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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Auswuchten von Rotoren fest
auf einer rotierenden Welle angeordneten Rotoren mit einer Messeinrichtung,
um einen Unwuchtvektor nach Größe und Richtung
zu bestimmen, sowie mindestens zwei über ihren Umfang eine
ungleichmäßige Massenverteilung aufweisende Auswuchtringe,
die mit dem Rotor umlaufend gelagert sind und mittels stationären
Stelleinrichtungen berührungslos in Umfangsrichtung drehbar
sind, die jeweils wenigstens eine Spule zur Erzeugung eines elektromagnetischen
Feldes aufweisen, die mit den Auswuchtringen ein nach Art einer Wirbelstrombremse
arbeitendes System bilden, wobei die Auswuchtringe zwecks Massenausgleich
verstellbar sind.
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Aus
der
DE 43 37001 C2 ist
eine derartige Wuchtmaschine bekannt, bei der die Verstellung von Unwuchtmassen
oder Auswuchtringen bei laufendem Betrieb durchführbar
ist. Diese Vorrichtung dient zum Auswuchten eines fest auf einer
rotierenden Welle angeordneten Rotors mit zwei über ihren
Umfang eine ungleichformige Massenverteilung aufweisende Auswuchtringe,
die mit dem Rotor umlaufend axial nebeneinander gelagert sind, und
mittels Stelleinrichtung berührungslos in Umfangsrichtung
drehbar sind. Die Auswuchtringe bilden die Läufer von Elektromotoren,
die durch zugeordnete, als Feldwicklungen wirkende Magnetspulen
solange verstellbar sind, bis der notwendige Massenausgleich erfolgt ist.
Die Magnetspulen sind stationär an einem feststehenden
Teil oder Gehäuse der Auswuchteinheit angeordnet. Die Magnetspulen
liegen radial außerhalb der Auswuchtringe in dem Gehäuse.
Bei dieser Vorrichtung lassen sich die Auswuchtringe bei laufender
Maschine verstellen, so dass auftretende Unwuchten auch bei laufender
Maschine wieder ausgeglichen werden können.
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Aus
der
US-A-5,757,662 ist
eine elektromagnetisch betätigte Kompensationseinrichtung
der oben genannten Art bekannt, die nach dem Prinzip eines Elektromotors
funktioniert. Die Vorrichtung weist eine Vielzahl am Umfang von
Auswuchtringen angeordnete Magnetkreise auf, die teilweise von den Auswuchtringen
und teilweise von Polplatten und einer Steuereinheit gebildet werden,
mit der der Magnetfluss durch die Kreise selektiv unterbrochen werden
kann, so dass die Auswuchtringe in einer gewünschten Weise
verstellt werden können, um eine etwaige Unwucht in dem
Werkstück zu kompensieren. Insbesondere weist die bekannte
Vorrichtung eine Einrichtung zur Messung der Unwucht, eine Vielzahl
beweglicher Auswuchtringe, die jeweils eine Vielzahl am Umfang angeordnete
Magnete aufweist, die eine entsprechende Anzahl von Magnetfeldern erzeugen,
eine Vielzahl von Polplatten, die in Bezug auf die Auswuchtringe
stationär sind und die die zusammenwirkenden Auswuchtringe
trennen, wobei eine Vielzahl von Polplatten die Vielzahl von Magnetfeldern
empfängt, und eine Steuerungsein richtung zur Erzeugung
eines elektromagnetischen Feldes auf, welches die Magnetfelder der
Dauermagneten selektiv unterbricht, um den Auswuchtring zu bewegen.
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Aus
DE 299 13 630 U1 ist
eine Vorrichtung zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine
bekannt mit einer Antriebsspindel, einer Werkstückaufnahmeeinrichtung
und einer Wuchteinheit, in der zwei Gegengewichtrotoren verstellbar
gelagert sind, wobei ein Unwuchtvektor von Schwingungssensoren über
die Schwingungsamplitude und den Phasenwinkel der von der Unwucht
erzeugten Schwingung gemessen und über einen adaptiven
Regelkreis die Wuchteinheit derart angesteuert wird, dass der Unwuchtvektor
durch die Wuchteinheit kompensiert oder auf ein Minimum gebracht wird.
