DE932331C

DE932331C - Electrical measuring device for determining unbalance by means of selective rectification

Info

Publication number: DE932331C
Application number: DESCH9969A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr-Ing Federn; Heinz Dr-Ing Haardt
Original assignee: Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1952-07-11
Filing date: 1952-07-11
Publication date: 1955-08-29

Description

Elektrische Meßeinrichtung zur Unwuchtbestimmung mittels selektiver Gleichrichtung Seit man mechanisch-elektrische Schwingungsaufnehmer in der Form sogenannter Tauchspulenaufnehmer anwendet, gibt es Einrichtungen, die mit einem Kontaktunterbrecher arbeiten, der vom umlaufenden Wuchtkörper gesteuert wird. Im einfachsten Fall wird zwischen Tauchspule und Gleichstrommeßgerät ein Unterbrecher geschaltet, der den Stromdurchgang während einer halben Wuchtkörperumdrehung freigibt und während der anderen halben Umdrehung sperrt. Hierzu genügt z. B. ein Unterbrecherkontakt, der von einer synchron mit dem Wuchtkörper umlaufenden Nockenscheibe betätigt wird. Von der sinusförmigen Spannung, die eine Unwucht erzeugt, wird also nur eine halbe Welle durchgelassen. Man kann den feststehenden Teil des Unterbrechers in seiner Winkellage so verdrehen, daß die positive Halbwelle vollständig durchgelassen und die negative Halbwelle vollständig gesperrt wird. Das Gleichstrommeßgerät zeigt dann ein Ausschlagsmaximum. Die zugehörige Stellung des Unterbrecherstators läßt die Winkellage der Unwucht erkennen. Es erscheint auf den ersten Blick, als ob dieses Verfahren nur auf Unwuchtschwingungen, nicht aber auf Störschwingungen anderer Frequenz anspricht. Eine genaue Analyse zeigt jedoch, daß ungerade Harmonische, wie die 3. Harmonische, die 5. Harmonische usw., eine Anzeige am Gleichstrommeßgerät hervorrufen, wodurch eine nicht vorhandene Unwucht vorgetäuscht werden kann. Die Harmonischen von der 5. Harmonischen aufwärts kommen beim Auswuchten seltener vor, dagegen ist es notwendig, daß der schädliche Einfluß der 3. Harmonischen in der Schwingungskurve ausgeschaltet wird, da er erfahrungsgemäß zu Fehlmessungen führen kann. Es ist bekannt, den Einfluß der 3. Harmonischen dadurch auszuschalten, daß als Unterbrechungsdauer nicht I800, sondern 2400 gewählt werden. Dieses Verfahren verbietet sich jedoch bei Unwuchtmessungen, weil bei einer Unterbrechungsdauer von 2400 die geraden Harmonischen, insbesondere auch die in der Schwingungskurve häufig auftretende 2. Harmonische, nicht eliminiert werden.Electrical measuring device for determining unbalance by means of selective Rectification Since one mechanical-electrical vibration sensor in the form of so-called If moving coil pick-up is used, there are facilities that use a contact breaker work, which is controlled by the rotating balancing body. In the simplest case it will A breaker is connected between the plunger coil and the DC current meter, which controls the Releases current passage during half a balancing body rotation and during the another half turn. For this purpose z. B. a break contact, the is actuated by a cam disk rotating synchronously with the balancing body. So only half of the sinusoidal voltage that creates an imbalance is generated Wave passed. You can see the fixed part of the breaker in his Rotate the angular position so that the positive half-wave is completely allowed through and the negative half-wave is completely blocked. The DC meter shows then a maximum deflection. The associated position of the interrupter stator leaves recognize the angular position of the imbalance. At first glance it appears as if this Process only for unbalance vibrations, but not for interfering vibrations of other frequencies appeals to. However, a detailed analysis shows that odd harmonics, such as the 3rd Harmonics, the 5th harmonic, etc., cause a display on the DC current meter, whereby a non-existent imbalance can be simulated. The harmonics from the 5th harmonic upwards occur less frequently during balancing, but it is it necessary that the harmful influence of the 3rd harmonic in the oscillation curve is switched off, since experience has shown that it leads to incorrect measurements can lead. It is known to eliminate the influence of the 3rd harmonic by that not I800 but 2400 are selected as the interruption duration. This method However, it is not recommended for unbalance measurements because there is an interruption period of 2400 the even harmonics, especially those often found in the oscillation curve occurring 2nd harmonic, are not eliminated.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Unterbrechungsanordnung, mit der die Unwucht nach Richtung und Größe oder in Form ihrer Komponenten für bestimmte Koordinatenrichtungen angezeigt, dabei aber alle geraden Harmonischen in der Schwingungskurve und außerdem von den ungeraden Harmonischen die besonders gefährliche 3. Harmonische mit ihren schädlichen Einflüssen auf die Anzeige ausgeschlossen werden können. Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Anordnung ist ein Spezialmeß- und -anzeigeinstrument mit zweigeteilter Spule und eine steuerbare Kontaktanordnung, die derart in den Stromkreis zwischen Meßinstrument und Schwingungsaufnehmer eingeschaltet ist, daß der von Schwingungsaufnehmern erzeugte Wechselstrom zeitweise ausschließlich durch die eine Spulenwicklung, zeitweise ausschließlich durch die andere Spulenwicklung fließt, und zwar so, daß das entstehende Magnetfeld die gleiche Richtung wie das in der ersten Spulenwicklung erzeugte hat, und, wie an sich bekannt, zwischendurch zeitweise unterbrochen ist. The invention relates to an interruption arrangement, with the unbalance according to direction and size or in the form of its components for certain Coordinate directions displayed, but all even harmonics in the oscillation curve and also of the odd harmonics the particularly dangerous 3rd harmonic with their harmful effects on the display can be excluded. Characteristic for the arrangement according to the invention is a special measuring and display instrument with two-part coil and a controllable contact arrangement, which is so in the circuit between the measuring instrument and the vibration sensor is switched on, that of the vibration sensor Generated alternating current at times exclusively through the one coil winding, at times flows exclusively through the other coil winding, in such a way that the resulting Magnetic field has the same direction as that generated in the first coil winding, and, as is known, is occasionally interrupted.

