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WO2008154983A1 - Device for balancing rotors - Google Patents

Device for balancing rotors Download PDF

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Publication number
WO2008154983A1
WO2008154983A1 PCT/EP2008/003476 EP2008003476W WO2008154983A1 WO 2008154983 A1 WO2008154983 A1 WO 2008154983A1 EP 2008003476 W EP2008003476 W EP 2008003476W WO 2008154983 A1 WO2008154983 A1 WO 2008154983A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
balancing
ring
rings
yoke
balancing rings
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/003476
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Georg Fischer
Dirk Neumeuer
Axel RÜCKERT
Original Assignee
Hofmann Mess- Und Auswuchttechnik Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hofmann Mess- Und Auswuchttechnik Gmbh & Co. Kg filed Critical Hofmann Mess- Und Auswuchttechnik Gmbh & Co. Kg
Priority to EP08749230A priority Critical patent/EP2158466A1/en
Publication of WO2008154983A1 publication Critical patent/WO2008154983A1/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M1/00—Testing static or dynamic balance of machines or structures
    • G01M1/30—Compensating imbalance
    • G01M1/36—Compensating imbalance by adjusting position of masses built-in the body to be tested
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F7/00—Vibration-dampers; Shock-absorbers
    • F16F7/10—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect
    • F16F7/1005—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect characterised by active control of the mass
    • F16F7/1011—Vibration-dampers; Shock-absorbers using inertia effect characterised by active control of the mass by electromagnetic means

Definitions

  • the invention relates to a device for balancing rotors fixed on a rotating shaft rotors arranged with a measuring device to determine an unbalance vector in size and direction, and at least two over its circumference an uneven mass distribution having Auswuchttringe that are circumferentially mounted with the rotor and be rotatable by means of stationary actuators contactless in the circumferential direction, each having at least one coil for generating an electromagnetic field, which form with the balancing rings a working type of eddy current brake system, the balancing rings are adjustable for the purpose of mass balance.
  • a balancing machine in which the adjustment of imbalance masses or Auswuchtringen during operation is feasible.
  • This device is used for balancing a rotor fixedly arranged on a rotating shaft with two balancing rings having a non-uniform mass distribution over their circumference, which are mounted axially adjacent to one another with the rotor and are rotatable contactlessly in the circumferential direction by means of adjusting means.
  • the balancing rings form the rotor of electric motors that are as long as adjustable by associated, acting as field windings magnetic coils until the necessary mass balance is done.
  • the magnetic coils are arranged stationarily on a stationary part or housing of the balancing unit. The magnetic coils are located radially outside of the balancing rings in the housing. In this device, the balancing rings can be adjusted while the machine is running, so that occurring imbalances can be compensated again even when the machine is running.
  • an electromagnetically actuated compensation device of the above-mentioned type which operates on the principle of an electric motor.
  • the device comprises a plurality of magnetic circuits arranged on the circumference of balancing rings, which are formed in part by the balancing rings and partly by pole plates and a control unit with which the magnetic flux through the circuits can be selectively interrupted, so that the balancing rings in a desired manner
  • the known device comprises a device for measuring the imbalance, a plurality of movable balancing rings, each having a plurality of circumferentially arranged magnets which generate a corresponding number of magnetic fields a plurality of pole plates which are stationary with respect to the balancing rings and which separate the cooperating balancing rings, wherein a plurality of pole plates receive the plurality of magnetic fields, and a control unit direction for generating an electromagnetic field, which selectively interrupts the magnetic fields of the permanent magnets to move the Auswuchtring.
  • a device for unbalance compensation in a tool or balancing machine with a drive spindle, a workpiece holder and a balancing unit in which two counterweight rotors are adjustably mounted, wherein an unbalance vector of vibration sensors on the oscillation amplitude and the phase angle of the Unbalance generated vibration and an adaptive control loop, the balancing unit is controlled such that the unbalance vector is compensated by the balancing unit or brought to a minimum.
  • This device comprises a position determining unit in the adaptive control circuit, by which the actual position of the counterweight rotors is detected after the compensation, and an arithmetic unit in the adaptive control loop, with which from the position of the counterweight rotors the unbalance magnitude and the unbalance angle position of an unbalance vector is calculated ,
  • a method for balancing a rotary body with a balancing apparatus having an adjusting unit for adjusting compensation masses is also known, in which the compensation masses are brought into their zero positions in which the imbalance vectors generated by them cancel each other out.
  • the then existing unbalance vector V1 is then measured according to size and direction.
  • At least one of the compensation masses is displaced by an arbitrary angle or its distance from the axis of rotation is adjusted, whereby an additional unbalance is generated with a calibration unbalance vector V2. The angle of the adjustment or the adjustment of the distance is detected.
  • the existing total imbalance vector V3 is measured in magnitude and direction, and from the imbalance vector V1 and the total imbalance vector V3, the calibration imbalance vector V2 is calculated, with the balancer and rotary body system calibrated. Finally, the compensation masses are moved in such a way that the unbalance vector V1 is compensated.
  • the present invention seeks to provide a device for unbalance compensation, in which the balancing rings during acceleration or deceleration of the rotor are kept safe, but also safe with the rotor running with the least possible control effort can be adjusted.
  • a device of the type mentioned characterized in that the balancing rings rotatably on a yoke connected to the rotor non-magnetic material are arranged in which at least one permanent magnet device is embedded, which cooperates with a profiling on the Auswuchtringen and forms discrete, stable holding positions. Due to the interaction of the permanent magnet device in the yoke with the profilings in the balancing rings, a secure mounting of the balancing rings during accelerations or decelerations of the rotor can be ensured.
  • the device is characterized in that the yoke has a radial yoke ring which is arranged between the Auswuchtringen net.
  • each balancing ring could be assigned its own yoke ring.
  • the device is characterized marked, are provided on the radial yoke ring side extending in the axial direction of the rotor lugs on which the balancing rings are mounted on pivot bearings.
  • the device is characterized in that the balancing rings are mounted by means of flat cage needle bearings on the yoke.
  • Flat cage needle roller bearings as rolling bearings with a particularly low design are particularly advantageous when the balancing device has to be made very small, for example, when the rotor to be balanced has a small design.
