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Verfahren zur Anzeige von Wuchtfehlern umlaufender Körper
In den meisten
Fällen regen auszuwuchtende umlaufende Körper beim Lauf mit der Betriebsdrehzahl
ihre Lager nur zu Schwingungen von sehr kleiner Amplitude, z. B. in der Größenordnung
von einigen Hundertstelmillimeter, an. Soll auf der Messung dieser Ausschläge ein
Auswuchtverfahren aufgebaut werden, dann müssen sie mit irgendwelchen Hilfsmitteln
stark vergrößert werden, um beobachtet werden zu können.
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Das geschah nach einem bekannten Verfahren in der Weise, daß durch
einen Geber von der mechanischen Schwingung ein elektrisches Abbild in Form einer
Wechselspannung geschaffen wurde. Diese Spannung läßt sich dann mittels eines elektrischen
Gerätes so weit verstärken, wie es für die weitere meßtechnische Verwertung notwendig
ist.
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Solche Verfahren haben jedoch den bedeutenden Nachteil, daß die elektrische
Abbildung in ungünstiger Weise frequenzabhängig ist. Schwingungen mit hohen Frequenzen
werden nämlich im Vergleich zu denen mit kleinen Frequenzen verhältnismäßig groß
wiedergegeben. Die Übertreibung der hohen Frequenzen wird meist noch durch dieFrequenzabhängigkeit
derverwendeten Verstärkungseinrichtung gesteigert. Diese wirkt nämlich im allgemeinen
in derselben Richtung. Durch diese Übertreibung der hohen Frequenzen geht die Meßgenauigkeit
hinsichtlich der der Umdrehungszahl ent-
sprechenden und daher allein
beim Auswuchtvorgang wichtigen Grundwelle stark zurück. Das kann u. U. in einem
derartigen Ausmaß geschehen, daß dasVerfahren überhauptversagt. Dieimallgemeinen
niederfrequenten Unwuchtschwingungen verschwinden nämlich unter dem vorhandenen
Störpegel. Dabei ist es gleichgültig, wie die der mechanischen Schwingung entsprechende
Spannung weiterverwendet wird. Dieser Mangel wird erfindungsgemäß dadurch behoben,
daß die bei der Messung störenden elektrischen Schwingungen vorzugsweise stark gedämpft
werden. Die besten Ergebnisse werden erreicht, wenn alle elektrischen Schwingingen
mit Ausnahme der der Umdrehungszahl entsprechenden Grundschwingung gedämpft. werden.
Da die Schwingungen mit tiefen Frequenzen aber meist ohnehin stark zurücktreten,
genügt es, nur die elektrischen Schwingungen zu dämpfen, deren Frequenzen größer
als die der Grundfrequenz sind. -In Fig. I der Zeichnung ist beispielsweise eine
Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt.
Dabei ist mit I das Stirnende der Welle des auszuwuchten'den umlaufenden Körpers
und mit 2 ein Lager bezeichnet,--an das- ein-Geber 3 zur Aufnahme er Unwuchtschwingungen
angestzt ist. Dieser besitzt einen Magneten 4, der als Dauermagnet oder als Elektromagnet
ausgebildet sein kann. Im vorliegenden Fall ist zur Erregung des Magneten 4 eine
Gleichstromwicklung 5 vorgesehen.
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In dem ringförmigen Luftspalt 6 des Magneten-kann eine ebenfalls ringförmige
Spule 7 schwingen, die an einer Masse 8 befestigt ist. Diese ist gegenüber dem Magneten
durch eine Feder 9 abgestützt. Wird der Geber in Schwingungen versetzt, so setzen
sich diese in elektrische Schwingungen in der Spule 7 um, da diese sich im Luftspalt
des Magneten 4 bewegt. Die derart erzeugten Wechselspannungen gelangen über die
Leiter 10 zum elektrischen Meßgerät 11, Mittels der elektrischen Blenden 12 werden
dabei gleichzeitig alle die elektrischen Schwingungen gedämpft, deren Frequenzen
höher als die der Grundschwingung sind.
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Die Blenden 12 können dabei - wie dargestellt - aus hintereinandergeschaltetem
induktivem und kapazitivem Widerstand bestehen. Dabei kann der induktive Widerstand
auch in die Leiter 10 eingeschaltet sein.
