DE1230597B - Selbsttaetige Unwucht-Kompensationseinrichtung - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

GOIm

Deutsche Kl.: 42 k-33

Nummer: 1230597

Aktenzeichen: L 44129IX b/42 k

Anmeldetag: 14. Februar 1963

■\uslegetag: 15. Dezember 1966

Die Erfindung betrifft eine selbsttätige Unwucht-Kompensationseinrichtung für ein in Rotation versetzbares Teil.

Bekanntlich kann sich der Schwerpunkt von in Rotation befindlichen Teilen in gewissen Fällen im Laufe des Betriebes verlagern, wobei diese Verlagerung fortschreitend oder plötzlich vonstatten gehen und einen unruhigen Lauf der umlaufenden Teile nach sich ziehen kann, der unter Umständen sehr schädlich ist. Diese unangenehme Tatsache tritt selbstverständlich um so mehr hervor, je schneller die Maschine läuft. So begegnet man ihr beispielsweise bei Schleifscheiben von Schleifmaschinen, die sich im Laufe ihres Arbeitens unregelmäßig abnutzen oder die unregelmäßig verteilte Feuchtigkeit in sich schließen (fortschreitende Verlagerung des Schwerpunktes). Ebenso kann man hierzu den Fall von Turbinen oder Kompressoren anführen, bei denen eine Schaufel bricht (plötzliche Verlagerung des Schwerpunktes).

Es sind nun schon verschiedene selbsttätige Schnell - Unwucht - Kompensationseinrichtungen beschrieben worden, die es gestatten, solche im Laufe der Zeit veränderliche oder zufällig auftretende Unwuchten zu kompensieren. Die vorgeschlagenen Einrichtungen, die sich als sehr wirksam erwiesen haben, werden voneinander gleichen Ausgleichsmassen, beispielsweise drei Massen gebildet, die sich (jede um maximal 120°) in dem Inneren eines mit einer Flüssigkeit gefüllten Ringkanals frei bewegen können, der konzentrisch in die Rotationswelle eingearbeitet und mit dieser kraftschlüssig verbunden ist. Diese Massen, die sämtlich in dem Inneren des Kanals dichtend geführt gleiten können, grenzen zwischen sich drei Räume veränderlicher Volumina ab, die durch Rohrstutzen mit wenigstens drei Druckentnahmestellen verbunden sind, welche auf Druckänderungen ansprechen, die sich zwischen der Welle und einem festen Bezugsorgan einstellen, wenn die Welle sich unter der Wirkung einer Unwucht nicht konzentrisch mit diesem Organ dreht.

Diese in die drei vorgenannten Räume übertragenen Drücke wirken auf die beweglichen Kompensationsmassen ein, um sie, die einen in bezug auf die anderen, zu verlagern, bis sie die Unwucht beseitigen, welche den das Steuersignal auslösenden Druckunterschieden zum Entstehen verholfen hat.

Die Ausgleichseinrichtungen dieser Bauart umfassen also zwei wesentliche Teile: Bewegliche Massen in einer kreisförmigen Laufbahn (Empfängersystem) und Organe zum Abgreifen des Druckes, der unter der Wirkung einer Zentrifugalkraft ein Steuer-Selbsttätige Unwucht-Kompensationseinrichtung

Anmelder:

Landis Gendron S. A.,

Villeurbanne, Rhone (Frankreich)

Vertreter:

Dipl.-Ing. R. Müller-Börner

und Dipl.-Ing. H. H. Wey, Patentanwälte,

Berlin 33, Podbielskiallee 68

Als Erfinder benannt:

Paul Favrot, Lyon (Frankreich)

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 20. April 1962 (895 197)

signal hervorbringt, um das Verlagern dieser Massen herbeizuführen (Sendesystem).
Solche Unwuchtkompensatoren sind beispielsweise in dem französischen Patent 1290 875 beschrieben. Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum selbsttätigen Ausgleich der Unwucht eines Rotors mit einer Ringkammer, die durch in ihr beweglich angeordnete Kompensationsmassen in Druckmittelräume veränderlichen Volumens unterteilt ist, wobei die Druckmittelzufuhr zu jedem Druckmittelraum durch das in Abhängigkeit der Unwucht veränderliche Spiel zwischen der Welle und einer feststehenden Muffe gesteuert wird.

