DE2012685C - Auswuchtmaschine mit gesteuerter Gleichrichtung - Google Patents

Description

2012885 M

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Die Erfindung betrifft eine Auswuchtmaschine mit den gesteuerten Gleichrichtern geechaltet sind und

gesteuerter Gleichrichtung der Geberspannung. deren Ausgangespannungen mit der Gebereppnnung

Es sind Auswuchtmaschinen und Auswuchtverfah- addiert werden, »o daß für die Schaltfrcquenz der ren bekannt, bei welchen die Geberwechselspannun- gesteuerten Gleichrichter ein geschlossener Kreis mit gen mittels gesteuerter Gleichrichter im Rhythmus 5 negativer Rückkopplung entsteht, Hierdurch gelingt der Maschinendrehzahl von zwei Rechteckspannun- es erfindungsgemäß, die Selektivität auf allen Störgen mit einer Viertelumdrehung Phasenversatz und frequenzea zu verbessern.

mit vorzugsweise je 180° Tastverhältnis zerhackt In Weiterbildung der Erfindung wird bei einer Auswerden. Die nach der Zerhackung erzielten Zwischen- wuchtmaschine mit gesteuerter Gleichrichtung zwispannungen werden jede für sich mittels eines io sehen die Geberspannung und die gesteuerte Gleich-ÄC-Gliedes integriert. Hinter den beiden ÄC-Glie- richtung ein im Verstärkungsgrad veränderlicher den stehen dadurch zwei Gleichspannungen zur Ver- Verstärker oder Abschwächer eingeschaltet, hinter fügung, die der Λ'- und K-Komponente des Unwucht- den gesteuerten Gleichrichtern jeder Komponente vektors entsprechen. Die beiden Komponentengleich- ein Integrator mit nahezu unendlicher Gleichspannungen können anschließend in gegeneinander 15 Spannungsverstärkung zugeordnet und ferner an phasenverschobene Rechteckspannungen mit einer deren Ausgänge zwei Zerhacker angeschlossen, deren von der Drehzahl des Prüflings unabhängigen Fre- Ausgangsspannung mit der Eingangsspannung addiert quenz umgesetzt werden, und es kann aus der Misch- wird, so daß für die Schaltlrequenz der gesteuerten spannung die G.öße und die Phase der Unwucht er- Gleichrichter ein geschlossener Kreis mit negativer mittelt werden. *o Rückkopplung entsteht. Durch diese erfindungs-

Solche Auswuchtmaschinen mit gesteuerter Gleich- gemäße Anordnung ergibt sich der große Vorteil, daß

richtung haben den Nachteil, daß ungeradzahüge eine Verbesserung der Selektion, wenn auch nur in

Harmonische zu ihrem n-ten Anteil fälschlicherweise unmittelbarer Nähe der Drehzahl, unter gleichzeitiger

zur Anzeige gebracht werden. Um diesen Nachteil zu Verkürzung der Meßzeit erzielt werden kann, was

beseitigen, schaltet man Filter, verzugsweise mit Tief- 35 bislang nicht möglich war, da eine Verbesserung der

paßcharakter, zwischen den Meßgeber und die Selektion eine Vergrößerung der Meßzeit mit sich

phasengesteuerte Gleichrichtung, so daß die Ober- brachte.

