DE1120762B

DE1120762B - Auswuchtvorrichtung zur Justierung des statischen Gleichgewichtes eines in Ringen aufgehaengten empfindlichen Apparates

Info

Publication number: DE1120762B
Application number: DEM34660A
Authority: DE
Inventors: Robert O Maze
Original assignee: Honeywell Inc
Current assignee: Honeywell Inc
Priority date: 1957-07-05
Filing date: 1957-07-05
Publication date: 1961-12-28

Description

Auswuchtvorrichtung zur Justierung des statischen Gleichgewichtes eines in Ringen aufgehängten empfindlichen Apparates Die Erfindung bezieht sich auf Auswuchtvorrichtungen zur Justierung des statischen Gleichgewichtes einer in Lagerringen aufgehängten Anordnung eines empfindlichen Instrumentes um eine Rotationsachse.
Die Erfindung ist auf viele empfindliche Instrumente anwendbar und ist insbesondere zur Auswuchtung einer empfindlichen Instrumentenanordnung wertvoll, die normalerweise unzugänglich ist, wie beispielsweise eine hermetisch abgeschlossene Vorrichtung, oder für eine Anordnung, die auf Grund der unmittelbaren Nähe radioaktiven Materials od. dgl. unzugänglich gemacht ist. Die Erfindung ist insbesondere für die Anwendung auf schwimmende Kreisel geeignet und wird mit Bezug auf einen solchen beschrieben.
Einrichtungen zur dynamischen Kompensierung von aus Fliehkräften resultierenden Unwuchten für Motoren, Turbinen u. dgl. sind an sich bekannt. So werden hierfür z. B. auf Gewindespindeln angeordnete Massen verwendet, die während des Laufes des Rotors verstellbar sind, die aber nur bei hohen Winkelgeschwindigkeiten des Rotors wirksam werden könnten. Ferner verwendet man zum Auswuchten rotierender Teile Kugeln, die durch Auswägen in einer bestimmten Lage in dem Körper festgehalten werden.
Es ist ferner bekannt, Quecksilber als Ausgleichsgewicht in thermoplastische Massen einzubetten und als dynamischen Ausgleich von Unwuchten zu verwenden. Diese bekannten Einrichtungen lassen sich aber für den statischen Unwuchtausgleich bei Kreiselgeräten oder ähnlichen empfindlichen Apparaten nicht verwenden.
Die Erfindung betrifft eine Auswuchtvorrichtung zur Justierung des statischen Gleichgewichtes einer in Lagerringen aufgehängten Anordnung eines schwimmenden Kreiselgerätes oder eines ähnlichen, empfindlichen, schwer zugänglichen Apparates, um eine Rotationsachse unter Verwendung eines mit thermoplastischem Material gefüllten Behälters, in das ein Objekt (eine Masse) mti anderer, vorzugsweise größerer Dichte eingebettet ist und wobei Hilfsmittel zur Verflüssigung des thermoplastischen Materials vorgesehen sind, um die Bewegung des Objektes innerhalb des Behälters beim Auswuchten zu gestatten, wonach das Objekt durch Erstarren des thermoplastischen Materials in seiner neuen Lage festgehalten wird.
Der Fortschritt wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Behälter rohrartig ausgebildet sind und bezüglich ihrer Achse quer zur Rotationsachse angeordnet sind. Im Verfolg des Erfindungsgedankens kann auf dem Behälter ein Widerstandsheizelement angeordnet sein, das so geschaltet ist, daß es durch den elektrischen Strom über die Anschlußleitungen der Motorwicklung in einem Teil der Lagerringanordnung und über eine frequenzselektive Siebschaltung mit Strom versorgt wird.
Die Erfindung wird nun an Hand der Zeichnung beispielsweise beschrieben.
Fig. 1 ist ein Querschnitt des schwimmenden Kreisels; Fig. 2 ist eine genauere Ansicht eines der Behälter, die für die Auswuchtung verwendet werden; Fig. 3 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Behälters und Fig. 4 ein elektrisches Schaltbild des in Fig. 1 gezeigten Kreisels.
Fig. 1 zeigt einen schwimmenden Kreisel mit einem zylindrischen Gehäuse 12 und zwei an den Enden desselben angeordneten Verschlüssen 14 undl6. Jedes der Traglager 18 und 20 in der Nähe der Verschlüsse 14 bzw. 16 besitzt eine zentrale Ausnehmung 22, die ein Lager 24 darstellt mit einem Becher 26, einer Kugellagerung 28 innerhalb des Bechers 26 und einer Edelsteinlagerung 30, die ebenfalls in dem Becher 26 liegt.
Jeder Lagerbecher 26 ist durch einen Flanschring 32 sicher in seiner Stellung gehalten, wobei der Flanschring auf die Lagerträger 18 oder 20 aufgeschraubt ist.