Bei den bisher beschriebenen Kompensatoren war das Empfängersystem so ausgebildet, daß jede Kompensationsmasse eine gleiche Rolle spielte, d. h., daß alle Massen (zumeist drei) die Freiheit hatten, sich unter der Wirkung der auf ihren entgegengesetzten Seiten herrschenden Druckunterschiede zu verschieben. Den vorgeschlagenen Systemen gemäß konnten sich alle Massen (beispielsweise Kugeln) sämtlich in Kreisringkammern bewegen, die gleichwinklig unterteilt waren und miteinander in Verbindung standen oder bei denen auch der Lauf der beweglichen Massen in dem Ringkanal nur durch gleichwinklig verteilte Anschläge begrenzt war und in diesem Falle jeder der die Drucksignale empfangenden Räume in dem Kanal durch zwei benachbarte Massen selbst begrenzt war.

Diese Anordnung, bei der alle Kompensationsmassen frei sind, erscheint als die wünschenswerteste

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und am meisten befriedigende, denn sie trägt einer Sorge um die Symmetrie oder die anfängliche bauliche Auswuchtung des Apparates besonders Rechnung. Tatsächlich weist diese Anordnung jedoch gewisse Mangel auf, die im folgenden besonders vor Augen geführt werden sollen, wobei der hierbei ausgewählte Fall der eines Kompensators mit drei Massen ist, denn dieser Fall ist der am häufigsten vorkommende, doch bleiben die Mangel für eine größere Zahl von beweglichen Massen ganz die gleichen.

Für den Fall, daß eine Unwucht besteht, verteilen sich die drei Massen unregelmäßig in dem Kanal, und sie schließen miteinander von 120° abweichende Winkel K₁, <x₂, <x₃ ein, so daß der resultierende Schwerpunkt auf die Gegenseite der Unwucht fällt, die das Signal hervorgerufen hat, wobei dieser Betriebszustand durch eine unendlich große Zahl von Stellungen einer jeden der Massen verwirklicht sein kann. Die Massen nehmen so, eine in bezug auf die anderen, nicht jedoch in bezug auf den Kanal, eine feste Lage ein, und ihr Schwerpunkt befindet sich in einem stabilen Auswuchtzustand, ohne daß eine der Massen für sich genommen sich in einem stabilen Gleichgewichtszustand befindet. Infolgedessen verschiebt sich, wenn der Apparat (beispielsweise eine Schleifscheibe) beim Umlauf eine positive oder negative Beschleunigung erfährt, die Gesamtheit der drei Massen wie ein einziges Teil durch Trägheit in bezug auf den Kanal, womit sich der Schwerpunkt der drei Massen gleichermaßen verlagert und eine neue Un-' wucht in Erscheinung treten läßt (geschaffen durch den Auswuchtapparat selbst). Selbstverständlich wird diese Unwucht je nach der Ansprechgeschwindigkeit des Apparates innerhalb mehr oder weniger kurzer Verzögerungszeiten automatisch korrigiert, wobei diese Verzögerung unter Umständen ebensolange andauern kann wie jene, die für den anfänglichen Unwuchtausgleich erforderlich war. Hernach kann die Stellung der Massen bei dem neuen Gleichgewichtszustand von der Stellung, die nach dem anfänglichen Unwuchtausgleich erreicht worden war, verschieden sein, doch reproduziert sie sich bei jeder Gangartänderung der Maschine (beispielsweise bei jedem Inberührungkommen des Werkzeuges mit dem zu bearbeitenden Teil) in mehr oder weniger merklicher Weise immer wieder von neuem.