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Unter Umständen kann auch eine einzige Blende aus einem kapazitivenWiderstand
genügen, der so bemessen ist, daß er für alle die Spannungswellen einen Kurzschluß
darstellt, deren Frequenzen höher als die der Grundwelle sind. Auch eine Drossel
allein mit sinngemäßer Bemessung kann in einen der Leiter 10 gelegt werden. Es gelingt
nunmehr bei entsprechender Eichung des Meßgerätes II, die Größe der Unwucht festzustellen.
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Soll auch die Lage der Unwucht ermittelt werden, so ist noch eine
Zusatzeinrichtung erforderlich. Eine sQlche ist im folgenden beispielsweise angegeben
: Ein Anzeiger I3 ist mittels eines Körners 14 an das Stirnende der Welle I angesetzt
und wird daher entsprechend der Drehzahl der Welle in Umdrehungen versetzt. Der
Anzeiger baut sich aus einem mit dem Körner 14 über die Welle 15 verbundenen Läufer
I6 und einem Magneten I7 auf. Der Läufer I6 trägt eine Wicklung I8, deren Enden
mit den auf der gleichen Welle 15 sitzenden Schleifringen 19 bzw. 20 elektrisch
verbunden t t sind. Der Magnet 17 könnte auch umlaufend und die Wicklung I8 feststehend
angeordnet werden. Zwei am Läufer I8. bzw. Magneten I7 angebrachte Marken 24 bzw.
25 bezeichnen durch ihr Zusammenfallen diejenige Relativlage zwischen Läufer und
Magnet, bei der in der Spule I8 der Höchstwert der Spannung eintritt, also die Stellung,
bei der Spulenrichtung und Feldrichtung senkrecht aufeinander stehen. Mit Hilfe
des angedeuteten Gerätes gelingt es, eine der Drehzahl des umlaufenden Körpers entsprechende
Wechselspannung zu erzeugen. Wird diese Spannung durch Schließung des Schalters
21 und Öffnung des Schalters 22 - in de7n. elektrischen Kreis des Gebers in der
dargestellten Weise eingeschaltet, so gelingt es, die Lage derUnwucht festzustellen.
Es ist nur erforderlich, den Magneten 17 so lange um die Achse 15 zu drehen, bis
der höchste Ausschlag am Meßgerät 11 ablesbar ist. Das ist ohne weiteres verständlich,
wenn gleichzeitig die. Darstellung der Spannungskurven in Fig. 2 beachtet wird.
Dabei stellt die Kurve g den Spannungsverlauf der Grundwelle im Geberkreis und die
Kurve a die vom Anzeiger gelieferte Spannung dar. Befinden sich nach Einstellung
des Magneten 17 diese beiden Spannungen in Phase, so ist der resultierende Gesamtwert
der beiden Spannungskurven ein Maximalwert.
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-Aus der Lage des Magneten 17 kann dann ohne Schwierigkeiten auf
die räumliche Lage der Unwucht geschlossen werden. Der Läufer wird stillgesetzt,
während der Magnet I7 in seiner Lage festgehalten wird, was an der Stellung des
Zeigers 23 nachprüfbar ist. Dann wird der Läufer so gedreht, daß die Marke 24 auf
die Marke 25 einspielt. In - dieser Läuferstellung befindet sich dann die Unwucht
26 in der Horizontalebene links - von der Wellenmitte, d. h. das fehlende Ausgleichsgewicht
ist in der waagerechten Axialebene rechts von der Wellenmitte einzusetzen. Das ist
ohne weiteres klar; wenn folgender Zusammenhang beachtet wird: Durchläuft die Unwucht
26 die Horizontalebene, dann schwingt das Lager 2 im selben Augenblick durch seine
Gleichgewichtslage hindurch, hat also das Makimum der Schwingungsgeschwindigkeit
nach unteri gerichtet. Infolgedessen wird in der Spule 7 --in' diesem -Augenblick
ein Höchstwert der Spannung erzeugt. In der Darstellung nach Fig. 2 durchläuft also
die Grundwelle g in diesem Zeitpunkt ihren Höchstwert g,. Der Magnet 17 wurde so
lange gedreht, bis das Anzeigegerät 11 einen Höchstwert der Gesamtspannung r anzeigte.
Das ist aber nur dann der Fall, wenn - wie in Fig. 2 gezeichnet - die Spannungswelle
a des Anzeigers 13 phasengleich mit der des Gebers 3 verläuft. Sie muß also in dem
herausgegriffenen Zeitpunkt ebenfalls gerade - ihren Höchstwert al durchlaufen;
Das tritt ein dem-- A-ugenblick ein; in dem die -Haup trichtung der Spule~I8 des
Anzeigers' 13 senkrecht zur-Hauptfeldrichtung des Magneten 17 steht. Diese Relativlage
ist durch das Zusammenfallen der mit der Spule 18 mit umlaufenden Marke 24 mit der
am Magneten 17 fest angebrachten Marke 25. gekennzeichnet.