Diese Vorrichtung umfasst eine Positions-Bestimmungseinheit in dem
adaptiven Regelkreis, durch die die Ist-Position der Gegengewichtrotoren nach
der Kompensation erfasst wird, und eine Recheneinheit in dem adaptiven
Regelkreis, mit der aus der Position der Gegengewichtrotoren die
Unwuchtgröße und die Unwuchtwinkellage eines Unwuchtvektors
berechnet wird.
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Aus
DE 197 43 578 A1 ist
ferner ein Verfahren zum Auswuchten eines Rotationskörpers
mit einem Wuchtapparat, der eine Verstelleinheit zum Verstellen
von Kompensationsmassen aufweist, bekannt, bei der die Kompensationsmassen
in ihre Nullpositionen gebracht werden, in denen sich die von ihnen
erzeugten Unwuchtvektoren gegenseitig aufheben. Sodann wird der
dann vorhandene Unwuchtvektor V1 nach Größe und
Richtung gemessen. Wenigstens eine der Kompensationsmassen wird
um einen beliebigen Winkel verstellt oder ihr Abstand von der Rotationsachse
wird verstellt, wobei eine zusätzliche Unwucht mit einem
Kalibrierungs-Unwuchtvektor V2 erzeugt wird. Der Winkel der Verstellung
oder die Verstellung des Abstandes wird erfasst. Sodann wird der
vorhandene Gesamt-Unwuchtvektor V3 nach Größe
und Richtung gemessen, und aus dem Unwuchtvektor V1 und dem Gesamt-Unwuchtvektor
V3 wird der Kalibrierungs-Unwuchtvektor V2 berechnet, wobei das
System aus Wuchtapparat und Rotationskörper kalibriert
ist. Schließlich werden die Kompensationsmassen derart
verfahren, dass der Unwuchtvektor V1 kompensiert wird.
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Im
Hinblick auf den oben diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung
die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Unwuchtkompensation bereitzustellen,
bei der die Auswuchtringe bei der Beschleunigung bzw. Abbremsung
des Rotors sicher gehalten werden, jedoch bei laufendem Rotor mit möglichst
geringem Steuerungsaufwand auch sicher verstellt werden können.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch
gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Auswuchtringe
drehbar auf einem mit dem Rotor verbundenen Joch aus nicht-magnetischem
Material angeordnet sind, in dem wenigsten eine Dauermagnet-Einrichtung
eingelagert ist, die mit einer Profilierung an den Auswuchtringen
zusammenwirkt und diskrete, stabile Haltepositionen bildet. Durch
das Zusammenwirken der Dauermagnet-Einrichtung in dem Joch mit den Profilierungen
in den Auswuchtringen kann eine sichere Halterung der Auswuchtringe
bei Beschleunigungen oder Verzögerungen des Rotors sichergestellt
werden. Darüber hinaus ergibt sich durch die Kombination
der Wirbelstrombremse zwischen der Stelleinrichtung und den Auswuchtringen
mit der Halterung der Auswuchtringe an dem Joch durch Dauermagnete
eine vereinfachte Ansteuerung, in dem die Wirbelstrombremse nur
ein- und ausgeschaltet werden muss, um den betreffenden Auswuchtring
gegen die Drehrichtung des Rotors zu verstellen. Diese Ansteuerung
ist insbesondere gegenüber der Ansteuerung, die in der
US-A-5,757,662 erforderlich
ist, wesentlich vereinfacht, weil dort eine differenzierte Ansteuerung
der Magnetkreise erforderlich ist, um das Elektromotorprinzip zu
verwirklichen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass das Joch einen radialen Jochring aufweist,
der zwischen den Auswuchtringen angeordnet ist. Im Prinzip könnte
jedem Auswuchtring ein eigener Jochring zugeordnet werden. Durch
die vorliegende Ausgestaltung der Erfindung wird der Bauaufwand
verringert, weil ein einziger Jochring ausreicht, um die beiden
Auswuchtringe festzustellen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, an dem radialen Jochring seitliche in Achsrichtung
des Rotors verlaufende Ansätze vorgesehen sind, an denen
die Auswuchtringe über Drehlager gelagert sind. Durch diese
Ausgestaltung kann die Auswuchtvorrichtung als kompakte Baueinheit