  • the device is characterized in that the balancing rings are mounted by means of thin-ring bearings on the yoke.
  • Thin-section bearings are high-precision ball bearings with axial guidance. They are particularly advantageous when relatively large rotors are to be balanced with a compact balancing system.
  • the device is characterized in that the permanent magnet means comprises individual permanent magnets on the yoke, which are distributed over the circumference of the yoke. Each of the permanent magnets then interacts with a profiling on the respective balancing rings, so that, for example, at 360 permanent magnets 360 distributed on the circumference of the yoke, stable holding positions are generated, which are each separated by an angular degree.
  • the device is characterized in that the permanent magnet means comprises a ring magnet on the yoke, which is axially magnetized.
  • the permanent magnet means comprises a ring magnet on the yoke, which is axially magnetized.
  • the device is characterized in that the profiling of the balancing rings have the permanent magnet opposite recesses or holes in the balancing rings.
  • the profiles that serve to form the magnetic circuits can be made in a simple manner from recesses or holes in the balancing rings, so that there is no special processing required.
  • the device is characterized in that the adjusting device is designed as a ring surrounding the rotors.
  • the actuator is designed as a ring surrounding the rotors.
  • the device is characterized in that the adjusting device is designed as a ring segment partially surrounding the rotors.
  • the actuator is formed a ring element partially surrounding the rotors, then material and machining is saved.
  • the device is characterized in that the adjusting devices consist of two magnetically conductive ring parts, each on Inner circumference Polana have that protrude alternately under the opposite ring member to form alternating poles in the assembled state, and that each adjusting device has an annular coil which is arranged between the ring parts.
  • the ring parts Through the coil and the Polan engines the ring parts the magnetic fields are generated in a simple manner, which realize together with the profiling of the balancing rings, the eddy current brake.
  • the device is characterized in that the adjusting device comprises U-shaped magnets with over the inner circumference of the adjusting device alternating poles, and that the magnets are associated with electrical coils, by the electromagnetic field of the actuating device on and off is.
  • This embodiment of the adjusting device is particularly advantageous in balancing devices which are required for balancing heavy machinery rotors with high imbalance forces, for example for turbines and generators, because the stator can then be subdivided into segments which are connected to the rotor in question (turbine or generator). can be attached without having to remove the rotor from its installed state, for example in a power plant.
  • the invention also relates to an adaptive system for imbalance compensation in a tool or balancing machine having a drive spindle, a workpiece holder and a balancing unit, an unbalance vector of vibration sensors being measured via the oscillation amplitude and the phase angle of the oscillation generated by the imbalance and via an adaptive control loop the balancing unit is controlled such that the unbalanced vector is compensated or brought to a minimum by the balancing unit, characterized in that the balancing unit is a device of the type described above.
  • the adaptive system in which the balancing device of the type described above is integrated is particularly advantageous for balancing rotors while they are rotatably driven, that is, the rotor can be balanced without stopping it.
  • the system is characterized by a position-determining unit in the adaptive control loop, by which the actual position of the balancing rings is to be determined.
  • a position determining unit in the adaptive control loop, by which the actual position of the balancing rings is to be determined.
  • the actual position of the balancing rings can also be determined by recording the history of the adjustment of the balancing rings, a position determining unit is advantageous because the recording of a history is not required here.
  • a position-determining unit is more accurate, as well as unintentional adjustments of the balancing rings can be detected.
  • the system is characterized in that the position-determining unit at least one magnet on the rotor and responsive to the magnet sensor in the adjusting device and a reluctance of the Auswucht- ring changing, locally defined device and a Having the reluctance of Auswuchttringes responsive sensor in the actuator.
  • the system is characterized by an arithmetic unit in the adaptive control loop, with which from the position of the counterweight rotors the adjustment of the balancing rings required to compensate for the unbalance vector is calculated.
  • the method can be carried out in an advantageous manner, which is described in the above-mentioned DE 19743578 A1, so that instead of a trial and error method, a targeted adjustment of the balancing rings is possible.
  • the system is characterized in that several balancing units are arranged according to the balancing planes at several balancing planes.
  • the balancing device according to the invention can advantageously be used not only for balancing rotors in a balancing plane but also for balancing rotors in a plurality of balancing planes in which the balancing device according to the invention is arranged at suitable locations along the axis of the rotor.
  • Fig. 1 shows a system for imbalance compensation in a tool or balancing machine
  • Fig. 2 shows an enlarged detail of the balancing unit 4 of Fig. 1;
  • Fig. 3 is a sectional view taken along the line IH-III of Fig. 2;
  • Fig. 4 is a sectional view through an actuator and the associated balancing ring perpendicular to the section in Fig. 3;
  • Fig. 5 shows a side view of a balancing ring
  • Fig. 6 shows a side view of the yoke
  • Fig. 7 is a schematic representation of an adjusting device and a balancing ring, wherein the Actuator comprises magnets;
  • Fig. 8 shows a schematic representation of the electromagnetic field lines of the eddy current brake between the adjusting device and the balancing ring
  • Fig. 9 is a schematic view showing the magnetic retention of the balancing rings on the yoke
  • Fig. 10 is an exploded view of the actuator according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 11 shows an actuator having U-magnets
  • Fig. 12 is an exploded view showing a balancing device with thin-ring bearings
  • Fig. 13 shows an exploded view of the balancing device comprising flat cage needle roller bearings
  • Fig. 14 shows an exploded view of a divisible balancing device comprising flat cage needle roller bearings.
  • FIG. 1 schematically shows a system comprising a drive spindle 2 and a balancing unit 4.
  • the balancing unit has an actuating unit 6 with adjusting devices 6a and 6b and a balancing ring unit 8 with balancing rings 8a and 8b.
  • the drive spindle 2 is rotatably mounted on two bearings 10, 12.
  • a position sensor unit 14 with a plurality of individual sensors (not shown) serves to detect the phase angle associated with the imbalance vector via the rotational speed and the rotational position of the spindle 2.
  • a vibration sensor 16 serves to measure the vibration amplitude and phase of the unbalance vector.
  • the output signals of the position sensor unit 14 and the vibration sensor 16 are the output variables for the determination of the imbalance and the manipulated variables for the adjustment of the balancing rings.