Die Kontaktanordnung kann dabei erfindungsgemäß aus einer synchron mit dem auszuwuchtenden Körper umlaufenden Kulissen- oder Nockenscheibe bestehen, die mit drei verschiedenen, entsprechend abgestuften Radien einen Wechselschalter oder eine andere derartige Unterbrecheranlage so steuert, daß die von den Schwingungsaufnehmern erzeugten Wechselströme auf die zuvor beschriebene Weise durch das Meß- und Anzeigeinstrument geleitet werden. According to the invention, the contact arrangement can consist of a synchronous with the body to be balanced circulating link or cam disk exist, those with three different, correspondingly graduated radii have a changeover switch or another such interrupter system controls so that the vibration sensors generated alternating currents in the manner described above by the measuring and display instrument be directed.

Zur Unterdrückung der 3. sowie aller geradzahligen Harmonischen wird durch entsprechende Abstufung der Nockenscheibe ein solches Zusammenwirken von Anzeigeinstrument und Nockenscheibe bewirkt, daß während jedes Körperumlaufes der Stromdurchgang abwechselnd durch die eine oder durch die andere Spulenwicklung des Meßinstrumentes in gleich großen, vorzugsweise um I80° gegeneinander versetzten Zeitabschnitten erfolgt und in zwei gleich großen, vorzugsweise um 1 8o0 gegeneinander versetzten Zeitabschnitten unterbrochen ist, wobei die einander gleichen Unterbrechungszeitabschnitte halb so groß wie die einander gleichen Stromdurchgangszeitabschnitte sein können. To suppress the 3rd and all even-numbered harmonics such an interaction of the indicating instrument through appropriate gradation of the cam disk and the cam causes the current to pass alternately during each body revolution through one or the other coil winding of the measuring instrument in the same large periods of time, preferably offset by 180 ° from one another, and in two equal periods of time, preferably offset from one another by 1 8o0 is interrupted, the mutually identical interruption time periods half as large as the current passage time segments that are equal to one another can be.

Zwar lassen sich die genannten Harmonischen, wie früher bereits vorgeschlagen wurde, bei Anzeige mit einem normalen Drehspulgerät unterdrücken, wenn man mit Hilfe einer an der Prüfkörperwelle umlaufenden Schalteinrichtung in Verbindung mit einer Gleichrichter- und Widerstands anordnung die dazu erforderlichen Stromunterbrechungen und Stromdurchgänge durch das Drehspulgerät hervorruft. Diese Einrichtung hat aber gegenüber der Erfindung den Nachteil, daß ein schwieriges Abgleichen der in einer Art doppelter Brückenschaltung angeordneten Widerstände erforderlich ist und daß die Anlage störanfällig, durch ein eventuelles Ausfallen der Gleichrichter empfindlich und dazu noch sehr aufwendig ist. It is true that the harmonics mentioned can be used, as suggested earlier was suppressed when displaying with a normal moving coil device when using a switching device rotating on the test body shaft in connection with a Rectifier and resistor arrangement the necessary power interruptions and causes electrical current to pass through the moving coil device. But this facility has compared to the invention the disadvantage that a difficult adjustment of the in a Type of double bridge circuit arranged resistors is required and that the system is prone to failure, sensitive to a possible failure of the rectifier and is also very complex.