ausgebildet werden, die als ganzes dann auf dem Rotor montiert wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtringe mittels Flachkäfig-Nadellagern
an dem Joch gelagert sind. Flachkäfig-Nadellager als Wälzlager
mit besonders niedriger Bauform sind insbesondere dann vorteilhaft, wenn
die Auswuchtvorrichtung sehr klein ausgeführt werden muss,
beispielsweise, wenn der auszuwuchtende Rotor eine kleine Bauform
hat.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtringe mittels Dünnringlagern
an dem Joch gelagert sind. Dünnringlager sind hochpräzise
Kugellager mit axialer Führung. Sie sind insbesondere dann
vorteilhaft, wenn verhältnismäßig große
Rotoren mit einem kompakten Auswuchtsystem ausgewuchtet werden sollen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnet-Einrichtung an dem
Joch einzelne Dauermagnete aufweist, die über den Umfang
des Jochs verteilt sind. Jeder der Dauermagnete wirkt dann mit einer
Profilierung an den jeweiligen Auswuchtringen zusammen, so dass
beispielsweise bei 360 am Umfang des Jochs verteilten Dauermagneten
360 stabile Haltepositionen erzeugt werden, die jeweils um ein Winkelgrad
auseinander liegen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnet-Einrichtung an dem
Joch einen Ringmagneten aufweist, der axial magnetisiert ist. Ein
Ringmagnet als Alternative zu einzelnen Dauermagneten bietet den
Vorteil eines einfachen Einbaus.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung an den Auswuchtringen
den Dauermagneten gegenüberliegende Ausnehmungen oder Bohrungen
an den Auswuchtringen aufweisen. Die Profilierungen, die zum Ausbilden
der Magnetkreise dienen, können in einfacher Weise aus
Ausnehmungen oder Bohrungen an den Auswuchtringen bestehen, so dass
hier kein besonderer Bearbeitungsaufwand entsteht.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung als die Rotoren
umgebender Ring ausgebildet ist. Durch die Ausbildung der Stelleinrichtung
als die Rotoren umgebender Ring wird der gesamte Außenumfang
der Rotoren durch die Wirbelstrombremse beeinflusst, wodurch die
zur Verfügung stehende Kraft der Wirbelstrombremse voll
ausgenutzt wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung als ein die Rotoren
teilweise umgebendes Ringsegment ausgebildet ist. In einigen Anwendungsfällen,
insbesondere wenn die Beschleunigung und Verzögerung des
Rotors im Betrieb verhältnismäßig kleine
Beträge haben, beispielsweise, weil die Drehzahl des Rotors niedrig
ist, kann es ausreichen, wenn die Stelleinrichtung ein die Rotoren
teilweise umgebendes Ringelement ausgebildet ist, wobei dann Material
und Bearbeitung eingespart wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtungen aus zwei magnetisch
leitenden Ringteilen bestehen, die jeweils am Innenumfang Polansätze
haben, die im zusammengesetzten Zustand abwechselnd unter den gegenüberliegenden
Ringteil zur Bildung abwechselnder Pole vorstehen, und dass jede
Stelleinrichtung eine Ringspule aufweist, die zwischen den Ringteilen
angeordnet ist. Durch die Spule und die Polansätze der
Ringteile werden in einfacher Weise die Magnetfelder erzeugt, die
zusammen mit den Profilierungen an den Auswuchtringen die Wirbelstrombremse
verwirklichen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung
dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung U-förmige Magnete
mit über dem Innenumfang der Stelleinrichtung abwechselnden
Polen aufweist, und dass den Magneten elektrische Spulen zugeordnet
sind, durch die das elektromagnetische Feld der Stelleinrichtung ein-
und auszuschalten ist. Diese Ausgestaltung der Stelleinrichtung
ist besonders vorteilhaft bei Auswuchtvorrichtungen, die zum Wuchten
von Rotoren des Schwermaschinenbaus mit hohen Unwuchtkräften,
beispielsweise für Turbinen und Generatoren, erforderlich
sind, weil der Stator dann in Segmente unterteilt werden kann, die
an dem Betreffenden Rotor (Turbine oder Generator) angebracht werden
kann, ohne den Rotor aus seinem eingebauten Zustand, beispielsweise
in einem Kraftwerk, ausbauen zu müssen.