  • the position sensor 14 and the vibration sensor 16 are connected via lines 18, 20 to an adaptive control system 22 in which, from the measurement results at the sensors 14, 16, influencing numbers and the unbalance compensation or balancing ring adjustment, i. Actuating variables for the adjustment of the balancing rings in the balancing unit calculated and delivered via a line directly to coils in the adjusting devices 6a and 6b, which are part of the balancing unit 4.
  • the adaptive control system 22 includes a computer capable of detecting the desired transmission characteristics and providing corresponding control signals via the line 24 and a power amplifier 26 to the coils in the balancing unit 4.
  • the adaptive control system 22 can proceed for this purpose by the method of DE 19743578 A1.
  • FIG. 2 shows a detailed representation of the balancing unit 4 with an adjusting unit 6, which comprises the adjusting devices 6a and 6b and two balancing rings 30a, 30b which are respectively mounted via bearings 32a, 32b on shoulders 34, 36 of a yoke ring 38.
  • the yoke ring 38 is mounted on the spindle 2 via the lugs 34, 36.
  • the adjusting devices 6a, 6b each have a coil 40a, 40b which cooperate with housing parts of magnetically conductive material (as described below) electromagnets for realizing the eddy current brake.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. 2 showing permanent magnets 42, 44 in the yoke ring 38, each having opposite polarities along the circumference of the yoke ring 38, that is, NS, SN, NS, etc. as can be seen from FIG.
  • the balancing rings 30a, 30b have through holes 46, 48, between which webs 50, 52 are provided on the balancing rings 30a, 30b. Due to the interaction of the permanent magnets 42, 44 with the webs 50 and 52, the balancing rings 30a, 30b are held on the yoke 38, the magnetic field lines being indicated by the dashed line 54.
  • Figure 4 shows a schematic side view of the actuator 6a and the balancing ring 30a of Figure 3.
  • the position of the permanent magnets 42, 44 in the yoke ring (not shown) with respect to the holes 46 of the balancing ring are shown schematically.
  • the coil 40a is provided, which generate electromagnetic fields by Polan instruments 56, 58, as indicated by the dashed line 60, for example, and thus form an eddy current brake with the Auswuchtring 30a when switching on the coil 40a.
  • FIG. 5 is a side view of the balancing ring 30a with the bores 46, and the balancing ring 30a is to be supported via the bearing 32a on the lateral projection 34 (FIG. 2) of the yoke ring 38.
  • 6 is a side view of the yoke ring 38 with the permanent magnets 42, 54 and the lateral projection 34.
  • 2N permanent magnets are provided on the yoke ring 38
  • N holes are provided on the balance ring 32a to form the magnetic circuits shown in FIG.
  • Figures 7 and 8 show schematically the operation of the eddy current brake in the balancing device according to the invention.
  • Shown schematically in Figure 7 is a side view of a balancing ring 64 and actuator 66 having U-shaped electromagnets, such as electromagnet 68, having a south pole 68a (S) and north pole 68b (N), with south pole 68a and north pole 68b a coil 69a or 69b is provided in each case, so that the coil is a wound to the other coil.
  • electromagnet 68 having a south pole 68a (S) and north pole 68b (N)
  • south pole 68a and north pole 68b a coil 69a or 69b is provided in each case, so that the coil is a wound to the other coil.
  • Such balancing rings a radial eddy current brake is realized.
  • the eddy current brake is based on the fact that in an electrically conductive material, which is located in a magnetic field and moves, a charge balance takes place, the so-called eddy current. On a current flowing through the conductor in the magnetic field acts a force that counteracts the movement of the moving material. To utilize this effect, there are alternating radial magnetic poles N and S around the circumference of the balancing ring 64, which, with the control of coils, generate eddy currents in the balancing ring 64, as shown in FIG. 8, in which the adjusting means 66 and Balancing ring 64 are shown schematically.
  • the field lines 70 of the eddy current brakes are also shown schematically and are generated by the E- lektromagneten 68.
  • FIG. 9 is an equivalent view of a magnetic circuit which holds the balancing rings 30a, 30b on the yoke ring 38.
  • the magnets 42, 44 are each arranged with opposite polarization and cooperate with the respective webs 50 and 52, respectively, to form the magnetic circuits shown in electromagnetic equivalency.
  • the balancing ring is adjusted by the eddy current brake only against the direction of rotation of the rotor to be balanced.
  • a pulse of certain strength and pulse duration is generated in the coil of the adjusting device, whereby a tangential force and thus a moment is exerted on the balancing ring in the balancing ring.
  • the balancing ring is adjusted against the direction of rotation of the rotor by pulling the balancing ring from a stable holding position to the cross-bordered point between two holding positions and then landing in the next stable holding position if at this moment the eddy current brake is switched off.
  • the switching on and off of the eddy current brake is required to adjust the balancing rings.
  • FIG. 10 is an exploded view of an actuator 6, as shown schematically in FIGS. 2 and 4.
  • the actuating unit 6 has a first actuating device 6a and a second actuating device 6b.
  • the adjusting device 6a has two yoke ring parts 70, 72 and a coil 74.
  • the two magnetically conductive yoke ring parts 70, 72 each have on their inner circumference Polan accounts 76, 78, in the Assembled state alternately project under the opposite yoke ring member 70 and 72 to form alternating poles, as can be seen also from Figure 4.
  • the toroid 74 is disposed between the yoke ring members 70, 72.
  • the adjusting device 6b is constructed analogously to the adjusting device 6a, so that a renewed description is unnecessary. Between the adjusting devices 6a and 6b, an intermediate ring (not shown) is provided, on which a sensor arrangement 82 is provided, which has a sensor corresponding to the sensor 14 in Figure 1. The operation of the sensor will be described below.
  • FIG 11 is an embodiment of the actuator 6 in which the eddy current brake is realized by individual U-magnets 84, 86 arranged in the actuator 6a and 6b, respectively.
  • the U-magnets 84, 86 are driven by coils 88, 90, which are respectively connected circumferentially in series in each actuator 6a and 6b, respectively, to turn on or off the eddy current brake.
  • FIG. 12 is an exploded view of the arrangement consisting of the yoke ring 38 and the expulsion rings 30a, 30b, wherein the balancing rings 30a, 30b are mounted on the lateral projections 34, 36 of the yoke ring 38 via the thin-ring bearings 32a, 32b, as well as in FIG 2 is shown.