Im übrigen besteht für drei Massen, die einen Schwerpunkt ergeben, der in einem bestimmten Punkt liegt, eine Unendlichkeit von Relativstellungen, so daß die Massen beim Auftreten einer Unwucht ihre Stellung unter einer Unendlichkeit von Möglichkeiten suchen müssen, was sich dahin auswirkt, daß ihr Instellunggehen verzögert wird oder daß sie Gefahr laufen, von einer Stellung in eine andere überzugehen.

Wenn die Maschine in Betrieb ist, während die drei Massen, um eine Unwucht auszugleichen, entsprechend' den Winkern a_v a₂, a₃ verteilt sind, und wenn man die Maschine vorübergehend anhält, schwenken die drei Massen zunächst um ein Stück aus (insbesondere, wenn der Kanal mit Öl gefüllt ist, was zumeist der Fall ist), wobei ihr Schwerpunkt in die Tiefpunktlage kommt. Wenn zu diesem Augenblick die Maschine wieder in Lauf gesetzt wird, muß der Apparat zunächst die Unwucht wieder ins Gleichgewicht bringen, die er hat in Erscheinung treten lassen. Für den Pail, daß der Stillstand ein längerer ist, geht infolge der geringen Flüssigkeitsverluste zwischen den Massen und dem Kreisringkanal jede Masse einzeln in den Tiefpunkt ihrer Bewegungsbahn ein. In einem solchen Fall, wo das Auswuchtgleichgewicht bei dem Wiederinlaufsetzen der Maschine, das in nur wenigen Augenblicken geschehen ist, wiederhergestellt werden muß, ist dann die Kompensation nicht sichergestellt.

Schließlich ist eine der angestrebten Eigenschaften bei Unwucht-Kompensatoren ihre Ansprechgeschwindigkeit, und die verschiedenen vorgeschlagenen Signalsendesysteme haben besonders zum Ziel, dem Empfängerapparat das Signal mit größtmöglicher Wirksamkeit zuzuführen, d. h. unter Drücken und in Mengen, die so groß wie möglich sind.

Die Wirksamkeit dieser Signale ist bei den bisher vorgeschlagenen Empfängersystemen eine sehr verminderte, was darauf zurückgeht, daß die Dichtigkeit der von den beweglichen Massen begrenzten Räume eine sehr bedingte ist, da man nicht umhin kann, zwischen diesen beweglichen Massen und dem Kanal ein genügendes Spiel zu belassen.

Die Erfindung begegnet diesen verschiedenen Mangeln und bietet zugleich auch noch verschiedene andere Vorteile, die im folgenden noch näher angegeben werden.

Erfindungsgemäß ist der Unwuchtkompensator derart ausgebildet, daß der Ringkanal durch zwei bewegliche Kompensationsmassen und eine unbewegliche Kompensationsmasse in drei Druckmittelräume unterteilt ist.

Dabei ist es von Vorteil, wenn die unbewegliche Kompensationsmasse leichter als jede der beweglichen Kompensationsmassen und ein den Gewichtsunterschied ausgleichendes zusätzliches Gewicht vorgesehen ist.

Ferner ist es vorteilhaft, wenn die unbewegliche Kompensationsmasse aus einer die Ringkammer radial durchquerenden Trennwand besteht.

Diese verschiedenen Teile bestimmen in dem Kanal drei Zonen von veränderlichem Volumen, nämlich: eine Zone zwischen der vorgenannten Scheidewand und der ersten beweglichen Masse, eine zweite Zone zwischen der ersten und-der zweiten beweglichen Masse und eine dritte Zone zwischen der zweiten beweglichen Masse und der Scheidewand. In jeder dieser drei Zonen mündet ein Kanalsystem ein, das an jede der das Steuersignal liefernden Druckentnahmen angeschlossen ist, wobei zwei der genannten Kanalsysteme insbesondere in der Nähe der Scheidewand (beiderseits derselben) in den Kanal einmünden, während das dritte Kanalsystem auf dem Radius ausmündet, der durch den obengenannten Anschlag hindurchgeht.

Einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung gemäß wird die feststehende Kompensationsmasse von der Scheidewand gebildet, die den Ringkanal verschließt, und ist das Gewicht der besagten Scheidewand so gewählt, daß es dem einer jeden der beweglichen Kompensationsmassen gleich ist. ·

Die so ausgeführte Kompensationseinrichtung gestattet es, ebenso große Unwuchten wie bisher mit den beschriebenen Einrichtungen auszugleichen, bei denen alle Massen beweglich waren und bei denen der Ringkanal nicht ununterbrochen war, d.h. bei dem das Druckmittel ganz um den Kanal herum zirkulieren konnte.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung gibt es für jede zu komenpsierende Unwucht eine, und zwar

immer nur eine Stellung der beiden beweglichen Massen, und diese Massen nehmen, wenn sie einmal durch die Steuerdrücke in ihre Kompensationsstellung gebracht worden sind, zueinander wie auch in bezug auf die umlaufende Einrichtung feste Stellungen ein, wobei diese Stellungen sich im stabilen Gleichgewicht befinden, was den obenerwähnten Mangeln abhilft.

Selbstverständlich können die Druckunterschiede, die in den drei weiter oben definierten Zonen in Erscheinung treten und welche die notwendige Kraft liefern, um die beiden beweglichen Massen in ihre Ausgleichsstellung zu bringen, mittels irgendeines Druckübertragungssystemes mit um jeweils 120° voneinander entfernten Anzapfstellen abgegriffen werden, die in dem Flüssigkeitsfilm eines dynamischen Lagers eines statischen Lagers oder eines Lagers mit vollkommen schwimmender Lagerung der Welle oder aber auch eines Hilfslagers einmünden, welch letzteres zu seinem Teil überhaupt nicht zu der Lagerung oder Führung der umlaufenden Welle beiträgt.

Das Druckmittel, welches den unterbrochenen kreisringförmigen Kanal der erfindungsgemäßen Einrichtung füllt, kann eine Flüssigkeit (beispielsweise Öl) oder ein Gas (beispielsweise Luft) sein.

Die Erfindung wird in der folgenden, ins einzelne gehenden Beschreibung und der Zeichnung, die sich nur auf eine der möglichen Ausführungsformen der Erfindung beziehen und nur ein die Erfindung nicht beschränkendes Beispiel behandeln, näher erläutert.

F i g. 1 zeigt im Radialschnitt eine Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Ausgleichseinrichtung, wobei der Schnitt durch das Teil hindurchgelegt ist, welches den Ringkanal umschließt;

F i g. 2 stellt die gleiche Einrichtung im Schnitt nach der Linie H-II der F i g. 1 dar;

F i g. 3 veranschaulicht schematisch einen Radialabschnitt nach der Linie ΙΙΙ-ΠΙ der F i g. 2, ein Drucksignalsendesystem zeigend, das den erfindungsgemäßen Kompensator versorgen kann.

In ein Teil 2, welches mit der auszuwuchtenden Welle 4 kraftschlüssig verbunden ist, ist konzentrisch zu der Achse der Welle 4 ein Ringkanal 6 hineingearbeitet. Ein Deckel 10, der an dem Teil 2 festgemacht ist, bildet die eine der Wände des Kanals. Der Querschnitt des Kanals kann vieleckig (so wie er dargestellt ist) oder rund sein, so daß der Kanal einen Torus darstellt (für diesen Fall kann das Teil 2 aus zwei in bezug auf eine Radialebene I-I symmetrischen Teilen hergestellt sein). Der Kanal ist dichtend über einen beschränkten Kreisbogen durch ein Verschlußorgan oder eine Scheidewand 12 unterbrochen, welch letztere zugleich als feste Kompensationsmasse dient. In dem Kanal sind ferner zwei untereinander gleiche, bewegliche Kompensationsmassen 14 und 16 eingesetzt, die das gleiche Gewicht haben wie die Scheidewand 12.

Die beweglichen Kompensationsmassen können von in dem Kanal mit einem geringen Spiel, beispielsweise in der Größenordnung von ²/ioo mm, gleitend schiebbaren Rollen gebildet sein. Für den Fall des Vorliegens eines Hohlwulstkanals benutzt man als bewegliche Kompensationsmassen vorteilhafterweise kleine Kugeln.