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Die
Erfindung betrifft auch ein adaptives System zur Unwuchtkompensation
in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine, die eine Antriebsspindel,
eine Werkstückaufnahmeeinrichtung und eine Wuchteinheit
aufweist, wobei ein Unwuchtvektor von Schwingungssensoren über
die Schwingungsamplitude und den Phasenwinkel der von der Unwucht
erzeugten Schwingung gemessen und über einen adaptiven Regelkreis
die Wuchteinheit derart angesteuert wird, dass der Unwuchtvektor
durch die Wuchteinheit kompensiert oder auf ein Minimum gebracht
wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Wuchteinheit eine Vorrichtung
der vorstehend beschriebenen Art ist. Das adaptive System, in dem
die Wuchtvorrichtung der oben beschriebenen Art integriert ist,
ist besonders vorteilhaft, um Rotoren auszuwuchten, während diese
drehbar angetrieben sind, das heißt, dass der Rotor ausgewuchtet
werden kann, ohne ihn still zu setzen.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System
gekennzeichnet durch eine Positions-Bestimmungseinheit in dem adaptiven
Regelkreis, durch die die Ist-Position der Auswuchtringe zu bestimmen
ist. Obwohl die Ist-Position der Auswuchtringe auch durch Aufzeichnen
der Historie der Verstellung der Auswuchtringe ermittelt werden
kann, ist eine Positions-Bestimmungseinheit vorteilhaft, weil hier
das Aufzeichnen einer Historie nicht erforderlich ist. Außerdem
ist eine derartige Positions-Bestimmungseinheit genauer, da auch
unbeabsichtigte Verstellungen der Auswuchtringe mit erfasst werden
können.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System
dadurch gekennzeichnet, dass die Positions-Bestimmungseinheit wenigstens
einen Magneten an dem Rotor und einen auf den Magneten ansprechenden
Sensor in der Stelleinrichtung sowie eine die Reluktanz des Auswuchtringes
verändernde, örtlich definierte Einrichtung und
einen auf die Reluktanz des Auswuchtringes ansprechenden Sensor
in der Stelleinrichtung aufweist. Mit dieser Anordnung kann sowohl die
Ist-Position der Auswuchtringe auf einfache Weise festgestellt werden,
als auch kann der Bezug der Lage der Auswuchtringe mit einem Referenzpunkt dazu
festgestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System
gekennzeichnet durcheine Recheneinheit in dem adaptiven Regelkreis,
mit der aus der Position der Gegengewichtrotoren die zur Kompensation
des Unwuchtvektors erforderliche Verstellung der Auswuchtringe berechnet
wird. Mit dieser Vorrichtung kann in vorteilhafter Weise beispielsweise
das Verfahren durchgeführt werden, das in der oben erwähnten
DE 19743578 A1 beschrieben
ist, so dass statt einer Versuchs- und Fehler-Methode eine gezielte
Verstellung der Auswuchtringe möglich wird.
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Gemäß einer
weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das System
dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Wuchtebenen mehrere Wuchteinheiten
entsprechend den Wuchtebenen angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Wuchtvorrichtung
kann in vorteilhafter Weise nicht nur zum Auswuchten von Rotoren
in einer Wuchtebene sondern auch zur Auswuchtung von Rotoren in mehreren
Wuchtebenen verwendet werden, in dem die erfindungsgemäße
Auswuchtvorrichtung an geeigneten Stellen entlang der Achse des
Rotors angeordnet werden.
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Vorteilhafte
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der
beiliegenden Zeichnung beschrieben, in denen:
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1 ein
System zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine
zeigt;
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2 eine
vergrößerte Detaildarstellung der Wuchteinheit 4 von 1 zeigt;
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3 eine
Schnittdarstellung entlang der Linie III-III von 2 ist;
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4 eine
Schnittdarstellung durch eine Stelleinrichtung und den zugeordneten
Auswuchtring senkrecht zu dem Schnitt in 3 ist;
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5 eine
Seitenansicht eines Auswuchtrings zeigt;
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6 eine
Seitenansicht des Joches zeigt;
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7 eine
schematische Darstellung einer Stelleinrichtung und eines Auswuchtrings
ist, wobei die Stelleinrichtung Magnete aufweist;
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8 eine
schematische Darstellung der elektromagnetischen Feldlinien der
Wirbelstrombremse zwischen der Stelleinrichtung und dem Auswuchtring
zeigt;
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9 eine
schematische Darstellung ist, die die magnetische Halterung der
Auswuchtringe an dem Joch zeigt;
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10 eine
Explosionsdarstellung der Stelleinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt; und
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11 eine
Stelleinrichtung zeigt, die U-Magnete aufweist;
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12 eine
Explosionsdarstellung ist, die eine Wuchtvorrichtung mit Dünnringlagern
zeigt;
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13 eine
Explosionsdarstellung der Auswuchtvorrichtung zeigt, die Flachkäfig-Nadellager umfasst;
und
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14 eine
Explosionsdarstellung einer teilbaren Auswuchtvorrichtung zeigt,
die Flachkäfig-Nadellager umfasst.