  • the assembly is completed by a terminating ring 94a or 94b on both sides of the unit.
  • FIG. 12 also shows the position determination unit for the adaptive control loop, by means of which the actual position of the balancing rings is to be determined.
  • the position determining unit includes a magnet 96 in the end ring 94b and a sensor 96 responsive to the magnet 96 in the holder 82 of the actuator 6, and a reluctance of the balancing ring 30b changing locally defined means such as a notch 98 and one the reluctance of the Auswucht- rings 30b responsive sensor in the sensor assembly 82 of the actuator 6 on.
  • the balancing ring 30a has a corresponding notch (not shown) which also cooperates with a sensor in the sensor assembly 82 in the actuator.
  • FIG. 13 is an exploded view of an assembly having the balancing rings 30a, 30b and end rings 100a and 100b, respectively.
  • the balancing rings 30a, 30b are mounted in this case on Flachhanfig- needle roller bearings 102a and 102b on the lugs 36 and 38 of the yoke ring 38.
  • a sliding ring 104a or 104b is inserted between the yoke ring 36 and the balancing rings 32a and 32b respectively, by which the distance between the Balancing rings 32a, 32b determined by the yoke ring 38 and the storage of the balancing rings 30a, 30b opposite the yoke ring 38 is completed.
  • the position-determining device which has a magnet 106 on the end ring 100b and a notch 108 on the balancing ring 30b and a notch 110 on the balancing ring 30a.
  • FIG. 14 is an exploded view of a balancing device having an actuator 118 and a balancing unit 120 having balancing rings 122, 124.
  • the balancing rings 122, 124 are mounted in this case via flat cage needle roller bearings 130 and 132 on the lugs 134 and 136 of the yoke ring 138.
  • a spacer for example a split sliding ring (not shown), is inserted, by which the distance of the balancing rings 122, 124 from the yoke ring 138 is determined.
  • a spacer for example a split sliding ring (not shown)
  • both the setting unit 118 and the balancing unit 120 are divided and consist of setting unit halves 118a, 118b, balancing ring halves 122a, 122b; 124a, 124b and yoke ring halves 38a, 38b, and the needle bearings 130, 132 are needle bearing strips inserted as such between the balancing rings and the ears of the yoke ring 138.
  • the balancing device is thus divisible and configured assembled to ring components.
  • the adjusting unit 118 is otherwise constructed like the setting unit in FIG. 11, and the balancing unit 120 is otherwise constructed like that from FIG.
  • Actuator halves 118a, 118b, balancing ring halves 122a, 122b; 124a, 124b and yoke ring halves 38a, 38b can be placed on the rotor to be balanced and then joined there, for example by screw connections.
  • the system of actuator and balancing unit can also be installed on rotors, which should not be removed from their machine environment for the purpose of installing the balancing device. This applies, for example, to generator turbines, in which the installation and removal of a turbine would mean a too long time and thus shutdown of the turbine.

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Abstract

The invention relates to a device for balancing rotors disposed in a fixed manner on a rotating shaft, having a measuring device for determining a balancing vector according to size and shape and at least two balancing rings (30a, 30b) having an uneven distribution of mass over the circumference thereof that are mounted in a circulating fashion with the rotor and are rotatable in the circumferential direction in a contact-free fashion by means of stationary actuators (6a, 6b), each having at least one coil for generating an electromagnetic field and, along with the balancing rings (30a, 30b), forming a system operating in the manner of an eddy current brake, said balancing rings (30a, 30b) being adjustable for the purpose of balancing mass. Said device is characterized in that the balancing rings (30a, 30b) are disposed in a rotatable fashion on a brace rotatably connected to the rotor and made of non-magnetic material, at least one permanent magnet device being incorporated into said bracket, wherein the permanent magnet device cooperates with a profile on the balancing rings (30a, 30b) and forms discrete, stable holding positions.

Description

Vorrichtung zum Auswuchten von Rotoren Device for balancing rotors
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.The invention relates to a device for balancing rotors fixed on a rotating shaft rotors arranged with a measuring device to determine an unbalance vector in size and direction, and at least two over its circumference an uneven mass distribution having Auswuchttringe that are circumferentially mounted with the rotor and be rotatable by means of stationary actuators contactless in the circumferential direction, each having at least one coil for generating an electromagnetic field, which form with the balancing rings a working type of eddy current brake system, the balancing rings are adjustable for the purpose of mass balance.
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 Um- fang eine ungleichförmige 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 Auswucht- einheit 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.From DE 43 37001 C2, such a balancing machine is known in which the adjustment of imbalance masses or Auswuchtringen during operation is feasible. This device is used for balancing a rotor fixedly arranged on a rotating shaft with two balancing rings having a non-uniform mass distribution over their circumference, which are mounted axially adjacent to one another with the rotor and are rotatable contactlessly in the circumferential direction by means of adjusting means. The balancing rings form the rotor of electric motors that are as long as adjustable by associated, acting as field windings magnetic coils until the necessary mass balance is done. The magnetic coils are arranged stationarily on a stationary part or housing of the balancing unit. The magnetic coils are located radially outside of the balancing rings in the housing. In this device, the balancing rings can be adjusted while the machine is running, so that occurring imbalances can be compensated again even when the machine is running.
Aus der US-A-5,757,662 ist eine elektromagnetisch betätigte Kompensationseinrichtung der oben ge- nannten 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 Magnet- fluss 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 kompensie- ren. 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.From US-A-5,757,662 an electromagnetically actuated compensation device of the above-mentioned type is known, which operates on the principle of an electric motor. The device comprises a plurality of magnetic circuits arranged on the circumference of balancing rings, which are formed in part by the balancing rings and partly by pole plates and a control unit with which the magnetic flux through the circuits can be selectively interrupted, so that the balancing rings in a desired manner In particular, the known device comprises a device for measuring the imbalance, a plurality of movable balancing rings, each having a plurality of circumferentially arranged magnets which generate a corresponding number of magnetic fields a plurality of pole plates which are stationary with respect to the balancing rings and which separate the cooperating balancing rings, wherein a plurality of pole plates receive the plurality of magnetic fields, and a control unit direction for generating an electromagnetic field, which selectively interrupts the magnetic fields of the permanent magnets to move the Auswuchtring.