Gegenüber einer einfachen Unterbrecheranlage mit nur einem Kontakt bringt die erfindungsgemäße Unterbrecheranlage außer der erwähnten Beseitigung des Einflusses ungeradzahliger Harmonischer auch den Vorteil, daß durch das Meßinstrument im Mittel doppelt soviel Strom fließt wie bei einer einfachen Unterbrecheranlage und daß ferner die Frequenz der Drehmomentschwankungen, die auf die Zeigerachse wirken, doppelt so hoch liegt, wie bei einfacher Unterbrechung. Diese Wirkung ließe sich auch unter Verwendung eines normalen Drehspulgerätes als Meß- und Anzeigeinstrument in Verbindung mit einer an sich bekannten Kommutiereinrichtung erzielen. Letztere hat jedoch gegenüber der erfindungsgemäßen Anordnung den großen Nachteil, daß sie mindestens zwei Nockenscheiben und doppelt soviel Kontakte benötigt. Compared to a simple interrupter system with only one contact brings the interrupter system according to the invention in addition to the aforementioned elimination of the Influence of odd harmonics also has the advantage that by the measuring instrument on average twice as much current flows as with a simple interrupter system and that furthermore the frequency of the torque fluctuations on the pointer axis act, is twice as high as with a single interruption. This effect would leave using a normal moving coil device as a measuring and display instrument in connection with a commutation device known per se. Latter However, compared to the arrangement according to the invention has the major disadvantage that it at least two cams and twice as many contacts are required.

In den Abb. Ta und Ib sind als Beispiele die wesentlichsten Teile einer Schaltung für die neue Anordnung dargestellt. Mit I ist der Wuchtkörper bezeichnet, dessen Schwingungen von den Schwingungsaufnehmern 3 an den beiden schwingenden Lagern 2 aufgenommen und in Wechselspannungen umgeformt werden. Die Wechselspannungen können über ein Schaltgerät 4 wahlweise unmittelbar oder in bestimmten Anteilen gemischt an das Meß-und Anzeigeinstrument 10 weitergeleitet werden. In Figs. Ta and Ib are the most important parts as examples a circuit for the new arrangement is shown. The balancing body is designated with I, its vibrations from the vibration sensors 3 on the two vibrating bearings 2 and converted into alternating voltages. The alternating voltages can Via a switching device 4 either directly or mixed in certain proportions be forwarded to the measuring and display instrument 10.

Der Körper wird über eine Gelenkwelle 5 von dem Antrieb 6 in Drehung versetzt. Synchron mit dem Körper I läuft die Nockenscheibe 7 um. Auf der Nockenscheibe schleift der Finger 8 einer Kontaktfeder, der, solange er auf dem Nocken A der Scheibe 7 schleift, den Kontakt 9A und, solange er auf dem Nocken C schleift, den Kontakt 9c schließt.The body is rotated by the drive 6 via a cardan shaft 5 offset. The cam disk 7 rotates synchronously with the body I. On the cam disc the finger 8 grinds a contact spring, which, as long as it is on the cam A of the disc 7 slides the contact 9A and, as long as it slides on the cam C, the contact 9c closes.

Die Kontaktgabe ist in den Bereichen B und D unterbrochen. Das Meßinstrument 10 besitzt eine Wicklung, die in der Mitte geteilt ist und die Anschlüsse IIA, 11M und IIc besitzt. Der mittlere Anschluß 11M ist mit dem einen Pol des Schaltgerätes 4 verbunden, von dessen anderem Pol ein Strom über den Kontaktfinger 8 und die -Kontakte 9A oder 9c zu den Wicklungsenden IIA oder IIc fließen kann.The contact is interrupted in areas B and D. The measuring instrument 10 has a winding which is divided in the middle and the connections IIA, 11M and IIc. The middle connection 11M is connected to one pole of the switching device 4 connected, from the other pole a current through the contact finger 8 and the contacts 9A or 9c can flow to the winding ends IIA or IIc.