Eine Lagerringanordnung 34 wird zwischen den Lagern 28, 30 28, 30 getragen. Die Lagerringanordnung 34 umfaßt einen Zylinder 36 mit Abschlußteilen38 und 40 an den Enden, die mit zentrischen Naben 42 und 44 und Wellen46 bzw. 48 versehen sind, die in die Edelsteinlagerungen 30 hineinpassen und gegen die Kugellagerungen 28 liegen.
Isolierte Anschlußstifte 50, die in der Nabe 42 eingebettet sind, stellen elektrische Anschlüsse für die Wicklungen eines Kreiselmotors 54 dar über flexible Leitungen 52 (die schematisch in Fig. 4 gezeigt sind).
Zwischen dem Zylinder 36 und dem Gehäuse 12 ist ein ringförmiger Spalt 35 und der gesamte Raum zwischen der Lagerringanordnung 34 und dem Gehäuse ist einschließlich des Spaltes 35 mit einer Dämpfungs- und Schwimmflüssigkeit angefüllt.
Der Kreiselmotor 54, der innerhalb der Lagerringanordnung angeordnet ist, besitzt drei Wicklungen 56 58 und 60 (Fig. 4), die in einem Punkte 62 miteinander verbunden sind, während ihre anderen Enden über die Leitungen 64, 66 und 68 mit den Anschlußstiften 50 verbunden sind und weiter über flexible Leitungen 52 zu weiteren Anschlußstiften 50' und Leitern 64', 66' und 68' mit einer Dreiphasenwechselstromquelle von 400 Perioden. Zwei identische zylindrische Behälter 70 und 72 sind an den Seitenwänden38 und 40 der Lagerringanordnung 34 befestigt, derart, daß ihre Achsen senkrecht zueinander stehen.
Der Behälter 70 ist genau in Fig. 2 gezeigt. Er besteht aus einem zylindrischen Rohrstück 74 aus Glas oder einem anderen Isoliermaterial. Ein Widerstandsheizelement in Form von Wicklungen oder Filmen 76 ist um die äußere Fläche des Rohres74 herumgewickelt oder auf dieser angeordnet. Innerhalb des Rohres74 ist eine Kugel 84 in einem thermoplastischen Material 82 eingebettet von im wesentlichen verschiedener Dichte, wie beispielsweise Woodmetall oder einem eutektischen Gemisch eines thermoplastischen Kunstharzes. Es können, falls gewünscht, mehr als eine Kugel vorhanden sein.
Das eine Ende der Heizwicklung 76 ist über einen Leiter86 mit dem Leiter68 verbunden. Das andere Ende der Wicklung 76 ist mit dem einen Anschluß eines Kondensators 88 verbunden, dessen anderer Anschluß über den Leiter90 mit dem Leiter 66 verbunden ist. Eine ähnliche Wicklung 92 auf dem Behälter 72 ist über einen Leiter 94 mit dem Leiter68 verbunden und auch mit einem Kondensator 96, dessen anderer Pol über einen Leiter98 mit dem Leiter 64 verbunden ist.
Bei der Arbeitsfrequenz des Kreiselmotors 54 ist die Reaktanz der Kondensatoren 88 und 96 so hoch, daß nur sehr wenig Strom durch die Wicklungen 76 und 92 hindurchfließt. Während der Ausgleichsoperation wird Spannung höherer Frequenz den Leitern 64', 66' und 68' zugeführt, bei der die Reaktanz der Kondensatoren88 und 96 einen verhältnismäßig hohen Stromfluß durch die Wicklungen 76 und 92 gestattet, wodurch diese veranlaßt werden, eine beträchtliche Wärmemenge auszuschicken. Weiter ist bei diesen verhältnismäßig hohen Frequenzen die Reaktanz der Kreiselmotorwicklungen 56, 58 und 60 so hoch, daß nur ein sehr kleiner Strom durch sie hindurchfließt.
Die Kondensatoren und die Motorwicklungen wirken somit wie Rückkopplungselemente in einer frequenzselektiven Siebschaltung.
Ein anderer Behälter 70' abgeänderter Ausführungsform ist in Fig. 3 gezeigt, in dem an Stelle einer Kugel 84 eine Blase 84' vorhanden ist, die eine viel geringere Dichte hat als die thermoplastische Substanz 82.
Im Falle der Kugel 84 in dem Behälter 70, die eine größere Dichte als das thermoplastische Material 82 hat, soll angenommen werden, daß eine Störung im Gleichgewicht der Lagerringanordnung festgestellt worden ist, die ausgeglichen werden könnte, falls die Kugel 84 im Behälter 70 sich abwärts bewegen könnte.