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 ge- bracht 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.From DE 299 13 630 U1 a device for unbalance compensation in a tool or balancing machine is known with a drive spindle, a workpiece holder and a balancing unit in which two counterweight rotors are adjustably mounted, wherein an unbalance vector of vibration sensors on the oscillation amplitude and the phase angle of the Unbalance generated vibration and an adaptive control loop, the balancing unit is controlled such that the unbalance vector is compensated by the balancing unit or brought to a minimum. This device comprises a position determining unit in the adaptive control circuit, by which the actual position of the counterweight rotors is detected after the compensation, and an arithmetic unit in the adaptive control loop, with which from the position of the counterweight rotors the unbalance magnitude and the unbalance angle position of an unbalance vector is calculated ,
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 Wucht- apparat und Rotationskörper kalibriert ist. Schließlich werden die Kompensationsmassen derart verfahren, dass der Unwuchtvektor V1 kompensiert wird.From DE 197 43 578 A1, a method for balancing a rotary body with a balancing apparatus having an adjusting unit for adjusting compensation masses is also known, in which the compensation masses are brought into their zero positions in which the imbalance vectors generated by them cancel each other out. The then existing unbalance vector V1 is then measured according to size and direction. At least one of the compensation masses is displaced by an arbitrary angle or its distance from the axis of rotation is adjusted, whereby an additional unbalance is generated with a calibration unbalance vector V2. The angle of the adjustment or the adjustment of the distance is detected. Then, the existing total imbalance vector V3 is measured in magnitude and direction, and from the imbalance vector V1 and the total imbalance vector V3, the calibration imbalance vector V2 is calculated, with the balancer and rotary body system calibrated. Finally, the compensation masses are moved in such a way that the unbalance vector V1 is compensated.
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 Beschleuni- gung bzw. Abbremsung des Rotors sicher gehalten werden, jedoch bei laufendem Rotor mit möglichst geringem Steuerungsaufwand auch sicher verstellt werden können.In view of the above-discussed prior art, the present invention seeks to provide a device for unbalance compensation, in which the balancing rings during acceleration or deceleration of the rotor are kept safe, but also safe with the rotor running with the least possible control effort can be adjusted.
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 Ansteue- rung, 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.This object is achieved in a device of the type mentioned, characterized in that the balancing rings rotatably on a yoke connected to the rotor non-magnetic material are arranged in which at least one permanent magnet device is embedded, which cooperates with a profiling on the Auswuchtringen and forms discrete, stable holding positions. Due to the interaction of the permanent magnet device in the yoke with the profilings in the balancing rings, a secure mounting of the balancing rings during accelerations or decelerations of the rotor can be ensured. In addition, results from the combination of the eddy current brake between the adjusting device and the Auswuchtringen with the holder of the balancing rings on the yoke by permanent magnets a simplified control in which the eddy current brake only on and must be off to the respective balancing ring against the direction of rotation of the rotor to adjust. In particular, this control is considerably simplified in comparison to the control required in US Pat. No. 5,757,662, because there a differentiated control of the magnetic circuits is required in order to realize the electric motor principle.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Joch einen radialen Jochring aufweist, der zwischen den Auswuchtringen angeord- net 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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized in that the yoke has a radial yoke ring which is arranged between the Auswuchtringen net. In principle, each balancing ring could be assigned its own yoke ring. By the present embodiment of the invention, the construction cost is reduced because a single yoke ring is sufficient to determine the two Auswuchtringe.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekenn- zeichnet, 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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized marked, are provided on the radial yoke ring side extending in the axial direction of the rotor lugs on which the balancing rings are mounted on pivot bearings. With this configuration, the balancing device can be formed as a compact unit, which is then mounted as a whole on the rotor.
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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized in that the balancing rings are mounted by means of flat cage needle bearings on the yoke. Flat cage needle roller bearings as rolling bearings with a particularly low design are particularly advantageous when the balancing device has to be made very small, for example, when the rotor to be balanced has a small design.
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. 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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized in that the balancing rings are mounted by means of thin-ring bearings on the yoke. Thin-section bearings are high-precision ball bearings with axial guidance. They are particularly advantageous when relatively large rotors are to be balanced with a compact balancing system. According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized in that the permanent magnet means comprises individual permanent magnets on the yoke, which are distributed over the circumference of the yoke. Each of the permanent magnets then interacts with a profiling on the respective balancing rings, so that, for example, at 360 permanent magnets 360 distributed on the circumference of the yoke, stable holding positions are generated, which are each separated by an angular degree.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekenn- zeichnet, 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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized in that the permanent magnet means comprises a ring magnet on the yoke, which is axially magnetized. A ring magnet as an alternative to individual permanent magnets offers the advantage of simple installation.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Vorrichtung dadurch gekenn- zeichnet, 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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized in that the profiling of the balancing rings have the permanent magnet opposite recesses or holes in the balancing rings. The profiles that serve to form the magnetic circuits can be made in a simple manner from recesses or holes in the balancing rings, so that there is no special processing required.
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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized in that the adjusting device is designed as a ring surrounding the rotors. By forming the actuator as a ring surrounding the rotors, the entire outer circumference of the rotors is influenced by the eddy current brake, whereby the available force of the eddy current brake is fully utilized.
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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized in that the adjusting device is designed as a ring segment partially surrounding the rotors. In some applications, especially when the acceleration and deceleration of the rotor in operation have relatively small amounts, for example, because the rotational speed of the rotor is low, it may be sufficient if the actuator is formed a ring element partially surrounding the rotors, then material and machining is saved.
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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized in that the adjusting devices consist of two magnetically conductive ring parts, each on Inner circumference Polansätze have that protrude alternately under the opposite ring member to form alternating poles in the assembled state, and that each adjusting device has an annular coil which is arranged between the ring parts. Through the coil and the Polansätze the ring parts the magnetic fields are generated in a simple manner, which realize together with the profiling of the balancing rings, the eddy current brake.
