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Vorrichtung zum Messen der Unwuchtgröße eines umlaufenden Körpers
Zur
Messung der Unwucht eines umlaufenden Körpers ist es üblich, sie von den erzeugten
Schwingungen in zwei Ausgleichsebenen zu bestimmen. Dabei werden bei bekannten Einrichtungen
dieser Art die mechanischen Schwingungen in elektrische Wechselsträme gewandelt.
Da die Lagerebenen des umlaufenden Körpers aus praktischen Gründen nicht mit den
Ausgleichsebenen zusammenfallen können, ist es erforderlich, aus den in den Lagern
gemessenen Unwuchtschwingungen diebe in den Ausgleichsebenen vorzunehmenden Massenänderungen
auszurechnen. Auswuchtmaschinen mit Einrichtungen zur Durchführung derartiger Rechnungen
sind bekannt.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen der Unwuchtgröße
eines umlaufenden Körpers in zwei Ausgleichsebenen, jeweils unabhängig von der Unwucht
in der anderen Ausgleichsebene, an Auswuchtmaschinen mit kraftmessenden, z. B. piezoelektrischen
Gebern. Sie setzt sich das Ziel, eine besonders einfache Rechenvorrichtung für eine
derartige Auswuchtmaschine zu schaffen.
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Die Erfindung ist demgemäß gekennzeichnet durch zwei gleiche, senkrecht
zu einer Grundlinie angeordnete Spannungsteiler, von denen der eine im Stromkreis
des linken, der andere in dem des rechten Gebers liegt, und durch einen die Abgriffe
dieser Spannungsteiler tragenden, abwechslungsweise
um zwei bestimmte
Punkte der Grundlinie drehbaren Stab sowie durch einen zwischen den Abgriffen liegenden
Spannungsmesser.
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Die Erfindung ist im folgenden an Hand schematischer Darstellungen
an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Die Abb. I gibt einen schematischen Überblick der hier beschriebenen
Auswuchtapparatur wieder.
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Der Wuchtkörper I rotiert in den Lagern 2 um seine Figurenachse. Die
Lager 2 werden mittels Vorspannfedern 3 gegen piezoelektrische Kristalle 4, 4' gedrückt,
die ihrerseits gegen die raumfeste große träge Masse des Maschinenbettes 5 abgestützt
sind.
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- Dividiert man die auf die Lager 2 wirkenden Unwuchtkräfte durch
die entsprechende Kristallschnittfläche, so erhält man die auf die Kristalle wirkenden
Wechseldrücke, denen die elektrische Ausgangsspannung der Piezokristalle 4, 4' proportional
ist.
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Zur Erhöhung der Empfindlichkeit ist es natürlich auch möglich, die
Unwuchtkräfte erst über einen oder mehrere Hebelarme auf den Piezokristall 4 bzw.
4' wirken zu lassen.
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Die Unwucht jedes sich drehenden Körpers läßt sich durch Hinzufügen
oder Abnehmen von Massen in zwei möglichst weit voneinander entfernten Ausgleichsebenen
I und II (vgl. Abb. I) beseitigen.
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Andererseits kann man sich die einem Wuchtkörper anhaftende Unwucht
aus zwei in diesen EbenenI und II angebrachten Massen mI und rnu zusammengesetzt
denken, wobei der Körper ohne diese Zusatzmassen als ideal ausgewuchtet angesehen
wird.
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Bei einer Rotation des Wuchtkörpers werden durch beide Zusatzmassen
mI und ,n1I Zentrifugalkräfte hervorgerufen, die sich nach den Gesetzen der Statik
auf die beiden Lagerebenen III und IV verteilen. Somit werden also die in den piezoelektrischen
Kristallen 4 bzw. 4' erzeugten elektrischen Wechselspannungen durch die beiden in
den Ebenen I und II wirkenden Kräfte PI und II gemeinsam hervorgerufen. Man kann
also nicht ohne weiteres die Kräfte Xt und 5:12 getrennt und unabhängig voneinander
messen, was aber zur Auswuchtung erforderlich ist.