wellen unterdrückt werden. Die gesteuerte Gleich- Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der richtung in Verbindung mit einem derartigen Filter Erfindung, welche eine Auswuchtmaschine mit einem hat gegenül>er der bekannten Wattmeter-Methode 30 zwischen die Geberspannung und die gesteuerten den Vorteil, daß nicht aw die Oberwellen, sondern C' !chrichter geschalteten Filter zur Unterdrückung daß auch andere, nicht nannonische Frequenzen fremder Frequenzen betrifft, ist dadurch gekennzeichunterdrückt werden und somit mit kleinerem Pegel net, daß außer dem Filter auch noch ein Verstärker an die Verstärker und die gesteuerten Gleichrichter mit regelbarem Verstärkungsgrad zwischen die Geberge'angen, so daß diese von Übersteuerung freige- 35 spannung und die gesteuerten Gleichrichter geschalhalten werden. Die Störunterdrückung ist um so tet ist, daß nach den gesteuerten Gleichrichtern jeder besser, je höher die Selektion dieses Filters ist. Es ist Komponente je ein Integrate*, mit hoher Gleichvon Vortei¹, wenn sich diese Filter automatisch auf Spannungsverstärkung zugeordnet ist und daß an die Maschinendrehzahl abstimmen. Eine automa- deren Ausgänge zwei Zerhacker, welche synchron mit tische Abstimmung wird z. B. dadurch erreicht, daS 40 den gesteuerten Gleichrichtern geschaltet werden, ancine am Rotor angebrachte Markierung durch eine geschlossen sind, deren Aüsgangsspannungen mit der Fotozelle abgetastet wird und daß in bekannter Weise Geberspannung addiert werden, so daß für die eine der Drehzahl proportionale Spannung gebildet Schaltfrequenz der gesteuerten Gleichrichter ein gewird. Diese Spannung wird zur Abstimmung des FiI- schlossener Kreis mit negativer Rückkopplung entters benutzt. Abweichungen zwischen der Abstimm- 45 steht. Bei dieser Anordnung ergibt sich der große frequenz de» Filters und der Maschinendrehzahl Vorteil, daß eine Verbesserung der Selektion, und führen jedoch, insbesondere bei hoher Selektion des zwar auf allen Störfrequenzen, unter gleichzeitiger Filters, zu Phasenfehlern zwischen der Eingangs- und Verkürzung der Meßzeit erzielt werden kann, was Ausgangsspannung des Filters und somit zu Winkel- Hsher ebenfalls unmöglich war. anzeigefehlern. So Die Erfindung ergibt somit den Vorteil, die MeB-

Ausgehend von dem vorgenannten Stand der Tech- zeit — und damit die Störunterdrückung in unmittelnik (s. die deutschen Patentschriften 1108 475, barer Drehzahlnähe — zu beeinflussen und auf diese 1 103 637 und die belgische Patentschrift 700 429). Weise, trotz extrem kurzer Meßzeit, d.h. bei nur ist es nun Aufgabe der Erfindung, den vorgenannten wenigen Rotorumläufen, eine wirksamere Störunter-Nachteilen abzuhelfen und eine verbesserte Aus- 55 drückung in Drehzahlnähe zu erzielen, als dies bisher wuchtmaschine mit gesteuerter Gleichrichtung in der Fall war.

Vorschlag zn bringen. Insbesondere soll hierbei die Weitere Btazetbetten und Merkmale der Erfindung FrequenzsefokuVitlt verbessert «erden, Diese Auf- sind aus des Unteransnflehen ta Verbindung mit gäbe wird erflndungegemlB dadurch gelöst, daß bei einem Amfutoungsbeispiel ersichtlich, welche· in der einer Auswuchtmaschine, bei welcher zwischen die *> Zeichnung durch drei seeematoche Schaltplfae ergesteuerten Oleichrichter und eine Oeberspannung läutert und nachstehend beschrieben ist Bs xeigt ein Filter zur Unterdrückung fremder Frequenz ge- Pig. 1 einen Schaltplan des erflndungsgemltßen schaltet ist und bei welcher die Unwucht in minde- bevorzugten Ausffihrungibeispieles, i K l id h d Pi d 3 i Shll