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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the device is characterized in that the adjusting device comprises U-shaped magnets with over the inner circumference of the adjusting device alternating poles, and that the magnets are associated with electrical coils, by the electromagnetic field of the actuating device on and off is. This embodiment of the adjusting device is particularly advantageous in balancing devices which are required for balancing heavy machinery rotors with high imbalance forces, for example for turbines and generators, because the stator can then be subdivided into segments which are connected to the rotor in question (turbine or generator). can be attached without having to remove the rotor from its installed state, for example in a power plant.
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.The invention also relates to an adaptive system for imbalance compensation in a tool or balancing machine having a drive spindle, a workpiece holder and a balancing unit, an unbalance vector of vibration sensors being measured via the oscillation amplitude and the phase angle of the oscillation generated by the imbalance and via an adaptive control loop the balancing unit is controlled such that the unbalanced vector is compensated or brought to a minimum by the balancing unit, characterized in that the balancing unit is a device of the type described above. The adaptive system in which the balancing device of the type described above is integrated is particularly advantageous for balancing rotors while they are rotatably driven, that is, the rotor can be balanced without stopping it.
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 Aus- wuchtringe 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. 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 Auswucht- ringes 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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the system is characterized by a position-determining unit in the adaptive control loop, by which the actual position of the balancing rings is to be determined. Although the actual position of the balancing rings can also be determined by recording the history of the adjustment of the balancing rings, a position determining unit is advantageous because the recording of a history is not required here. In addition, such a position-determining unit is more accurate, as well as unintentional adjustments of the balancing rings can be detected. According to a further advantageous embodiment of the invention, the system is characterized in that the position-determining unit at least one magnet on the rotor and responsive to the magnet sensor in the adjusting device and a reluctance of the Auswucht- ring changing, locally defined device and a Having the reluctance of Auswuchttringes responsive sensor in the actuator. With this arrangement, both the actual position of the balancing rings can be determined in a simple manner, as well as the reference of the position of the balancing rings can be determined with a reference point to it.
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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the system is characterized by an arithmetic unit in the adaptive control loop, with which from the position of the counterweight rotors the adjustment of the balancing rings required to compensate for the unbalance vector is calculated. With this device, for example, the method can be carried out in an advantageous manner, which is described in the above-mentioned DE 19743578 A1, so that instead of a trial and error method, a targeted adjustment of the balancing rings is possible.
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 Aus- wuchten 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.According to a further advantageous embodiment of the invention, the system is characterized in that several balancing units are arranged according to the balancing planes at several balancing planes. The balancing device according to the invention can advantageously be used not only for balancing rotors in a balancing plane but also for balancing rotors in a plurality of balancing planes in which the balancing device according to the invention is arranged at suitable locations along the axis of the rotor.
Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnung be- schrieben, in denen:Advantageous embodiments of the invention will now be described with reference to the accompanying drawings, in which:
Fig. 1 ein System zur Unwuchtkompensation in einer Werkzeug- oder Wuchtmaschine zeigt;Fig. 1 shows a system for imbalance compensation in a tool or balancing machine;
Fig. 2 eine vergrößerte Detaildarstellung der Wuchteinheit 4 von Figur 1 zeigt;Fig. 2 shows an enlarged detail of the balancing unit 4 of Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittdarstellung entlang der Linie IH-III von Fig. 2 ist; Fig.4 eine Schnittdarstellung durch eine Stelleinrichtung und den zugeordneten Auswuchtring senkrecht zu dem Schnitt in Fig. 3 ist;Fig. 3 is a sectional view taken along the line IH-III of Fig. 2; Fig. 4 is a sectional view through an actuator and the associated balancing ring perpendicular to the section in Fig. 3;
Fig. 5 eine Seitenansicht eines Auswuchtrings zeigt;Fig. 5 shows a side view of a balancing ring;
Fig. 6 eine Seitenansicht des Joches zeigt;Fig. 6 shows a side view of the yoke;
Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Stelleinrichtung und eines Auswuchtrings ist, wobei die Stelleinrichtung Magnete aufweist;Fig. 7 is a schematic representation of an adjusting device and a balancing ring, wherein the Actuator comprises magnets;
Fig. 8 eine schematische Darstellung der elektromagnetischen Feldlinien der Wirbelstrombremse zwischen der Stelleinrichtung und dem Auswuchtring zeigt;Fig. 8 shows a schematic representation of the electromagnetic field lines of the eddy current brake between the adjusting device and the balancing ring;
Fig. 9 eine schematische Darstellung ist, die die magnetische Halterung der Auswuchtringe an dem Joch zeigt;Fig. 9 is a schematic view showing the magnetic retention of the balancing rings on the yoke;
Fig. 10 eine Explosionsdarstellung der Stelleinrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt; undFig. 10 is an exploded view of the actuator according to an embodiment of the invention; and
Fig. 11 eine Stelleinrichtung zeigt, die U-Magnete aufweist;Fig. 11 shows an actuator having U-magnets;
Fig. 12 eine Explosionsdarstellung ist, die eine Wuchtvorrichtung mit Dünnringlagern zeigt; Fig. 13 eine Explosionsdarstellung der Auswuchtvorrichtung zeigt, die Flachkäfig-Nadellager umfasst; undFig. 12 is an exploded view showing a balancing device with thin-ring bearings; Fig. 13 shows an exploded view of the balancing device comprising flat cage needle roller bearings; and
Fig. 14 eine Explosionsdarstellung einer teilbaren Auswuchtvorrichtung zeigt, die Flachkäfig-Nadellager umfasst.Fig. 14 shows an exploded view of a divisible balancing device comprising flat cage needle roller bearings.
Figur 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.FIG. 1 schematically shows a system comprising a drive spindle 2 and a balancing unit 4. The balancing unit has an actuating unit 6 with adjusting devices 6a and 6b and a balancing ring unit 8 with balancing rings 8a and 8b. The drive spindle 2 is rotatably mounted on two bearings 10, 12. A position sensor unit 14 with a plurality of individual sensors (not shown) serves to detect the phase angle associated with the imbalance vector via the rotational speed and the rotational position of the spindle 2. A vibration sensor 16 serves to measure the vibration amplitude and phase of the unbalance vector. The output signals of the position sensor unit 14 and the vibration sensor 16 are the output variables for the determination of the imbalance and the manipulated variables for the adjustment of the balancing rings.
