DE3044440C2

DE3044440C2 -

Info

Publication number: DE3044440C2
Application number: DE19803044440
Authority: DE
Inventors: Guenther Ing.(Grad.) 6100 Darmstadt De Himmler; Horst 6110 Dieburg De Koegler
Original assignee: Gebr Hofmann & Co KG Maschinenfabrik 6100 Darmstadt De GmbH
Current assignee: Hofmann Maschinen und Anlagenbau GmbH
Priority date: 1980-11-26
Filing date: 1980-11-26
Publication date: 1991-09-19
Also published as: DE3044440A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Aus der DE-OS 24 07 705 ist es bekannt, bei der Unwuchtmessung eines aus einer Welle und mehreren Scheiben gebildeten Rotors in mehreren Meßebenen jeweils zwei Schwingungsdetektoren mit im wesentlichen senkrecht zueinander verlaufenden Meßrichtungen vorzusehen. Die in den jeweiligen beiden Meßrichtungen ermittelten Meßgrößenkomponenten werden zur Ermittlung von Unwuchtvektoren ausgewertet. Hierbei können bei zwei unterschiedlichen Drehzahlen Meßläufe durchgeführt werden. Mit dem bekannten Verfahren und der bekannten Vorrichtung lassen sich die Auswuchtebenen ermitteln, in welchen bei normaler Betriebsgeschwindigkeit die Ausgleichsmassen die größte Ausgleichswirkung haben. Aus der DE 28 47 643 A1 ist es bei der Ermittlung der Verlagerung der Hauptträgheitsachse eines Rotors, insbesondere einer Kurbelwelle zur Rotationsachse, bekannt, den Rotor in zwei Ebenen schwingfähig zu lagern und in jeder Meßebene jeweils einen Meßwertaufnehmer, der in einer Richtung Messungen ausführt, vorzusehen. Hierbei werden die zur Ermittlung der tatsächlichen Verlagerungswerte vektoriell ermittelten Meßwerte aufgeteilt in einen statischen Unwuchtanteil und einen Kräftepaarunwuchtanteil. Nach Verstärkung mit unterschiedlichen einstellbaren Empfindlichkeiten werden diese Anteile wieder vektoriell zusammengeführt und angezeigt.

Aus der DE-OS 14 23 333 sind bei der Unwuchtbestimmung eines Rotors in zwei Meßebenen jeweils ein Meßwertaufnehmer vorgesehen. Die von den Meßwertaufnehmern gemessenen Unwuchtvektoren werden in jeweils zwei zueinander senkrechte Komponenten für den Unwuchtausgleich in zwei Ausgleichsebenen zerlegt.

Zur Überwachung von Maschinen und zur Beurteilung und Verbesserung des Laufverhaltens von Rotationskörpern ist häufig eine Wellenschwingungsmessung am Rotor erforderlich.

Infolge der Biegeeigenfrequenz der Rotationskörper ergeben sich drehzahlabhängige, kinetische Ausbiegungen, die von der Betriebsdrehzahl, der Unwucht, der Biegesteifigkeit der Rotationskörper und von dem Eigenspannungszustand abhängen.

Zur Verbesserung der unwuchterzwungenen Ausbiegungen durch Ausgleichsunwuchten müssen zunächst die unwuchtproportionalen Ausbiegungen eindeutig ermittelt werden.

Dies erfolgt insbesondere durch die Ermittlung der Ausbiegungen des Rotationskörpers mittels zwei in verschiedenen Meßebenen angeordneten Meßwertaufnehmern. Die Anwendung von mehr als einem Meßwertaufnehmer ist in der Regel aufgrund der anisotropen Lager und den unterschiedlichen Rotorsteifigkeiten notwendig.

Aus den VDI-Richtlinien VDI 2059, April 1977 ist es bekannt, daß das Rotationskörpergewicht einen entscheidenden Einfluß auf die Ausbiegungen eines rotierenden Körpers ausübt, und daß bei langsamer Wellendrehung die statischen Ausbiegungen und bei schnellen Rotordrehungen die kinetischen Ausbiegungen ermittelt werden können, wobei mindestens zwei Meßwertaufnehmer in verschiedenen Meßrichtungen in den jeweiligen Meßebenen zur Anwendung kommen.