Ein Anschlag 18, der der Scheidewand diametral gegenüberliegt, zwingt jede Ausgleichsmasse, stets in der gleichen Hälfte des Kanals zu bleiben. Die Massen 14 und 16 bestimmen so drei Zwischenräume 20, 22 und 24 veränderlicher Volumina, die mit einem Druckmittel, wie beispielsweise Öl oder Luft, gefüllt sind.

In die drei Zwischenräume münden entsprechende Kanalsysteme 26, 28, 30 ein, die mittels durch die Welle 4 hindurchgehender entsprechender Längsleitungen 32, 34, 36 an drei entsprechende Druckabnahmestellen 38, 40, 42 angeschlossen sind, die in

ίο einem gegenseitigen Winkelabstand auf dem Umfang der Welle vorgesehen sind.

Die Kanalsysteme 26, 28, 30 sind nicht auf einem gegenseitigen Winkelabstand von 120° verteilt, so daß, welches auch die Stellung der Ausgleichsmassen

■15 sei, die Räume oder Zwischenräume veränderlicher Volumina 20, 22, 24 selbst in der Nähe der Scheidewand 12 immer das Drucksignal zu empfangen imstande sind.
Ein System, welches dieses Signal hervorbringt, ist

ao als Beispiel zur Erläuterung der Arbeitsweise des Kompensators im folgenden kurz beschrieben. Selbstverständlich könnte auch jedes andere System einer Differenzdruckableitung geeignet sein.

Um die Welle 4 herum ist eine feststehende Muffe 44 angeordnet, die sich den Druckabnahmestellen 38, 40, 42 gegenüberstehend vorfindet und die nicht dargestellten Innenkammern aufweisen kann. Ein Druckmittel, wie beispielsweise Öl oder Luft, wird durch ein Kanalsystem 46 in den Zwischenraum eingeführt, der zwischen der feststehenden Muffe 44 und der Welle 4 bei deren Rotation vorhanden ist. Das Lager 48 von irgendwelcher Bauart kann oder kann auch nicht mit der Muffe 44 kombiniert sein.

Wenn eine Unwucht, die in den Figuren durch eine Masse 50 dargestellt ist, in Erscheinung tritt, arbeitet die Einrichtung wie folgt: Der Druck in dem Flüssigkeitsring an der Stelle zwischen der Welle und der Muffe 44 ist in der Zone, die auf der Seite der Unwucht gelegen ist, größer, da die Welle das Bestreben hat, sich exzentrisch so zu verlagern, daß (im Falle der Figur) die Drücke, die auf die Entnahmestellen 38 und 42 zur Einwirkung kommen, größer sind als der, welcher auf die Entnahmestelle 40 einwirkt. Daraus.ergibt sich in dem Ringkanal in den Zonen 20 und 24 ein stärkerer Druck als in der Zone 22, was dazu führt, daß die beweglichen Massen 14 und 16 sich von der Trennwand wegbewegen, bis der Schwerpunkt der drei Massen 12 (fest) und 14, 16 (beweglich) in die Stellung gelangt, in welcher die Unwucht kompensiert ist. In diesem Augenblick läuft die Welle 4 konzentrisch zu der Muffe 44 um, und die Abzapfstellen 38, 40, 42 nehmen ganz gleiche Drücke auf, die auf die Zonen 20, 22, 24 übertragen werden, d. h., daß die Massen die Gleichgewichtsstellung beibehalten, die sie eingenommen haben (eine Gleichgewichtsstellung, die im übrigen die für eine bestimmte Unbalanz die einzige ist).

Aus dem zuvor Gesagten geht schon klar hervor, daß dank dem nicht durchgehenden, sondern erfindungsgemäß unterbrochenen Ringkanal die in den Zonen 20 oder 24 auftretenden Druckänderungen auf die Kompensationsmassen 14 und 16 positiv einwirken, wie das bei Kolben der Fall sein würde, die sich in einem Zylinder verschieben, dessen Boden von der dichtenden Scheidewand 12 gebildet ist. Man erzielt auf diese Weise ein schnelleres Ansprechen auf Druckänderung und eine bessere Empfindlichkeit bei schwachen Änderungen als bisher.