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.The position sensor 14 and the vibration sensor 16 are connected via lines 18, 20 to an adaptive control system 22 in which, from the measurement results at the sensors 14, 16, influencing numbers and the unbalance compensation or balancing ring adjustment, i. Actuating variables for the adjustment of the balancing rings in the balancing unit calculated and delivered via a line directly to coils in the adjusting devices 6a and 6b, which are part of the balancing unit 4.
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. Figur 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.The adaptive control system 22 includes a computer capable of detecting the desired transmission characteristics and providing corresponding control signals via the line 24 and a power amplifier 26 to the coils in the balancing unit 4. The adaptive control system 22 can proceed for this purpose by the method of DE 19743578 A1. FIG. 2 shows a detailed representation of the balancing unit 4 with an adjusting unit 6, which comprises the adjusting devices 6a and 6b and two balancing rings 30a, 30b which are respectively mounted via bearings 32a, 32b on shoulders 34, 36 of a yoke ring 38. The yoke ring 38 is mounted on the spindle 2 via the lugs 34, 36. The adjusting devices 6a, 6b each have a coil 40a, 40b which cooperate with housing parts of magnetically conductive material (as described below) electromagnets for realizing the eddy current brake.
Figur 3 ist eine Schnittdarstellung entlang der Linie Ill-Ill von Fig. 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 Figur 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 gestrichel- te Linie 54 angedeutet sind.FIG. 3 is a sectional view taken along the line III-III of FIG. 2 showing permanent magnets 42, 44 in the yoke ring 38, each having opposite polarities along the circumference of the yoke ring 38, that is, NS, SN, NS, etc. as can be seen from FIG. The balancing rings 30a, 30b have through holes 46, 48, between which webs 50, 52 are provided on the balancing rings 30a, 30b. Due to the interaction of the permanent magnets 42, 44 with the webs 50 and 52, the balancing rings 30a, 30b are held on the yoke 38, the magnetic field lines being indicated by the dashed line 54.
Figur 4 zeigt eine schematische Seitenansicht der Stelleinrichtung 6a und des Auswuchtrings 30a von Figur 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 vorge- sehen, 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.Figure 4 shows a schematic side view of the actuator 6a and the balancing ring 30a of Figure 3. The position of the permanent magnets 42, 44 in the yoke ring (not shown) with respect to the holes 46 of the balancing ring are shown schematically. In the adjusting device 6a, the coil 40a is provided, which generate electromagnetic fields by Polansätze 56, 58, as indicated by the dashed line 60, for example, and thus form an eddy current brake with the Auswuchtring 30a when switching on the coil 40a.
Figur 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 (Figur 2) des Jochrings 38 zu lagern. Figur 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 32a N Bohrungen vorgesehen, um die in Figur 3 gezeigten Magnetkreise zu bilden.FIG. 5 is a side view of the balancing ring 30a with the bores 46, and the balancing ring 30a is to be supported via the bearing 32a on the lateral projection 34 (FIG. 2) of the yoke ring 38. 6 is a side view of the yoke ring 38 with the permanent magnets 42, 54 and the lateral projection 34. When 2N permanent magnets are provided on the yoke ring 38, N holes are provided on the balance ring 32a to form the magnetic circuits shown in FIG.
Die Figuren 7 und 8 zeigen schematisch die Funktionsweise der Wirbelstrombremse bei der erfindungsgemäßen Auswuchtvorrichtung. In Figur 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 Figur 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 E- lektromagneten 68 erzeugt.Figures 7 and 8 show schematically the operation of the eddy current brake in the balancing device according to the invention. Shown schematically in Figure 7 is a side view of a balancing ring 64 and actuator 66 having U-shaped electromagnets, such as electromagnet 68, having a south pole 68a (S) and north pole 68b (N), with south pole 68a and north pole 68b a coil 69a or 69b is provided in each case, so that the coil is a wound to the other coil. Such balancing rings a radial eddy current brake is realized. The eddy current brake is based on the fact that in an electrically conductive material, which is located in a magnetic field and moves, a charge balance takes place, the so-called eddy current. On a current flowing through the conductor in the magnetic field acts a force that counteracts the movement of the moving material. To utilize this effect, there are alternating radial magnetic poles N and S around the circumference of the balancing ring 64, which, with the control of coils, generate eddy currents in the balancing ring 64, as shown in FIG. 8, in which the adjusting means 66 and Balancing ring 64 are shown schematically. The field lines 70 of the eddy current brakes are also shown schematically and are generated by the E- lektromagneten 68.
Figur 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 Äquiva- lenzdarstellung 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 Halte- kraft 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.FIG. 9 is an equivalent view of a magnetic circuit which holds the balancing rings 30a, 30b on the yoke ring 38. The magnets 42, 44 are each arranged with opposite polarization and cooperate with the respective webs 50 and 52, respectively, to form the magnetic circuits shown in electromagnetic equivalency. The balancing ring is adjusted by the eddy current brake only against the direction of rotation of the rotor to be balanced. In order to adjust the balancing ring 64 from a holding position by the permanent magnets in the next, a pulse of certain strength and pulse duration is generated in the coil of the adjusting device, whereby a tangential force and thus a moment is exerted on the balancing ring in the balancing ring. This moment must overcome the holding force of the permanent magnets 42, 44 in the yoke ring which hold the balancing rings in discrete angular positions relative to the rotor to be balanced. In other words, a reluctance force and thus a moment counter to the deflection is generated by the permanent magnets in the yoke at a deflection of the balancing ring relative to the rotor to be balanced. If the braking force of the eddy current brake is greater than the holding force between the yoke and the balancing ring, the balancing ring is adjusted against the direction of rotation of the rotor by pulling the balancing ring from a stable holding position to the cross-bordered point between two holding positions and then landing in the next stable holding position if at this moment the eddy current brake is switched off. Thus, only the switching on and off of the eddy current brake is required to adjust the balancing rings.
