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Verfahren und Vorrichtung zur überkritischen Wuchtung rotierender,
beiderseits federnd gelagerter Körper
Gegenstand der Erfindung bilden ein Auswuchtverfahren
und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens, die insbesondere das bei der
Wuchtung schwerer Körper und bei der hochtourigen Wuchtung nicht mehr anwendbare
Kompensationsverfahren ersetzen, bei Wuchtmaschinen mit elektrischer Anzeige und
beiderseits federnd gelagerter Prüfkörper sowie Wuchtung im überkritischen Lauf
die Einstellung des elektrischen Rahmens erleichtern sollen.
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Bekanntlich besteht der elektrische Rahmen aus einer Potentiometerschaltung,
die beim georteten Wuchten mit Bezug auf die Stoßmittelpunkte eine gute Trennung
der Messung in voneinander unabhängigen Anzeigen für die einzelnen Ausgleichsebenen
ergibt.
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Nach der Erfindung wird der Einfluß der Masse und des Trägheitsmomentes
des auszuwuchtenden Körpers dadurch erfaßt, daß bei stillgesetztem Körper auf beide
Lagerstellen oder auf beide Ausgleichsebenen je eine zusätzliche Unbalance von bekannter
Größe oder eine andere periodisch wirkende Kraft ausgeübt wird und hierbei der Schwingungsausschlag
des Körpers unter der Wirkung dieser Kräfte gemessen und durch Vergleich dieser
Ausschlagswerte mit den Ausschlagswerten des rotierenden Körpers die beiderseitigen
Unwuchten nach Größe und Phasenlage in an sich bekannter Weise bestimmt werden.
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Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung besteht
demgemäß in der Anordnung von sogenannten Abstimmschwingern (Unwuchten) oder anderen
periodisch wirkenden Kräften, wie elektromagnetischen Kräften, in einer von Wechselstrom
durchflossenen Spule an den Lagern des in bekannter Weise schwingend gelagerten
Körpers. Es genügt, wenn die Unbalance der Abstimmschwinger etwa l/lo des Meßbereichs
für den größten von der
Wuchtmaschine aufzunehmenden Körper beträgt
bei einem Gewichtsbereich von 1: 25. Gegenüber den bekannten Kompensationsschwingern
werden also die Abstimmschwinger gemäß der Erfindung zehnmal leichter; außerdem
braucht die Größe ihrer Wirkung nicht durch Verschwenken oder Verschieben geändert
zu werden. Für eine Maschine, die Körper von 500 kg bis 10 t umfaßt, kommt etwa
ein Schwinger von r kg am Radius 10 cm (I0 000 cm/g) in Frage. Die Lagerkräfte eines
solchen Schwingers entsprechen selbst bei 5000 UpM noch den im Motorenbau üblichen
Kurbelwellenlagerkräften. Bei der hochtourigen Wuchtung, bis zu 20 000 UpM, brauchen
die Abstimmschwinger gemäß der Erfindung nicht mit der Wuchtdrehzahl zu laufen;
ihre Drehzahl muß lediglich genügend hoch über der Resonanzdrehzahl des Schwingsystems
liegen.
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Die Gehäuse der Schwinger können fest auf den Lagerbrücken angebracht
sein. Der Antrieb erfolgt über Gummikardangelenke oder biegsame Wellen. Um die beiden
Schwinger um 180° gegeneinander in der Phase verstellen zu können, werden sie zweckmäßig
über ein um 90° schwenkbares Differential auf einer gemeinsamen Antriebswelle angeordnet.
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An Hand der Zeichnung sei die Theorie des Verfahrens und die Vorrichtung
der Erfindung näher erläutert.
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In den Abb. I und 2 sind zwei Ausführungsformen schematisch dargestellt.
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Mit A und B sind die in wesentlich einer Richtung federnden Lagerbrücken
bezeichnet, in denen der Auswuchtkörper mit seinem Schwerpunkt S und den Ausgleichsebenen
Ea und Eb gelagert ist. Im überkritischen Wuchtlauf treten an den Lagern die Ausschlagamplituden
X und Y auf.
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Zwischen diesen Werten X und Y und den auf die Ausgleichsebenen Ea
und Eb bezogenen Unwuchten Ua und Ub des Körpers bestehen die Beziehungen (vgl.