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Hält man jetzt den Magneten'l7 in dieser Lage fest, was an der Stellung
des Zeigers 23-nachprüfbar ist, setzt den Luferstill und-dreht--ilm nach eingetretenem
Stillstand
so weit, daß die Marken 24 und 25 aufeinanderfallen, dann ist dies eine Stellung
des Läufers, bei der die Unwucht in der Horizontalebene liegt.
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In der in Fig. I dargestellten Einrichtung wurde -angenommen, daß
bei dem vorliegenden Wickelsinn der Spulen 7 und 18 und der vorliegenden Polarität
der Magneten 4 und I7 das positive Maximum der Spannungen g und a dann eintritt,
wenn das Lager von oben nach unten schwingt. Daher befindet sich bei dem eingezeichneten
Drehsinn die Unwucht bei der nach der Durchführung der Messung eingestellten Lage
des Wuchtkörpers links vom Wellenmittelpunkt.
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Das Ausgleichsgewicht ist also in dieser Stellung rechts vom Wellenmittelpunkt
einzusetzen. Hätte man die Polarität eines der Magneten 4 bzw. I7, den Wickelsinn
einer der Spulen 7 bzw. I8, die Anschlüsse an den Schleifringen 19 und 20 oder die
am Schalter 22 vertauscht, dann wären bei der gezeichneten Stellung der ganzen Einrichtung
die Spannungen g und a in Gegenphase zueinander. Man würde dann einen Spannungstiefstwert
am Anzeigegerät II beobachten und das verlangte Ausschlagsmaximum erst erhalten,
wenn man den Magneten 17 um I80" gedreht hat.
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Die Marke 24 würde dann am Magneten I7 eine Stelle bezeichnen, die
um I80" gegenüber der Marke 25 auf dem Magneten I7 versetzt liegt. Wird das beachtet,
so kommt man zum gleichen Ergebnis wie vorher.
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Dieser Zusammenhang zwischen den Marken 24 und 25 und der Unwuchtlage
wird ein für allemal durch probeweises Einsetzen eines Ausgleichsgewichtes festgestellt.
Dann werden die miteinander verbundenen Klemmen der Geräte und die Pole der Erregerwicklung
5 bezeichnet. Verbindet man dann bei späterer Anwendung die Klemmen in der gekennzeichneten
Weise, dann ist die Lage der Unwucht mit dem Aufeinauderfallen der Marken 24 und
25 eindeutig bestimmt, z. B. Unwucht links, entsprechendes Ausgleichsgewicht rechts.
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An Stelle des Anzeigers I3 kann auch ein Stroboskop zur Feststellung
der Phasenlage venvendet werden.
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Die im Geberkreis vorhandene Spannung kann, gegebenenfalls nach Verstärkung,
einer Glimmlampe zugeführt werden, die einen radialen Strich am Stirnende der Welle
bestrahlt.
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Oft kann es vorteilhafter sein, als Stroboskop eine beispielsweise
von Hand gedrehte Lochscheibe zu verwenden. Zu diesem Zweck wird durch den Wechselstrom
im Geberkreis ein Oszillograph erregt. Durch die Lochscheibe werden dann gleichzeitig
der mit einer Marke versehene umlaufende Körper und der Oszillograph beobachtet.
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Erfindungsgemäß gelingt es, alle Störungen völlig auszuschalten,
wie sie z. B. durch Körperschall, etwa durch die benachbarten Wälzlager, durch Eigenschwingungen
der Geber, durch die etwa von einem unvermeidlichen Antriebsriemen herrührenden
Schläge oder durch Schwingungen entstehen, die von in der Nachbarschaft laufenden
Maschinen auf die auszuwuchtenden Körper übertragen werden. Auch Einstreuungen magnetischen
Ursprungs, wie sie beim Auswuchten elektrischer Maschinen mittels elektrischer Meßgeräte
oft störend bemerkbar sind, werden ausgeschaltet, da sie eine höhere Frequenz haben
als die von der Unwucht herrührenden Schwingungen und daher durch die Glieder 12
unschädlich gemacht werden. Es gelingt demnach einwandfrei, Größe und Phasenlage
der Unwucht festzustellen und damit eine vollkommene Auswuchtung zu erreichen.