«tens zwei Komponenten zerlegt wird, nach den ge- Fig. 2 und 3 je einen Sehaltplan, der zur Brittute· steuerten Gleichrichtern Jeder Unwuchtkomponente *s nmg des Schaltplanes gemSS Fig. 1 dient je ein Integrator mh hoher Olelchspannungsventfir· In Fig. 1 ist eine Oeberspannung V₁ an einen kung zugeordnet ist und daß an deren Ausginge zwei Widerstand 1 angelegt. Ober diesen Widerstand ge-Zernaeker angeschlossen sind, welche synchron mit langt sie an em Filter 1. Diesem Filter ist über einen

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Widerstand 4 ein Qperotionsverstürker 3 zusammen Filters 2 und vom VerstürkungSBrad des Verstiir-

mit einem Potentiometers nnchgesclmltet, Der Aus- kers3 sind,

gang des Operationsverstärkers 3 ist mit den Ein- Durch den RUckkopplungskreis wird folglich er-

giingen von zwei elektronischen Schaltern 6 und 7 reicht, daß Phasen- und Verstürkungsfehler des FiI-

verbiinden. Diese sind zur besseren VersUindlichkeit 5 ters und des Verstärkers das MeUergebnis nicht bc-

uls mechanische Schalter dargestellt. In der Praxis einflussen,

finden hier Transistoren Anwendung, Sie werden über Der Rückkopplungskreis gilt nur für die Frequenz

die Leitungen 8 und 9 mit Rcchteckspannungen bc- als geschlossen, mit welcher die elektronischen ikhal-

lätigt. ter betätigt werden. Für andere Störfrequenzen ist

Die Ausgänge der beiden elektronischen Schaltern ι» der Rückkopplungskreis nicht geschlossen,

und 7 werden den Eingängen der beiden Operations- Die Funktion ist in vereinfachter Form in den

verstärker 10 und Il zu^ieitet. Diese beiden Opera- schematischen Schaltungen Fig. 2 und 3 wiederge-

tionsverstärker sind durch die Kondensatoren 12 und geben. Hierbei wird die Eingangsspannung U₁ über

13 als Integratoren ausgebildet. Sie verfügen über den Widerstand 1 an den Eingang eines durch einen

eine nahezu unendlich große Gleichspannungsverstär- 15 Widerstand 24 als Inverter geschalteten Operations-

kung und durch die Beschaltung mit den Kondensa- Verstärkers 23 angelegt. Der Inverter 23 und der Ver-

toren 12 und 13 über eine sehr wirksame Wechsel- stärker 3 drehen die Phase jeweils um 180°, so daß

Spannungsunterdrückung. eine Gesamtphasenschiebung zwischen dem Eingang

Die Ausgangsgleichspannungen U_x, U_Y der Opera- des Inverters 23 und dem Ausgang des Verstärkers 3

tionsverstärker 10 und 11 entsprechen der X- und ao von 0° entsteht. Die In; jratoren 10 und 11 bewirken

y-Komponente des UnwuchtveVtors. Sie werden für Gleichspannung eine ^polaritätumkehr zwischen

über zwei weitere elektronische. Schalter 14 und 15, Eingangs- und Ausgangsspannung.

welche im gleichen Rhythmus wie die elektronischen Zur besseren Verständlichkeit sollen die elek-Schalter 6 und 7 betätigt werden, in Wechselspannun- tronischen Schalter 6 und 14 durch eine Rechteckgen U_x, U., der ursprünglichen Frequenz zerhackt. 25 spannung betätigt werden, welche mit der Wechsel-

Die elektronischen Schalter 14, 15 sind der besse- spannung U_e in Phase ist, und zwar so, daß während

ren Verständlichkeit wegen als mechanische Schalter der positiven Halbperiode der Wechselspannung U_c

dargestellt. In der Praxis finden auch hier Transi- die Schalter 6 und 14 geschlossen sind. Die elektro-

storen Anwendung. Der durch die Zerhackung der nischen Schalter 7 und 15 sollen vom Zeitpunkt

elektronischen Schalter 14, 15 verbleibende Gleich- 30 der positiven Spitze bis zur negativen Spitze der

spannungsgehalt wird in bekannter Weise durch nicht Eingangsspannung U_e — also 90° später als die

dargestellte Koppelkondensatoren unterdrückt. Die elektronischen Schalter 6 und 14 — geschlossen

so gewonnenen Rechteckspannungen U₁, U_z werden sein.