Wie die Ermittlung nur der unwuchterzwungenen Wellenschwingungen durchgeführt werden soll, ist diesen Veröffentlichungen jedoch nicht zu entnehmen, zumal in der Veröffentlichung weiter ausgeführt ist, daß das Meßergebnis durch Schlag und Formfehler in unzulässiger Weise beeinträchtigt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen für die Ermittlung unwuchterzwungener Wellenschwingungen Meßergebnisse erzielt werden, die frei von meßwertverfälschenden Einflüssen sind und nachfolgend einen gezielten Ausgleich durch Zusatzmassen ermöglichen.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Verfahren durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruchs 1 und bei der eingangs genannten Vorrichtung durch die Merkmale des kennzeichnenden Teiles des Patentanspruches 3 gelöst.

In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung angegeben.

Durch die Erfindung ist es möglich, daß zunächst die statischen Ausbiegungsanteile, die z. B. durch den Radialschlag des Rotationskörpers r in den Komponenten X und Y und durch den Eigenspannungszustand hervorgerufen werden, und dann die kinetischen Ausbiegungsanteile, die z. B. durch die Unwucht u in den Komponenten X und Y infolge der unterschiedlichen Trägheitsmomente I_x und I_y hervorgerufen werden, ermittelt werden.

Durch nachfolgende Differenzbildung der beiden Meßwerte in den entsprechenden Komponenten und anschließender vektorieller Addition kann die Ausbiegung des Rotationskörpers nach Größe und Phasenlage ermittelt werden, die ausschließlich aufgrund der vorhandenen Unwucht erfolgt.

In bevorzugter Weise werden die Ausbiegungen der ersten harmonischen Wellenschwingung ermittelt. Es können aber auch die Ausbiegungen höherer harmonischer Wellenschwingungen ermittelt werden, wenn die Filtereinrichtungen der Meßanordnung entsprechend abgestimmt werden.

Ein ersten Meßwertaufnehmer, der insbesondere in der horizontalen Richtung, der X-Komponente, angeordnet ist, mißt im ersten bzw. zweiten Meßlauf, dessen Drehzahl insbesondere nahe der Betriebsdrehzahl liegen sollte, eine Ausbiegung S_{x ges}. Die Formel hierfür lautet:

S_{x ges} = S_xu + r_x + S_s

Ein zweiter Meßwertaufnehmer, der insbesondere in der vertikalen Richtung, der Y-Komponente, angeordnet ist, mißt die Ausbiegung S_{y ges}. Die Formel hierfür lautet:

S_{y ges} = S_yu + S_yg + r_y + S_σ

Hierbei ist
S_xu=Ausbiegung infolge der Unwucht u,
r_x=Radialschlag des Rotationskörpers in der X-Komponente,
r_y=Radialschlag des Rotationskörpers in der Y-Komponente,
S_yu=Ausbiegung infolge der Unwucht u,
S_yg=Ausbiegung infolge des Gewichtes des Rotationskörpers,
S_σ=Ausbiegung infolge des Eigenspannungszustandes des Rotationskörpers.

Die Erfindung wird anhand der Figuren, die ein Ausführungsbeispiel zeigen, näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch den Aufbau einer Meßeinrichtung und

Fig. 2 die Meßwertauswerteschaltung als Blockschaltbild.

Ein Rotationskörper 1 ist in eigenen Lagern 3 und 4 oder in entsprechenden Fremdlagern gelagert.

Da eine isotrope Lagerung in der Regel nicht zu realisieren ist, ist die Anisotropie der Lager 3 und 4 in den X- und Y-Komponenten durch unterschiedlich elastische Federn 5 und 6 symbolisiert. Meßwertaufnehmer 7 und 8, die berührend oder berührungslos arbeiten können, sind in zwei unterschiedliche Meßrichtungen, insbesondere unter 90°, in den X- und Y-Komponenten angeordnet. Es kann aber auch jede andere Meßrichtung gewählt werden, wenn die Meßwerte nachfolgend entsprechend umgerechnet werden.

Ein Phasenbezugssignal kann durch einen z. B. als Photozellenabtasteinrichtung ausgebildeten Phasenbezugsgeber 9, der eine entsprechende Markierung 10 am Rotationskörper 1 abtastet, gewonnen werden. Es kann aber auch jede andere bekannte Einrichtung zur Phasenbezugsgewinnung eingesetzt werden.

Die Meßwerte der Meßwertaufnehmer 7 und 8 und des Phasenbezugsgebers 9 werden selektiven Filtereinrichtungen 11 und 12 weitergeleitet. Den Filtereinrichtungen 11 und 12 ist eine Signalverarbeitungseinrichtung 13 nachgeschaltet, die die Ermittlung der Ausbiegung des Rotationskörpers 1 aufgrund der ermittelten Unwucht durchführt.