Den Hartog, Mechanische Schwingungen, Berlin I936, S. 229 ff.): Ua = X#c11 + Y#c12
Ub = X#c21 + Y#c22 (1) Hierbei bedeuten die Koeffizienten c11...c22: c11 = c/1([I+a]#Yv-b#Yu)
c12 = c/1([1 +ai.X-b.X c12 = c/1([1+b)#Yu-a.Yv) (2) c22 = c/1([1+b]#Xu-a.Xu) c =
zu Xu#Yv-Xv#Yu Abstand Lager A - Ausgleichsebene Ea Abstand der Ausgleichsebenen
Ev - Eb b = @ Lager B - Ausgleichsebene Eb Abstand der Ausgleichsebenen Ev - Eb
l' = Abstand der Ausgleichsebenen. a und b können an einem im Maschinenbett schräg
liegenden Lineal abgelesen werden. Die Einflußgrößen Xu, Xv, Yu, Yv werden nach
der Erfindung durch den Einfluß einer in der Lagerebene wirkenden Schwingerkraft
U = I bzw. V 1 auf die Ausschläge in den Lagern sA und B dargestellt (Abb. I), und
zwar ist Xu der Ausschlag am Lager A infolge der Schwingerkraft U = 1, in der Lagerebene
A wirkend; xv der Ausschlag am Lager A infolge der Schwinger kraft V = I, in der
Lagerebene B wirkend; Yu der Ausschlag am Lager B infolge der Schwingerkraft U =
1, in der Lagerebene A wirkend; Yv der Ausschlag am Lager B infolge der Schwingerkraft
V = I, in der Lagerebene B wirkend.
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Die Einflußgrößen Xu .Yv erfassen die Eigenmasse und das Trägheitsmoment
des zu wuchtenden Körpers. Sie werden erfindungsgemäß dadurch gemessen, daß vor
dem Wuchtlauf bei ruhendem Körper zusätzliche schwinger U und V in den Lagern A
ud B etwa in gleicher Phase oder nötigenfalls mit 180° Phasenverschiebung bei Wuchtdrehzahl
angetrieben werden und jeweils die Lagerausschläge beobachtet werden.
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Werden auf einer Maschine Körper verschiedener Abmessungen gewuchtet
(Universalmaschine) und ist die Benutzungsdauer dieser Maschine verhältnismäßig
stark, so ist die für jeden Körper neu zu erfolgende Berechnung der Koeffizienten
cll... c22 und die entsprechende Einstellung der Regelverstärker zu zeitraubend
und lästig. Es ist wirtschaftlich günstiger, durch entsprechende konstruktive Maßnahmen
die Zwischenrechnung zu umgehen. Eine Möglichkeit hierzu bietet die Anwendung des
Erfindungsgedankens in der Ausführungsforrn gemäß Abb. 2.
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Die beiden Lager werden an einer Traverse (Pendelstange) angelenkt,
die parallel zur Wuchtkörperachse schwingt. Die beiden Abstimmschwinger U und V
werden nicht an den Lagern selbst angebracht, sondern verschiebbar auf einer Traverse
(Abb. 2), so daß sie jeweils in die Ausgleichsebenen Ea und Eb geschoben werden
können. Die Anlenkung der Traverse kann zweckmäßig über eine Ühersetzung geschehen,
so daß entsprechend kleinere verschiebbare Abstimmschwinger notwendig werden.
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Die vektorielle Addition der in den Gleichungen (I) vorkommenden
Anteile von X und Y kann auf mechanischem Wege dadurch ausgeführt werden, daß die
beiden Lagerausschläge auf eine parallel zur Körperachse liegende Pendelstange oder
auch auf eine am Meßtisch angeordnete Pendelstange übertragen werden. Längs dieser
Pendelstange sind zwei Schwingungsmesser beliebiger Bauart, mechanisch oder elektrisch,
verschiebbar angeordnet, die den an ihrem Ort herrschenden Schwingungsausschlag
der Pendelstange messen. Wird der Schwingungsmesser A' an eine Stelle zwischen den
Lagern geschoben, die dem Koeffizientenverhältnis cl2/cll entspricht, der Schwingungsmesser
B' an eine Stelle, die dem Koeffizientenverhältnis c22/c2l entspricht, so mißt der
Schwingungsanzeiger A' nur die Größe und Phase der Unwucht Uv, während der Schwingungsmesser
B' nur die Unwucht Ub mißt. Die Unwucht Ua hat keine@Einfluß auf den Schwingeungsmesser
B' und die Unwucht Ub keinen Einfluß auf die Schwingungsanzeige bei A'.
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Haben die Schwingungsmesser eine veränderliche Übersetzung oder einen
regelbaren Verstärker, bei elektrischer Messung, so können die beiden Schwingungsmesser,
wenn ihre richtige Lage ermittelt ist, so eingestellt werden, daß sie die Unwuchten
Uv bzw.