In Abb. 2 geben die Rechtecke 20 die Zeitabschnitte an, in denen ein Strom über den Kontakt 9A und durch die Wicklung zwischen den Klemmen IIA und 11M fließt. Die um eine halbe Periode phasenverschobenen Rechtecke 2I geben die Zeiten an, in denen der Strom über den Kontakt 9c und die Wicklungsklemmen IIc und 11M fließt. Die Kurve 22 veranschaulicht den angenommenen Verlauf der von einem Schwingungsaufuehmer 3 ab- gegebenen Wechselspannung. Infolge dieser Wechselspannung fließt in den Zeitabschnitten A ein Strom durch das Meßgerät, der durch die Kurvenstücke 23 graphisch dargestellt ist. Während der Zeitabschnitte C fließt ein Strom gemäß den Kurvenstücken 24 durch die andere Hälfte der Wicklung. Da letztere in entgegengesetztem Sinne durchlaufen wird, bedeutet sie eine Umpolung bzw. In Fig. 2, the rectangles 20 indicate the time segments in which a current through contact 9A and through the winding between terminals IIA and 11M flows. The rectangles 2I phase-shifted by half a period give the Times in which the current through the contact 9c and the winding terminals IIc and 11M flows. The curve 22 illustrates the assumed course of a Vibration sensor 3 from given alternating voltage. As a result of this AC voltage flows in the time periods A through the measuring device, the is graphically represented by the curve pieces 23. During the periods of time C a current flows according to the curve pieces 24 through the other half of the winding. Since the latter is run through in the opposite sense, it means a polarity reversal respectively.

Vorzeichenumkehr in der graphischen Darstellung.Reversal of sign in the graphical representation.

Der wirksame Strom durch die Wicklung in den Zeitabschnitten C ist also in Abb. 2 durch die gestrichelt gezeichneten Kurvenabschnitte 24' wiedergegeben. Während der Zeitabschnitte Bund D fließt kein Strom durch die Wicklungen. Die Flächen 25 unter den Kurvenstücken 23 und 24' sind ein Maß für das Drehmoment, das auf den Zeiger des Drehspulinstrumentes ausgeübt wird.The effective current through the winding in the time periods C is thus reproduced in Fig. 2 by the dashed curve sections 24 '. No current flows through the windings during the time periods B and D. The surfaces 25 under the curve pieces 23 and 24 'are a measure of the torque that is applied to the Pointer of the moving coil instrument is exercised.

Es läßt sich nachweisen, daß der Zeigerausschlag am größten ist, wenn der Gipfelpunkt der Stromkurve 22 mit der Mitte des Zeitabschnittes A zusammenfällt. Die Zeitabschnitte B und D sind dabei als gleich groß vorausgesetzt. Es läßt sich weiterhin nachweisen, daß Störschwingungen mit der doppelten Frequenz, d. h. also die 2. Harmonische im Schwingungsverlauf, nicht vom Meßinstrument angezeigt werden, wenn die Zeitabschnitte =4 und C gleich groß sind. Das gleiche gilt für alle geradzahligen Harmonischen. Es läßt sich schließlich ebenfalls nachweisen, daß die 3. Harmonische im Schwingungsverlauf ohne Einfluß auf die Messung bleibt, wenn die Zeitabschnitte B und D halb so groß wie die Zeitabschnitte 24 und C sind sowie B = D und A = C ist. Durch Wahl anderer Größen für die Zeitabschnitte B und D können andere ungeradzahlige Harmonische zum Verschwinden gebracht werden. It can be shown that the pointer deflection is greatest, when the peak of the current curve 22 coincides with the middle of the time segment A. The time segments B and D are assumed to be of the same size. It can be also prove that spurious vibrations with twice the frequency, d. H. so the 2nd harmonic in the waveform is not displayed by the measuring instrument, if the time periods = 4 and C are equal. The same goes for all even-numbered ones Harmonics. Finally, it can also be demonstrated that the 3rd harmonic remains in the course of the oscillation without any influence on the measurement if the time segments B and D are half the size of the time segments 24 and C, and B = D and A = C is. By choosing other sizes for the time segments B and D, other odd-numbered Harmonics are made to disappear.

Wenn eine Unwucht nach Größe und Winkellage angezeigt werden soll, dann läßt sich dies beispielsweise dadurch erreichen, daß die Einrichtung mit dem Kontaktfinger 8 und den beiden Kontakten 9A und 9c so lange um die Achse der Nockenscheibe 7 gedreht wird, bis das Meßinstrument ein Maximum anzeigt. Dreht man die Kontaktanlage um weitere go0, dann muß am Meßinstrument die Anzeige 0 erscheinen. Auf diese Weise läßt sich die Winkellage der Unwucht sehr genau bestimmen. If an unbalance is to be displayed according to size and angular position, then this can be achieved, for example, in that the device with the Contact fingers 8 and the two contacts 9A and 9c so long around the axis of the cam disk 7 is turned until the measuring instrument shows a maximum. If you turn the contact system by another go0, then the display 0 must appear on the measuring instrument. In this way the angular position of the unbalance can be determined very precisely.