über die Widerstände 16, 17 addiert und ebenfalls Für diese spezielle Phasenlage zwischen der Ein-

dem Eingang des Filters 2 als negative Rückkopplung 35 gangsspannung U, und der Schaltperiode der elektro-

zugeleitet. nischen Schalter wird folglich am Ausgang 21 des

Ein Impuls J wird z. B. von einer Fotozelle abge- Integrators 10, 12 eine negative Gleichspannung U_x geben, welche eine am Rotor angebrachte Markie- entstehen, während am Ausgang 22 die Gleichrung abtastet. Er dient als Phasenbezugssignal und spannung U_Y 0 Volt beträgt, so daß der elektrowird dem Eingang 18 eines Pbasenkanals 19 züge- 40 nische Schalter 15 und der Widerstand 17 nicht beführt. Der Phasenkanal 19 erzeugt aus diesem Impuls achtet zu werden brauchen.

in bekannter Weise zwei Rechteckspannungen, welche In der positiven Halbpe/iode der Eingangsum 90° gegeneinander phasenversetzt sind und zur spannung U_e ist der Schalter 14 geschlossen. Am Steuerung der elektronischen Schalter 6, 14 7 und 15 Ausgang des Schalters 14 wird folglich eine Rechtdienen. 45 eckspannung U_x entstehen, die infolge des hohen

Der Phasenkanal 19 erzeugt fernerhin eine dreh- Verstärkungsgrades des Integrators 10 genauso groß

zahlproportiopnle Spannung, welche über die Leitung ist, aber mit 180° Phasenversatz, wie die Eingangs-

20 zur Abstimmung des Filters dient. wechselspannung U₁,.

Die Erfindung macht sich folgende Tatsache zu- Da die Wechselspannung U_e mit der gleichen Fre-

nutze: Da die Verstärkung zwischen dem Eingang 50 quenz erfolgt wie die Betätigung der elektronischen

des Filters 2 und den Ausgängen 21, 22, und zwar Schalter, wird am Eingang des Inverters 23 eine

auf der Frequenz, mit welcher die elektronischen Wechselspannung von nahezu 0 Volt entstehen. Der

Schalter betätigt werden, nahezu unendlich ist, Inverter 23, der Verstärker 3 und die elektronischen

können endliche Spannungen U_x und U_Y nur dann Schalter 6 und 7 werden folglich auf sehr kleinem

entstehen, wenn die Eingangsspannung des Filters 55 Pegel betrieben.

praktisch »0« ist. Dies ist nur dann der Fall, wenn Du vom elektronischen Schalter 6 abgegebene der von der Spannung U_t über den Widerstand 1 auf- Gleichspannung ist folglich ebenfalls nahezu 0 Volt, gebrachte Strom plus den Strömen in den Wider· damit am Ausgang 21 eine endliche Gleichständen 16 aod 17 gleich »0« wird. Dies wiederum spannung V_x entstehen kenn, bedeutet, daB die Addition der beiden Wechsel- fc> Der Kondensator 12 ist nach mehreren Umläufen Spannungen V_x + f/,«· — V. sein tnue. Diese Bedin- der Maschine auf die Oleichspannung V_x geladen, gang ist vom absoluten Verstlrkttngsgrad und der Die Ladezeit hängt im wesentlichen von dem vom Phaeenversch>bung des Filters 2 sowie vom Ver- Verstarker 3 gelieferten Strom ab. Der Verstirkttngsst&rkimgsgrad des Operationsverstärkers 3 praktisch faktor des Verstärkers 3 und damit der gelieferte triebt anhängig. es Strom zur Ladung des Kondensators 12 ist mit Hilfe

Dies wteoKDm hat zur Folge, daß die Komponen- des Potentiometers S einstellbar. Mit dem Potemto-

tngtn V_x and V_r praktisch unbeein- meter S kann folglich die Ladezeit der Kondensatoren

St vom Phasenfehler und Ämpfltudenfehler des 12 bzw. 13 und somit die Meßzeit auf bequemste

Weise variiert werden, ohne daß die öesamtverstarkung des Kreises beeinflußt wird.

