplification of the measuring arrangement by choosing one that is carried along by the balancing body achieve mechanical contact device for the excitation current, for example from one contact segment revolving in the manner of a collector and two around go0 offset grinding brushes. According to the invention, this contact arrangement fed with a direct current from an external power source.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Electrical device for determining size and phase position of an imbalance by converting the balancing body vibrations into electrical ones AC voltages that are fed to a dynamometric measuring device, whose The deflection size and / or phase position of the balancing error can be recognized, characterized in that that the one coil of the measuring device, preferably the movable coil, in itself known way is fed with the alternating voltages, whereas the other coil of the measuring device is independent in its strength of the speed of the balancing body, current controlled by the balancing body with a constant current with regard to its temporal course Amplitude, e.g. B. choppy direct current is obtained.

2. Device according to claim I, characterized in that the the second coil supplied current periodically, preferably in two at 90 ° to each other shifted phase positions, one or. is turned off.

3. Device according to claim I or 2, characterized in that the alternating voltages the dynamometric measuring device (5) directly, so in particular contact-free, unreinforced and unshielded.

4. Device according to one of claims I to 3, characterized in that that the control of the current for the second meter coil by one or more fixed or adjustable photoelectric scanning devices (6) or one with mechanical circuit breaker or alternator rotating around the balancing body he follows.

5. Device according to one of claims I to 4, characterized in that that a measuring device for the measured balance error components (+ Ra, t Eb) is arranged is (Fig. 2).

6. Dynamometric measuring device, especially for electrical equipment according to one of claims 1 to 4, the scale of which has positive and negative imbalance values (e.g. in cmg) or unbalance compensation values (e.g. in millimeters drilling depth), expediently by arranging the zero point in the middle of the scale (Fig. I).