Das Verdrehen der Kontaktanlage um weitere go0 bleibt erspart, wenn eine zweite Nockenscheibe, ein zweiter Kontaktfinger und ein zweites Paar Kontakte verwendet wird, die wahlweise in den Stromumlauf einschaltbar sind. Die zusätzliche Nockenscheibe ist gegenüber der ersten Nockenscheibe um go0 zu versetzen. Die beiden Kontaktanlagen werden stets zusammen verdreht. Zur Anzeige des Maximums, also der Größe der Unwucht, wird die erste Kontaktanlage eingeschaltet, zur genauen Anzeige der Winkellage wird auf die zweite Kontaktanlage umgeschaltet. There is no need to rotate the contact system by another go0 if a second cam, a second contact finger, and a second pair of contacts is used, which can optionally be switched into the current circulation. The additional The cam disk is opposite the first cam disk to offset go0. The two Contact systems are always twisted together. To display the maximum, i.e. the The size of the unbalance, the first contact system is switched on, for an exact display the angular position is switched to the second contact system.

Die Ausführung mit zwei um go0 versetzten Nockenscheiben und zwei Kontaktanlagen kann auch dazu verwendet werden, die Unwuchten in ihren Komponenten für ein vorgegebenes Koordinatensystem zu bestimmen. Es ist aber auch möglich, hier mit einer einzigen Nockenscheibe zu arbeiten, wenn die beiden Kontaktfinger mit go0 Versetzung auf der Nockenscheibe aufliegen. The version with two cams offset by go0 and two Contact systems can also be used to remove the imbalances in their components to be determined for a given coordinate system. But it is also possible here to work with a single cam disc if the two contact fingers are with go0 offset rest on the cam disk.

Die gleiche Wirkung wie mit der beschriebenen Kontaktanordnung läßt sich auch dadurch erreichen, daß die Stromkreise der beiden Tauchspulen 3 ständig durch die beiden Wicklungen der Meßinstrumentspule, aber in einander entgegengesetzten Richtungen geführt sind und die Kontaktanordnung so eingerichtet ist und gesteuert wird, daß sie abwechselnd die eine oder die andere Wicklung kurzschließt. Can have the same effect as with the contact arrangement described can also be achieved in that the circuits of the two plunger coils 3 are constantly through the two windings of the meter coil, but in opposite directions Directions are guided and the contact arrangement is set up and controlled is that it alternately shorts one or the other winding.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Electrical measuring device for determining unbalance on rotating bodies in which the mechanical-electrical vibration sensors Circulating body vibrations transformed into electrical voltages as temporarily interrupted electrical currents are fed to an electrical measuring and display instrument, characterized by a measuring and display instrument provided with a two-part coil and a controllable contact arrangement, which is so in the circuit between the measuring instrument and vibration sensor is switched on that the generated by vibration sensors Alternating current at times exclusively through one coil winding, at times exclusively flows through the other coil winding in such a way that the resulting magnetic field has the same direction as that created in the first coil winding, and how known per se, is occasionally interrupted in between.

2. Device according to claim I, characterized in that during Each cycle of the body alternates between the passage of current through the one or through the other coil windings of the measuring instrument in the same size, preferably around I800 mutually offset periods of time takes place.

3. Device according to claim I, characterized in that during each body circulation the current passage through both coil windings in two equal large periods of time, preferably offset from one another by 1800 is.

4. Device according to claims 2 and 3, characterized in that that the mutually equal interruption periods are half as large as each other are the same current passage periods.

5. Device according to one of claims I to 4, characterized in that that for contact control at least one rotating synchronously with the circulating body Disc (7) with cams up to D) is used on which at least one contact spring (8) grinds.

6. Device according to one of claims I to 5, characterized in that that the contact arrangement is arranged rotatably about the cam disk axis.

7. Device according to one of claims I to 6, characterized in that that two cam disks offset from one another by 900 with regard to their cams each with a slide spring and associated contact arrangement are provided, the Can optionally be switched into the current circulation between the vibration sensor and the measuring instrument are and can be arranged rotatably together about the cam disk axes.

8. Device according to one of claims I to 6, characterized in that that for contact control a cam disk rotating synchronously with the recirculating body. is used, on which two contact springs, offset from one another by go0, slide.

9. Device according to one of claims I to 4, characterized in that that the vibration sensor is connected to the two windings of the measuring instrument coil are connected that oppositely directed currents in the windings flow and that a controllable contact arrangement alternately one or the other Winding shorts. Cited publications: German patent specifications No. 834 764, 835 210.