WBhIt mail nun kurze Ladezeiten für die Kunden* »atmen 12, 13, so erreicht man zwar kurze Meß· zeiten. Die Meßwerte aber können durch Störspannungen dreffisahfctaher Frequenzen verfälscht sein. W»hU man lange Ladezeiten der Kondensatoren 12, 13, so erretent man zwar eine wirksame Unterdrückung der Storfrequenzen in Drehzahlnähe, muß aber eine lange Meßzeit in Kauf nehmen. Um diese Nachteile zu vermeiden, stellt man beim Start der Maschine zunächst eine kurze Meßzeit, z. B. mittels Potentiometer 5 ein und erreicht dadurch schon nach wenigen Umläufen den angenäherten Meßwert, danach wird die Meßzeit stetig oder in Stufen mittels des Potentiometers ft verlängert, damit der genaue Meßwert erreicht wird.

Durch diese Maßnahme erreicht man bei kürzester Meßzeit eine sehr wirksame Unterdrückung von Störfret|iicn7cn in Drchzahlnähe

fugt man nun, wie in F i g. 3 dargestellt, das Filter 2 an Stelle des Verstärkers 3 ein, so ergibt sich folgende Situation:

Is soll vorausgesetzt werden, daß der Verstärkungsgrud des Filters 2 ähnlich dem des Verstärkers 3 in Verbindung mit dem Widerstand 4 und dem Potentiometer 5 sein soll und daß hei richtiger Abstimmung das Filter 2 die Phase um 180 drehen soll. Für die Resonanzfrequenz des Filters 2 ergeben sich folglich ganz ähnliche Verhältnisse, wie in Fig. 2 dargestellt.

Wenn nun die Fingangsspannug U₁ zusätzlich mit frcimlfrcquentcn Stürspanmingcn. beispielsweise der doppelton Frequenz überlagert ist. so wird diese Störfr.i|iienz am Ausgang des Filters 2 durch die Selektion desselben bereits wirksam unterdrückt, so daß die Siörfrequenz mit nur sehr kleinem Pegel gegenüber der Cirundwellc an den l.ingängen der elektronischer» Schulter 6 und 7 ankommt. Sie wird außerdem \1111 tion elektronischen Schaltern 6. 7 nicht in Gleichspannungen umgewandelt: sie wird also keine Verfälschung der Spannungen ί'_Λ und U^ zur Folge haben. Sie wird folglich auch im Rückkopplungskreis nicht weiter \erarbeitet.

Verstimmt man nun die Abstimmfrequenz des Filters 2 geringfügig gegenüber der Schaltfrequenz der elektronischen Schalter und der in der Fingangsspatinung f , enthaltenen Grundwelle, so werden sich zwar die Ausganesphase und die Ausgangsspannung des Filiers 2 ändern. Infolge der hohen Gleichspannungsverstärkung der Operationsverstärker 10 und II wird dies jedoch an den Ausgängen 21 und 22 keine Änderungen der Spannungen U_x und U_Y her- \orrufen. da die F.ingangsspannung am Filter 2 für die Grundwelle praktisch 0 Volt sein muß und somit die Ströme im Widerstand 1 und den Widerständen 16 und 17 gleich groß, aber um 180" phasenversetzt sein müssen.