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1 zeigt
schematisch ein System, das eine Antriebsspindel 2 und
eine Auswuchteinheit 4 umfasst. Die Auswuchteinheit weist
eine Stelleinheit 6 mit Stelleinrichtungen 6a und 6b und
eine Auswuchtringeinheit 8 mit Auswuchtringen 8a und 8b auf.
Die Antriebsspindel 2 ist auf zwei Lagern 10, 12 drehbar
gelagert. Eine Positionssensoreinheit 14 mit mehreren einzelnen
Sensoren (nicht gezeigt) dient dazu, den zu dem Unwuchtvektor gehörigen
Phasenwinkel über die Drehzahl und die Drehlage der Spindel 2 zu
erfassen. Ein Schwingungssensor 16 dient dazu, die Schwingungsamplitude
und Phase des Unwuchtvektors zu messen. Die Ausgangssignale der Positionssensoreinheit 14 und
des Schwingungssensors 16 sind die Ausgangsgrößen
für die Bestimmung der Unwucht und die Stellgrößen
für die Verstellung der Auswuchtringe.
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Der
Positionssensor 14 und der Schwingungssensor 16 sind über
Leitungen 18, 20 mit einem adaptiven Regelsystem 22 verbunden,
in dem aus den Messergebnissen an den Sensoren 14, 16 Einflusszahlen
und die Unwuchtkompensation bzw. Auswuchtringverstellung, d. h.
Stellgrößen für die Verstellung der Auswuchtringe
in der Auswuchteinheit errechnet und über eine Leitung
direkt an Spulen in den Stelleinrichtungen 6a und 6b abgegeben
werden, die Bestandteil der Wuchteinheit 4 sind.
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Das
adaptive Regelsystem
22 umfasst einen Rechner, der dazu
geeignet ist, die gewünschten Übertragungscharakteristiken
zu erfassen und entsprechende Steuersignale über die Leitung
24 und einen
Leistungsverstärker
26 an die Spulen in der Wuchteinheit
4 zu
geben. Das adaptive Regelsystem
22 kann zu diesem Zweck
nach dem Verfahren aus der
DE
19743578 A1 vorgehen.
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2 zeigt
eine Detaildarstellung der Wuchteinheit 4 mit einer Stelleinheit 6,
die die Stelleinrichtungen 6a und 6b und zwei
Auswuchtringen 30a, 30b umfasst, die jeweils über
Lager 32a, 32b auf Ansätzen 34, 36 eines
Jochrings 38 gelagert sind. Der Jochring 38 ist über
die Ansätze 34, 36 auf der Spindel 2 montiert.
Die Stelleinrichtungen 6a, 6b weisen jeweils eine
Spule 40a, 40b auf, die mit Gehäuseteilen
aus magnetisch leitendem Material (wie unten beschrieben) Elektromagnete
zur Verwirklichung der Wirbelstrombremse zusammenwirken.
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3 ist
eine Schnittdarstellung entlang der Linie III-III von 2,
wobei Dauermagnete 42, 44 in dem Jochring 38 dargestellt
sind, die entlang dem Umfang des Jochrings 38 jeweils umgekehrte
Polaritäten haben, das heißt N-S, S-N, N-S usw.,
wie aus 3 ersichtlich ist. Die Auswuchtringe 30a, 30b haben
Durchgangsbohrungen 46, 48, zwischen denen Stege 50, 52 an
den Auswuchtringen 30a, 30b vorhanden sind. Durch
das Zusammenwirken der Dauermagnete 42, 44 mit
den Stegen 50 bzw. 52 werden die Auswuchtringe 30a, 30b an
dem Joch 38 gehalten, wobei die Magnetfeldlinien durch
die gestrichelte Linie 54 angedeutet sind.