Die Signalverarbeitungseinrichtung 13 weist im einzelnen je eine Speichereinrichtung 14 und 15 für jede Meßrichtung auf, in der die Meßwerte bei den unterschiedlichen Drehzahlen, wobei die eine Drehzahl nahe Null und die zweite Drehzahl nahe der Betriebsdrehzahl liegen sollte, entsprechend gespeichert werden. Die Speichereinrichtungen 14 und 15 können durch eine nicht näher dargestellte Programmeinheit angesteuert werden, wobei die Programmeinheit die Speicherimpulse bei Erreichen der erforderlichen Meßdrehzahlen erzeugt und die Weitergabe der gespeicherten Meßwerte steuert.

Die gemessenen Ausbiegungen des Rotationskörpers 1 bei den unterschiedlichen Drehzahlen werden nachfolgend je einem Differenzbildner 16 und 17 weitergeleitet, die die Ausbiegungen infolge der vorhandenen Unwucht, getrennt nach Meßrichtungen, errechnen. In einem nachgeschalteten Vektoraddierer 18 können die so ermittelten Meßwerte vektoriell addiert werden und nachgeschalteten Anzeigegeräten 19 und 20 zur Darstellung der Ausbiegung nach Größe und Winkellage, z. B. bezüglich der Markierung 10 des Rotationskörpers 1, weitergeleitet werden. Es kann aber auch ein Drucker oder ein anderes Anzeigeinstrument angeschlossen sein.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch entsprechende Testgewichte das Anzeigegerät 19, welches die Unwuchtgröße anzeigt, zu eichen, um sofort von der vorhandenen Ausbiegung auf die erforderlichen Ausgleichsmassen zu schließen.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung von unwuchterzeugenden Wellenschwingungen eines horizontal gelagerten Rotationskörpers, bei dem in einer oder mehreren Meßebenen in je mindestens zwei Meßrichtungen jeweilige Meßgrößenkomponenten bei zwei Meßläufen mit Drehzahlen nahe dem Stillstand und nahe der Betriebsdrehzahl des Rotationskörpers gewonnen und daraus Ausbiegungen des Rotors nach Größe und Richtung ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die beim einen Meßlauf gewonnenen Meßgrößenkomponenten von den jeweils in den gleichen Meßrichtungen gewonnenen Meßgrößenkomponenten beim anderen Meßlauf für eine Trennung der statischen und kinetischen Ausbiegungsanteile subtrahiert werden und anschließend die beiden so gewonnenen Komponentendifferenzwerte vektoriell addiert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausbiegung der ersten harmonischen Wellenschwingung ermittelt wird.

3. Vorrichtung zur Ermittlung von unwuchterzwungenen Wellenschwingungen eines horizontal gelagerten Rotationskörpers mit in einer oder mehreren Meßebenen je mindestens zwei in verschiedenen Meßrichtungen angeordneten Meßwertaufnehmern, einem Phasenbezugsgeber, einer an die Meßwertaufnehmer und den Phasenbezugsgeber angeschlossenen Meßwertauswerteschaltung und einer Antriebseinrichtung für den Antrieb des Rotors in zwei Meßläufen bei den unterschiedlichen Drehzahlen zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwerteauswerteschaltung aufweist

- jeweils eine den Meßwertaufnehmern (7, 8) nachgeschaltete, mit dem Phasenbezugsgeber (9) verbundene selektive Filtereinrichtung (11, 12),
- eine jeder Filtereinrichtung (11, 12) nachgeschaltete Speichereinrichtung (14, 15), welche für eine jeweilige Meßrichtung die aus den beiden Meßläufen gewonnenen Werte der Meßgrößenkomponenten speichert,
- einen jeder Speichereinrichtung (14, 15) nachgeschalteten Differenzbildner (16, 17), der aus den jeweils beiden gespeicherten Werten der Meßgrößenkomponenten einer jeweiligen Meßrichtung einen Komponentendifferenzwert bildet, und
- einen den beiden Differenzbildnern (16, 17) nachgeschalteten Vektoraddierer (18), welcher die beiden Komponentendifferenzwerte vektoriell addiert.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Meßwertaufnehmer (8) in horizontaler und der andere Meßwertaufnehmer (7) in vertikaler Richtung angeordnet ist.