Auf diese Weise erkennt man. daß geringfügige Fchlabstimmunecn des Filters 2 keine Meßfehler an den Ausgängen 21 und 22 zur Folge haben. Durch diese Maßnahme ist man in der Lage, das Filter mit einer extremen Selektion zu versehen, ohne Winkel- und Größenfehler in Kauf nehmen zu müssen. Bei Auswuchtmaschinen mit kleinem Drehzahl van ationsbercich ist es daher nicht erforderlich, das Filter an der Drehzahl variation teilnehmen zu lassen. F„s kann fest auf die mittlere Drehzahl abgestimmt sein.

Wie in F i g. 2 gc/eigt und anfangs schon erwähnt.

bietet die erflndungsgemMße Schaltung und das erflndungsgemMße Auswuchtverfahren den großen Vorteil, die Meßzett — und somit die Bandbreite auf der Orundwelle — durch den Verstärkungsfaktor des Verstärker» 3 auf bequeme Weh» zu beeinflussen. Be! hoher Verstärkung des Verstärkers 3 sind die- Kondensatoren 12 und 13 Ib kürzester Zeit geladen bzw. umgetaden. Die Meßsett wird folglich extrem kurz und die Bandbreite auf der Grundwelte groß.

ίο Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sehen vor, daß zu Beginn eines Meßlaufes der Maschine zuerst eine sehr kurze Meßzeit und einige Umläufe, später eine längere Meßzeit einreguliert wird. Dies hat zur Folge, daß sich die

Meßwerte sehr schnell einstellen, jedoch durch Störfrequenzen in unmittelbarer Drehzahlnähe zunächst schwanken, dann aber infolge der erhöhten Selektion sich völlig beruhigen. Es werden nur wenige Umläufe der Maschine bis zum Erreichen der präzisen Meßwerte U_x und U> benötigt.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Auswuchtmaschine mit gesteuerter Gleichrichtung der Gebcrspannung, bei welcher zwischen gesteuerten Gleichrichtern und die Geberspannung ein Filter zur Unterdrückung fremder Frequenzen geschaltet ist und bei welcher die Unwucht in mindestens zwei Komponenten zerlegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach den gesteuerten Gleichrichtern (6, 7) jeder Komponente je ein Integrator (10. 11. 12. 13) mit hoher Gleichspannungsverstärkung zugeordnet ist und daß an deren Ausgänge (21, 22) zwei Zerhacker (14. 15). welche synchron mit den gesteuerten Gleichrichtern (6, 7) geschaltet werden, angeschlossen sind, deren Ausgangsspannungen mil der Gebcrspannung addiert werden, so daß füt die Schaltfrequenz der gesteuerten Gleichrichtet (6. 7) ein geschlossener Kreis mit negativer Rückkopplung entsteht.

2. Auswuchtmaschine mit gesteuerter Gleichrichtung der Geberspannung, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die gesteuerten Gleichrichter (6, 7) und die Geberspannung ein im Verstärkungsgrad veränderlicher Verstärker oder Abschwächer (3) eingeschaltet ist, daß hinter den gesteuerten Gleichrichtern (6, 7) jeder Unwuchtkomponente ein Integrator (10. 11. 12. 13) mil nahezu unendlicher Gleichspannungsverstärkun§ zugeordnet ist und daß an deren Ausgänge zwei Zerhacker (14, 15) angeschlossen sind, derer Ausgangsspannungen mit der tingangsspannunf addiert werden, so daß für die Schaltfrequenz dei gesteuerten Gleichrichter (6, 7) ein geschlossene Kreis mit negativer Rückkopplung entsteht.

3. Auswuchtmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Filter (2" zwischen die gesteuerten Gleichrichter (6, 7) unc die Geberspannung ein Verstärker (3) mit regel barem Verstärkungsgrad geschaltet ist.

4. Auswuchtmaschine gemäß Anspruch 2 oder 3 dadurch gekennzeichnet, daß der regelbare Vcr stärker oder Abschwächer (3) durch ein Korn

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