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4 zeigt
eine schematische Seitenansicht der Stelleinrichtung 6a und
des Auswuchtrings 30a von 3. Die Lage
der Dauermagnete 42, 44 in dem Jochring (nicht
gezeigt) in Bezug auf die Bohrungen 46 des Auswuchtrings
sind schematisch dargestellt. In der Stelleinrichtung 6a ist
die Spule 40a vorgesehen, die durch Polansätze 56, 58 elektromagnetische
Felder erzeugen, wie durch die gestrichelte Linie 60 beispielsweise
angedeutet ist, und die damit bei Einschaltung der Spule 40a eine
Wirbelstrombremse mit dem Auswuchtring 30a bilden.
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5 ist
eine Seitenansicht des Auswuchtrings 30a mit den Bohrungen 46 und
der Auswuchtring 30a ist über das Lager 32a auf
dem seitlichen Ansatz 34 (2) des Jochrings 38 zu
lagern. 6 ist eine Seitenansicht des
Jochrings 38 mit den Dauermagneten 42, 54 und
dem seitlichen Ansatz 34. Wenn auf dem Jochring 38 2N
Dauermagnete vorgesehen sind, sind auf dem Auswuchtring 32aN Bohrungen
vorgesehen, um die in 3 gezeigten Magnetkreise zu
bilden.
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Die 7 und 8 zeigen
schematisch die Funktionsweise der Wirbelstrombremse bei der erfindungsgemäßen
Auswuchtvorrichtung. In 7 ist schematisch eine Seitenansicht
eines Auswuchtrings 64 und eine Stelleinrichtung 66 mit
U-förmigen Elektromagneten wie dem Elektromagneten 68 gezeigt, der
einen Südpol 68a (S) und einen Nordpol 68b (N) hat,
wobei um den Südpol 68a und den Nordpol 68b jeweils
eine Spule 69a bzw. 69b vorgesehen ist und zwar
so dass die eine Spule entge gengesetzt zur anderen Spule gewickelt
ist. Durch derartige Auswuchtringe wird eine radiale Wirbelstrombremse
verwirklicht. Die Wirbelstrombremse beruht darauf, dass in einem
elektrisch leitfähigen Material, das sich in einem Magnetfeld
befindet und bewegt, ein Ladungsausgleich stattfindet, der so genannte
Wirbelstrom. Auf einen Strom durchflossenen Leiter im Magnetfeld wirkt
dabei eine Kraft, die der Bewegung des sich bewegenden Materials
entgegen wirkt. Zur Nutzung dieses Effekts befinden sich um den
Umfang des Auswuchtringes 64 herum abwechselnde radiale, magnetische
Pole N bzw. S, die mit der Steuerung von Spulen Wirbelströme
in dem Auswuchtring 64 erzeugen, wie in 8 gezeigt
ist, in der die Stelleinrichtung 66 und der Auswuchtring 64 schematisch dargestellt
sind. Die Feldlinien 70 der Wirbelstrombremsen sind ebenfalls
schematisch dargestellt und werden von den Elektromagneten 68 erzeugt.
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9 ist
eine äquivalente Darstellung eines Magnetkreises, der die
Auswuchtringe 30a, 30b an dem Jochring 38 hält.