Das Ausgleichsverfahren umfaßt dann einen Abschnitt, in dem der gesamte Kreisel bewegt wird, bis die Längsachse des Behälters 70 horizontal liegt. Dann wird für eine Zeitdauer eine Wechselstromspannung hoher Frequenz an die Leiter 66' und 68' gelegt, wodurch ein Stromfluß durch die Wicklungen 76 erzeugt wird, der die Temperatur des Behälters 70 erhöht, wodurch das thermoplastische Material 82 flüssig wird. Dann wird der Kreisel in eine, wie in Fig. 1 gezeigten, vertikale Stellung gedreht für eine bestimmte Zeitdauer und dann in seine Ausgangsstellung zurückgedreht (in der der Behälter 70 horizontal war) und in dieser gehalten, bis das thermoplastische Material 82 wieder fest wird. Wenn das Instrument in die in Fig. 1 gezeigte Stellung gedreht wird, bewegt sich der Teil 84 unter dem Einfluß der Schwerkraft in dem Rohr 74 nach unten, wobei die Bewegung eine Funktion der Viskosität des thermoplastischen Materials 82 ist und der Zeit, für die der Behälter 70 in der vertikalen Stellung bleibt. Die Viskosität des thermoplastischen Materials 82 ist wiederum eine Funktion der Energieabgabe der'Wicklungen 76. Die Zeitspanne, für die die Wicklungen 76 mit Strom versorgt werden soll, und die Zeitspanne, für die der Behälter 70 in vertikaler Stellung gehalten werden muß, können durch Versuche bestimmt werden.
Bei dem Ausbalancierungsvorgang kann eine Kurve zur Bestimmung der Zeitdauer verwendet werden, für die der Behälter 70 in der vertikalen Stellung gehalten werden muß. Für eine konstante Viskosität des thermoplastischen Materials 82 (die durch Steuerung der Wärmeabgabe durch die Wicklung 76 erhalten werden kann) ist die Änderung im Gleichgewicht des Lagerringes eine einfache lineare Funktion der Zeit, die der Behälter 70 in der vertikalen Stellung gehalten wird.
Falls erkannt wird, daß eine geringe Unausgeglichenheit nach dem ersten Abschnitt geblieben ist, kann der Vorgang wiederholt werden. Durch einen Prozeß, der den Betrag der Unausgeglichenheit kontiniuierlich verringert bei einem hohen Prozentsatz eines Gesamtfehlers, kann erreicht werden, daß das Ungleichgewicht des Lagerringes auf eine außerordentlich kleine Größe herabgesetzt wird.
Um irgendeinen Lagerring, der nicht im Gleichgewicht ist, zu korrigieren, ist es erforderlich, ein Paar von Ausbalanciervorrichtungen unter rechten Winkeln zueinander anzuordnen. Der Behälter 72 ist daher an der Lagerringanordnung 34 unter einem rechten Winkel zum Behälter 70 befestigt. Bei einem nicht ausbalancierten Lagerring, der zur Ausbalancierung auch die Verwendung des Behälters 72 erfordert, ergibt sich somit, daß ein Strom hoher Frequenz den Leitern 64' und 68' zugeführt werden muß, wodurch ein Strom durch die Wicklung92 fließt.
Der Ausbalancierungsvorgang, der angewandt wird, wenn Behälter des in Fig. 3 gezeigten Typs verwendet werden, ist ähnlich. Es muß jedoch berücksichtigt werden, daß die Blase hochsteigt, wo die Kugel herabfallen würde.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Auswuchtvorrichtung zur Justierung des statischen Gleichgewichtes einer in Lagerringen aufgehängten Anordnung eines schwimmenden Kreiselgerätes oder eines ähnlichen empfindlichen und schwer zugänglichen Apparates um eine Rotationsachse, enthaltend einen mit thermoplastischem Material gefüllten Behälter, in das ein Objekt (eine Masse) mit anderer, vorzugsweise größerer Dichte eingebettet ist, wobei Heizmittel zur Verflüssigung des thermoplastischen Materials vorgesehen sind, um die Bewegung des Objektes innerhalb des Behälters beim Auswuchten zu gestatten, wonach das Objekt durch Erstarrung des thermoplastischen Materials in seiner neuen Lage festgehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Behälter (70, 72 bzw. 70') rohrartig ausgebildet sind und bezüglich ihrer Achsen quer zur Rotationsachse angeordnet sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Widerstandsheizelement (76) auf dem Behälter (70).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge kennzeichnet, daß das Heizelement (76) so geschaltet ist, daß es mit elektrischem Strom über die Anschlußleitungen (64, 64', 66, 66') der Motorwicklung (56, 58, 60), die einen Teil der Lagerringanordnung (34) bilden, und durch eine frequenzselektive Siebschaltung (88, 58, 60) versorgt wird. ~~~~~~~ In Betracht gezogene Druckschriften : Deutsche Patentschrift Nr. 841 803; französische Patentschrift Nr. 15 164 (Zusatz zu Nr. 432698); »Werkstattechnik und Maschinenbau«, Bd. 43, H. 2 (1953), S. 72 ; »Maschinenbau - Der Betrieb«, Bd. 12, H. 7/8 (1933), 5. 209.