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Ub unmittelbar im richtigen Maßstab abzulesen gestatten.
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Die notwcndige Berechnung der richtigen Lage der Meßgeräte wird vermieden,
wenn die Abstimmschwinger statt in den Lagern selbst an einer parallel zur Körperachse
schwingenden Traverse angebracht werden, und zwar so, daß sie genau in den Ausgleichsebenen
wirken (Abb. 2). Werden die Meßgeräte jetzt in die zu den beiden Ausgleichsebenen
des Körpers gehörenden dynamischen Stoßmittelpunkte Sta a und Sti geschoben, so
verschwinden ihre Ausschläge, sobald zur anderen Seite gehörende Abstimmunwucht
eingeschaltet wird.
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Bei dem Abstimmlauf kann gleichzeitig die Übersetzung der Meßgeräte
so eingeregelt werden, daß sie direkt die reduzierten Unwuchten nach Größe und Phase
richtig anzeigen.
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Bei extrem unsynimetrisclien Körpern oder Körpern mit sehr großem
Trägheitsmoment kann es vorkommen, daß vun den Koeffizienten c12 und C2i einer oder
alle beide negativ werden. Bei der Einstellung der Meßgeräte nach dem oben beschriebenen
Verfahren, Nullmethode, wird dies ohne weiteres berücksichtigt: Die richtige Lage
des Meßgerätes ist dann nicht zwischen den Lagern, sondern außerhalb.
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Der Wuchtvorgang bei einer solchen Wuchtmaschine ist dann folgender:
a) Einlegen des Körpers in die Maschine, Ankuppeln des Phasenindikators, Einstellen
der Abstimmschwinger in die Ausgleichsebenen; b) Abstimuilauf: Körper steht still,
nur Abstimmschwinger laufen: I. Schwinger U läuft: Meßgerät B' längs der Pendelstange
so lange verschieben, bis sein Ausschlag verschwindet: : Meßgerät B' steht im Stoßmittelpunkt
zur Ebene Ea, 2. Schwinger V läuft: Meßgerät A' längs der Pendelstange so lange
verschieben, bis sein Ausschlag verschwindet : MeßgerätA' steht im Stoßmittelpunkt
zur Ebene Eb, Regeln der Übersetzung am Meßgerät B', so daß sein Ausschlag Y gleich
V = I wird, 3. Schwinger U läuft: Regeln der Übersetzung am Meßgerät A', so daß
sein Ausschlag X gleich U 1 I wird; c) Buchtlauf :. Ablesen der Ausschläge Uv und
Ub nach Phase und Größe bei laufendem Körper und stillgesetzten Abstimmschwingern.
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Statt der vorstehend gezeigten erfindungsgemäßen mechanischen Einstellung
des Körpers mit körperlicher Verschicbung von Schwing-ungsaufnehmern und Abstimmschwingern
kann diese wEinstellung auch elektrisch durchgeführt werden unter Anwendung der
eingangs erwähnten elektrischen Schaltungen mit Tauchspulen als Schwingungsaufnehmer
an den schwingenden Lagerbrücken, Überlagerung der von den Tauchspulen erzeugten
Weehselspannungen in einem an sich bekannten Verhältnis (Ausschaltung jeweils der
Unwuchtwirkung einer Ausgleichsebene) und Zuführung dieser resultierenden Spannung
an die Drehspule eines hochempfindlichen Wattmeters.
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Es können alsdann erfindungsgemäß auch die Abstimmschwinger durch
elektrodynamische sogenannte Treibspulen zur Erzeugung wechselnder Kräfte ersetzt
werden, die im umgekehrten Sinn wie die Tauchspulen zur Umwandlung der mechanischen
Lagerschwingungen in elektrische Spannungen arbeiten und durch einen den erforderlichen
Abstimmkräften entsprechenden Wechselstrom betrieben werden. Durch eine diesen Abstimmspulen
(elektromagnetische Vorrichtung) vorgeschaltete elektrische Regeleinrichtung können
die Lagerstellen in solchem Verhältnis elektrodynamisch erregt werden, daß der Körper
trotz seines Stillstehens sich schwingungstechnisch so verhält als ob er überkritisch
rotierte und hierbei nur eine Unwucht in einer der beiden Ebenen wirke.
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Es wird also die bekannte Einstellung des elektrischen Rahmens durch
entsprechende Potentiometerschaltung gemäß der Erfindung durch einfachere Mittel
ersetzt.