Die Magnete 42, 44 sind jeweils mit entgegen gesetzter
Polarisierung angeordnet und sie wirken mit den jeweiligen Stegen 50 bzw. 52 zusammen,
um die in elektromagnetischer Äquivalenzdarstellung gezeigten
Magnetkreise zu bilden. Der Auswuchtring wird durch die Wirbelstrombremse nur
gegen die Drehrichtung des auszuwuchtenden Rotors verstellt. Um
den Auswuchtring 64 von einer Halteposition durch die Dauermagnete
in die nächste zu verstellen, wird in der Spule der Stelleinrichtung ein
Impuls bestimmter Stärke und Pulsdauer erzeugt, wodurch
in dem Auswuchtring eine tangentiale Kraft und damit ein Moment
auf den Auswuchtring ausgeübt wird. Dieses Moment muss
die Haltekraft der Dauermagnete 42,44 in dem Jochring überwinden, die
die Auswuchtringe in diskreten Winkelpositionen relativ zu dem auszuwuchtenden
Rotor halten. Mit anderen Worten wird durch die Dauermagnete im Joch
bei einer Auslenkung des Auswuchtringes relativ zu dem auszuwuchtenden
Rotor eine Reluktanzkraft und damit ein Moment entgegen der Auslenkung
erzeugt. Wenn die Bremskraft der Wirbelstrombremse größer
ist als die Haltekraft zwischen dem Joch und dem Auswuchtring, wird
der Auswuchtring gegen die Drehrichtung des Rotors verstellt, indem der
Auswuchtring aus einer stabilen Halteposition zum grenzstabilen
Punkt zwischen zwei Haltepositionen gezogen wird und dann in der
nächsten stabilen Halteposition landet, wenn in diesem
Moment die Wirbelstrombremse ausgeschaltet wird. Damit ist zur Verstellung
der Auswuchtringe nur das Ein- und Ausschalten der Wirbelstrombremse
erforderlich.
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10 ist
eine Explosionsdarstellung einer Stelleinheit 6, wie sie
schematisch in den 2 und 4 gezeigt
ist. Die Stelleinheit 6 weist eine erste Stelleinrichtung 6a und
eine zweite Stelleinrichtung 6b auf. Die Stelleinrichtung 6a weist
zwei Joch-Ringteile 70, 72 und eine Spule 74 auf.
Die zwei magnetisch leitenden Joch-Ringteile 70, 72 haben
jeweils an ihrem Innenumfang Polansätze 76, 78,
die im zusammengesetzten Zustand abwechselnd unter den gegenüber
liegenden Joch-Ringteil 70 bzw. 72 zur Bildung
abwechselnder Pole vorstehen, wie auch aus 4 zu ersehen
ist. Die Ringspule 74 ist zwischen den Joch-Ringteilen 70, 72 angeordnet.
Die Stelleinrichtung 6b ist analog zu der Stelleinrichtung 6a aufgebaut,
so dass sich eine erneute Beschreibung erübrigt. Zwischen
den Stelleinrichtungen 6a und 6b ist ein Zwischenring
(nicht gezeigt) vorgesehen, an dem eine Sensoranordnung 82 vorgesehen ist,
die einen Sensor entsprechend dem Sensor 14 in 1 aufweist.
Die Wirkungsweise des Sensors wird unten beschrieben.
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11 ist
eine Ausführungsform der Stelleinrichtung 6, bei
der die Wirbelstrombremse durch einzelne U-Magnete 84, 86 verwirklicht
wird, die in der Stelleinrichtung 6a bzw. 6b angeordnet
sind. Die U-Magnete 84, 86 werden über
Spulen 88, 90 angesteuert, die in jeder Stelleinrichtung 6a bzw. 6b jeweils
umfangsmäßig in Reihe geschaltet sind, um die Wirbelstrombremse
ein- bzw. auszuschalten.
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12 ist
eine Explosionsdarstellung der Anordnung bestehend aus dem Jochring 38 und
den Auswuchtringen 30a, 30b, wobei die Auswuchtringe 30a, 30b über
die Dünnringlager 32a, 32b auf den seitlichen
Ansätzen 34, 36 des Jochrings 38 gelagert sind,
wie auch in 2 gezeigt ist. Die Anordnung wird
durch einen Abschlussring 94a beziehungsweise 94b auf
beiden Seiten der Einheit vervollständigt.
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In 12 ist
auch die Positions-Bestimmungseinheit für den adaptiven
Regelkreis dargestellt, durch die die Ist-Position der Auswuchtringe
zu bestimmen ist. Die Positions-Bestimmungseinheit weißt
einen Magneten 96 in dem Abschlussring 94b und
einen auf den Magneten 96 ansprechenden Sensor in der Halterung 82 der
Stelleinrichtung 6 auf, sowie eine die Reluktanz des Auswuchtrings 30b verändernde, örtlich
definierte Einrichtung, beispielsweise ein Kerbe 98, und
einen auf die Reluktanz des Auswuchtrings 30b ansprechenden
Sensor in der Sensoranordnung 82 der Stelleinrichtung 6 auf.