Weiterhin ist ersichtlich, daß im Falle einer Beschleunigung der umlaufenden Einrichtung die Massen 14 und 16 nicht unter der Wirkung ihrer Trägheit mitgenommen und sich nicht in bezug auf das Teil 2 als ein Ganzes drehen können, vor allem dann nicht, wenn das verwendete Mittel eine Flüssigkeit ist, denn die Flüssigkeit bildet ein Polster zwischen den beweglichen Massen und der Scheidewand. Auf diese Weise verhütet man das schädliche Aus-dem-Gleichgewicht-Kommen infolge der Massenträgheit, das sich bei Kompensatoren ergibt, bei denen alle Kompensationsmassen beweglich sind.

Die praktische Erfahrung und die Rechnung haben das zunächst überraschende Ergebnis bestätigt, daß, wenn die feste Masse 12 das gleiche Gewicht hat wie die beweglichen Massen 14 und 16, man in allen Fällen genau die gleiche Unwucht kompensieren kann wie mit Einrichtungen, bei denen alle Massen beweglich sind, und daß man auf Grund der Tatsache einer Verschiebefreiheit der Massen 12 und 14 um nahezu 180° statt um maximal 120° wie bei den bisher vorgeschlagenen Apparaten, sogar eine noch größere Unwucht kompensieren kann.

Für bestimmte Ausführungsformen kann es von Vorteil sein, in dem Kanal eine dünne und leichte Trennwand 12 vorzusehen, die nur dem Zweck dient, den Kanal zu verschließen, wobei die feste Kompensationsmasse dann an einem geeigneten Punkt des umlaufenden Teiles 2 befestigt wird. Damit das Ergebnis das gleiche wird wie im Falle der oben beschriebenen Ausführungsform, ist es nötig, daß die Kompensationsmasse ihren Schwerpunkt in der radialen Symmetrieebene der Scheidewand hat und daß das Produkt ihrer Masse mal dem Abstand ihres Schwerpunktes von dem Mittelpunkt dem entsprechenden Produkt einer beweglichen Masse gleich ist. Offenbar das gleiche Ergebnis kann man auch statt mittels der Anwendung einer zusätzlichen, in der genannten Radialebene konzentrierten Masse mittels einer entsprechenden Aussparung in der entgegengesetzten Radialebene erreichen.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum sebsttätigen Ausgleich der Unwucht eines Rotors mit einer Ringkammer, die durch in ihr beweglich angeordnete Kompensationsmassen in Druckmittelräume veränderlichen Volumens unterteilt ist, wobei die Druckmittelzufuhr zu jedem Druckmittelraum durch das in Abhängigkeit der Unwucht veränderliche Spiel zwischen der Welle und einer feststehenden Muffe gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal (6) durch zwei bewegliche Kompensationsmassen (14, 16) und eine unbewegliche Kompensationsmasse in drei Druckmittelräume (20, 22, 24) unterteilt ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unbewegliche Kompensationsmasse leichter als jede der beweglichen Kompensationsmassen (14, 16) und ein den Gewichtsunterschied ausgleichendes zusätzliches Gewicht vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unbewegliche Kompensationsmasse aus einer die Ringkammer (6) radial durchquerenden Trennwand (12) besteht.

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1,2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmittel aus drei Kanalsystemen (26, 28, 30) bestehen, die in den Ringkanal (6) im wesentlichen teils gegenüber dem festen Anschlag (18), teils beiderseits der dichtenden Scheidewand (12) in deren Nähe einmünden, wobei die entgegengesetzten Enden dieser Kanalsysteme an Differenzdruckabgreifstellen (38,40, 42) angeschlossen sind, die auf dem Umfang der Welle (4) angeordnet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 719 422.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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