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In Abb. 2 ist nur eine Anordnung schematisch dargestellt, durch die
es möglich ist, die Kräfte po und X2 getrennt zu erfassen. In den Ebenen III und
IV, in denen die Lager 2 und die piezoelektrischen Geber 4, 4' liegen, sind gleichartige
lineare Spannungsteiler 6. und 7 angeordnet. Der Spannungsteiler 6 liegt im Stromkreis
des linken, 4', der Spannungsteiler 7 im Stromkreis des rechten Kristallgebers 4.
Auf jedem der Spannungsteiler 6 und 7 ist ein Abgriffsglied 6', 7' verschiebbar
angeordnet. Diese sind zu zwei Klemmen geführt, zwischen denen eine Meßspannung
UII abgenommen werden kann.
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Die an den Spannungsteilern 6 und 7 abgegriffenen Teilspannungen
sind also in der Meßspannung UI, additiv überlagert. In der Ausgleichs ebene I ist
ein Hebel 8 bei 9 schwenkbar gelagert, der die Abgriffsglieder 6', 7' mechanisch
miteinander verbindet. In der gezeichneten Stellung wird durch den Abgriff 7' eine
Teilspannung abgegriffen, die propoftionat bist (L = Gesamtlänge des Spannungsteilers),
während die durch den Abgriff 6' abgenommene Teilspannung proportional L ist. Bei
jeder L Stellung des Hebels 8 gilt die geometrische Beziehung e a L L = a:(b + c),
wobei der Abstand der Ausgleichsebene I von der Lagerebene III mit a und der von
der Lagerebene IV mit b + c bezeichnet ist. Es läßt sich zeigen, daß dann, wenn
obige Bedingung erfüllt ist, die Gleichung U1L = const gilt. Das bedeutet aber,
daß mit der Summe UII der Teilspannungen, abgesehen von einer Apparatekonstanten,
die Unwuchtskraft in der Ausgleichsebene II gemessen wird, wobei dieser Meßwert
von dem durch die Kraft p1 erzeugten Restmoment unabhängig ist.
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In sinngemäßer Weise kann die in der Ausgleichsebene I erzeugte Unwuchtkraft
Spi unabhängig von dem von pIr herrührenden Restmoment bestimmt werden. Durch den
Hebel 8 ist immer eine solche Einstellung der Spannungsteilerabgriffe 6', 7' gewährleistet,
daß die obige Kompensationsbedingung erfüllt ist.
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Mit der beschriebenen Vorrichtung läßt sich also eine restmomentfreie
Messung der Unwuchtkräfte in beiden Ausgleichsebenen bequem durchführen.
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Zur Bestimmung der Lage der Unwucht lassen sich zusätzlich die verschiedenen
dafür bekannten Methoden anwenden. Man kann auch unter Anwendung der vorliegenden
Erfindung das sogenannte »geortete Wuchten« durchführen, eine Methode, die bekanntlich
darin besteht, innerhalb einer Ausgleichsebene die Unwuchtmassen in zwei senkrecht
aufeinanderstehenden Komponenten zu messen.
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Da die Unwuchtkräfte proportional mit dem Quadrat der Drehzahl des
Wuchtkörpers anwachsen, muß für alle Wuchtkörper die gleiche Drehzahl gewährleistet
sein. Man wird also für den Antrieb des Wuchtkörpers am besten einen Synchronmotor
verwenden.
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Die an den Potentiometern abgegriffenen elektrischen Wechselspannungen
werden einem Verstärker zugeführt und, um einen bestimmten Faktor verstärkt, zur
Anzeige gebracht. Dieses Anzeigeinstrument kann dann bei sichergestellter konstanter
Tourenzahl des Wuchtkörpers direkt in Gramm (Masse), bezogen auf den Ausgleichsradius
1 cm, geeicht werden. Soll der Unwuchtausgleich auf einem Radius von 2, 3 cm ...
usw. vorgenommen werden, so braucht man nur mittels einer Spannungsteilerschaltung
den Verstärkungsgrad des Verstärkers auf die Hälfte, ein Drittel usw. zu reduzieren,
was ohne weiteres stufenlos mit einem Potentiometer vorgenommen werden kann. Somit
ist es auch möglich, die Unwuchtmasse, auf jeden
gewünschten Radius
bezogen, unmittelbar am Anzeigeinstrument abzulesen.