Der Auswuchtring 30a hat eine entsprechende Kerbe (nicht
gezeigt), die ebenfalls mit einem Sensor in der Sensoranordnung 82 in
der Stelleinrichtung zusammenwirkt. Durch diese Positions-Bestimmungseinrichtung
kann die jeweilige aktuelle Lage der Auswuchtringe gegenüber
dem Rotor festgestellt werden.
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13 ist
eine Explosionsdarstellung einer Anordnung mit den Auswuchtringen 30a, 30b und Abschlussringen 100a bzw. 100b.
Die Auswuchtringe 30a, 30b sind in diesem Fall über
Flachkäfig-Nadellager 102a bzw. 102b auf
den Ansätzen 36 bzw. 38 des Jochrings 38 gelagert.
Da die Flachkäfig-Nadellager 102a bzw. 102b keine
axiale Führung bieten, ist zwischen dem Jochring 36 und
den Auswuchtringen 32a bzw. 32b ein Gleitring 104a bzw. 104b eingesetzt,
durch den die der Abstand der Auswuchtringe 32a, 32b von
dem Jochring 38 bestimmt und die Lagerung der Auswuchtringe 30a, 30b gegenüber
dem Jochring 38 vervollständigt wird. Auch in 13 ist die
Positions-Bestimmungseinrichtung gezeigt, die einen Magneten 106 an
dem Abschlussring 100b und eine Kerbe 108 an dem
Auswuchtring 30b sowie eine Kerbe 110 an dem Auswuchtring 30a aufweist.
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14 ist
eine Explosionsdarstellung einer Auswuchtvorrichtung mit einer Stelleinheit 118 und mit
einer Auswuchteinheit 120, die Auswuchtringe 122, 124 aufweist.
Die Auswuchtringe 122, 124 sind in diesem Fall über
Flachkäfig-Nadellager 130 bzw. 132 auf
den Ansätzen 134 bzw. 136 des Jochrings 138 gelagert.
Zwischen dem Jochring 138 und den Auswuchtringen 122 bzw. 124 ist
ein Abstandshalter, beispielsweise ein geteilter Gleitring (nicht
gezeigt), eingesetzt, durch den die der Abstand der Auswuchtringe 122, 124 von
dem Jochring 138 bestimmt wird. Im Unterschied zu den Ausführungsbeispielen der 11 und 13 ist
in dem Ausführungsbeispiel von 14 sowohl
die Stelleinheit 118 als auch die Auswuchteinheit 120 geteilt
und bestehen aus Stelleinheit-Hälften 118a, 118b,
Auswuchtring-Hälften 122a, 122b; 124a, 124b und
Jochring-Hälften 38a, 38b, und die Nadellager 130, 132 sind
Nadellager-Streifen, die als solche zwischen der Auswuchtringen
und den Ansätzen des Jochrings 138 eingefügt
sind. Die Auswuchtvorrichtung ist somit teilbar und zu Ringbauteilen
zusammenfügbar ausgestaltet. Die Stelleinheit 118 ist
ansonsten wie die Stelleinheit in 11 aufgebaut,
und die Auswuchteinheit 120 ist ansonsten wie die aus 13 aufgebaut.
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Die
Stelleinheit-Hälften 118a, 118b, Auswuchtring-Hälften 122a, 122b; 124a, 124b und
Jochring-Hälften 38a, 38b können
an dem auszuwuchtenden Rotor platziert und sodann dort, beispielsweise durch
Verschraubungen, zusammengefügt werden. Dadurch kann das
System aus Stelleinheit und Auswuchteinheit auch an Rotoren eingebaut
werden, die zum Zwecke des Einbaus der Auswuchteinrichtung nicht
aus ihrer Maschinenumgebung ausgebaut werden sollen. Dies trifft
beispielsweise für Generatorturbinen zu, bei denen das
Ein- und Ausbauen einer Turbine eine zu lange Zeit und damit Abschaltzeit
der Turbine bedeuten würde.
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Die
vorstehenden Ausführungsbeispiele wurden im Einzelnen beschrieben.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf die beschriebenen Beispiele beschränkt,
sondern der Schutzumfang der Erfindung wird nur durch die beigefügten
Ansprüche definiert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4337001
C2 [0002]
- - US 5757662 A [0003, 0007]
- - DE 29913630 U1 [0004]
- - DE 19743578 A1 [0005, 0022, 0041]