Figur 10 ist eine Explosionsdarstellung einer Stelleinheit 6, wie sie schematisch in den Figuren 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 Figur 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 Figur 1 aufweist. Die Wirkungsweise des Sensors wird unten beschrieben.FIG. 10 is an exploded view of an actuator 6, as shown schematically in FIGS. 2 and 4. The actuating unit 6 has a first actuating device 6a and a second actuating device 6b. The adjusting device 6a has two yoke ring parts 70, 72 and a coil 74. The two magnetically conductive yoke ring parts 70, 72 each have on their inner circumference Polansätze 76, 78, in the Assembled state alternately project under the opposite yoke ring member 70 and 72 to form alternating poles, as can be seen also from Figure 4. The toroid 74 is disposed between the yoke ring members 70, 72. The adjusting device 6b is constructed analogously to the adjusting device 6a, so that a renewed description is unnecessary. Between the adjusting devices 6a and 6b, an intermediate ring (not shown) is provided, on which a sensor arrangement 82 is provided, which has a sensor corresponding to the sensor 14 in Figure 1. The operation of the sensor will be described below.
Figur 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.Figure 11 is an embodiment of the actuator 6 in which the eddy current brake is realized by individual U-magnets 84, 86 arranged in the actuator 6a and 6b, respectively. The U-magnets 84, 86 are driven by coils 88, 90, which are respectively connected circumferentially in series in each actuator 6a and 6b, respectively, to turn on or off the eddy current brake.
Figur 12 ist eine Explosionsdarstellung der Anordnung bestehend aus dem Jochring 38 und den Aus- wuchtringen 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 Figur 2 gezeigt ist. Die Anordnung wird durch einen Abschlussring 94a beziehungsweise 94b auf beiden Seiten der Einheit vervollständigt.FIG. 12 is an exploded view of the arrangement consisting of the yoke ring 38 and the expulsion rings 30a, 30b, wherein the balancing rings 30a, 30b are mounted on the lateral projections 34, 36 of the yoke ring 38 via the thin-ring bearings 32a, 32b, as well as in FIG 2 is shown. The assembly is completed by a terminating ring 94a or 94b on both sides of the unit.
In Figur 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 Auswucht- rings 30b ansprechenden Sensor in der Sensoranordnung 82der 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.FIG. 12 also shows the position determination unit for the adaptive control loop, by means of which the actual position of the balancing rings is to be determined. The position determining unit includes a magnet 96 in the end ring 94b and a sensor 96 responsive to the magnet 96 in the holder 82 of the actuator 6, and a reluctance of the balancing ring 30b changing locally defined means such as a notch 98 and one the reluctance of the Auswucht- rings 30b responsive sensor in the sensor assembly 82 of the actuator 6 on. The balancing ring 30a has a corresponding notch (not shown) which also cooperates with a sensor in the sensor assembly 82 in the actuator. By means of this position-determining device, the respective current position of the balancing rings relative to the rotor can be determined.
Figur 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 Figur 13 ist die Positions-Bestim- mungseinrichtung 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.FIG. 13 is an exploded view of an assembly having the balancing rings 30a, 30b and end rings 100a and 100b, respectively. The balancing rings 30a, 30b are mounted in this case on Flachkäfig- needle roller bearings 102a and 102b on the lugs 36 and 38 of the yoke ring 38. Since the flat cage needle roller bearings 102a and 102b do not provide any axial guidance, a sliding ring 104a or 104b is inserted between the yoke ring 36 and the balancing rings 32a and 32b respectively, by which the distance between the Balancing rings 32a, 32b determined by the yoke ring 38 and the storage of the balancing rings 30a, 30b opposite the yoke ring 38 is completed. Also shown in FIG. 13 is the position-determining device, which has a magnet 106 on the end ring 100b and a notch 108 on the balancing ring 30b and a notch 110 on the balancing ring 30a.
Figur 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 Abstandshal- ter, 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 Figuren 11 und 13 ist in dem Ausführungsbeispiel von Figur 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 Figur 11 aufgebaut, und die Auswuchteinheit 120 ist ansonsten wie die aus Figur 13 aufgebaut.FIG. 14 is an exploded view of a balancing device having an actuator 118 and a balancing unit 120 having balancing rings 122, 124. The balancing rings 122, 124 are mounted in this case via flat cage needle roller bearings 130 and 132 on the lugs 134 and 136 of the yoke ring 138. Between the yoke ring 138 and the balancing rings 122 and 124, a spacer, for example a split sliding ring (not shown), is inserted, by which the distance of the balancing rings 122, 124 from the yoke ring 138 is determined. In contrast to the exemplary embodiments of FIGS. 11 and 13, in the exemplary embodiment of FIG. 14 both the setting unit 118 and the balancing unit 120 are divided and consist of setting unit halves 118a, 118b, balancing ring halves 122a, 122b; 124a, 124b and yoke ring halves 38a, 38b, and the needle bearings 130, 132 are needle bearing strips inserted as such between the balancing rings and the ears of the yoke ring 138. The balancing device is thus divisible and configured assembled to ring components. The adjusting unit 118 is otherwise constructed like the setting unit in FIG. 11, and the balancing unit 120 is otherwise constructed like that from FIG.
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 Ver- schraubungen, 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 Generator- turbinen zu, bei denen das Ein- und Ausbauen einer Turbine eine zu lange Zeit und damit Abschaltzeit der Turbine bedeuten würde.Actuator halves 118a, 118b, balancing ring halves 122a, 122b; 124a, 124b and yoke ring halves 38a, 38b can be placed on the rotor to be balanced and then joined there, for example by screw connections. As a result, the system of actuator and balancing unit can also be installed on rotors, which should not be removed from their machine environment for the purpose of installing the balancing device. This applies, for example, to generator turbines, in which the installation and removal of a turbine would mean a too long time and thus shutdown of the turbine.
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. The above embodiments have been described in detail. However, the invention is not limited to the examples described, but the scope of the invention is defined only by the appended claims.

Claims

Patentansprüche claims
1. Vorrichtung zum Auswuchten von 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 (30a, 30b), die mit dem Rotor umlaufend gelagert sind und mittels stationären Stelleinrichtungen (6a, 6b) berührungslos in Umfangsrichtung drehbar sind, die jeweils wenigstens eine Spule zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes aufweisen, die mit den Auswuchtringe (30a, 30b)n ein nach Art einer Wirbelstrombremse arbeitendes System bilden, wobei die Auswuchtringe (30a, 30b) zwecks Massenausgleich verstellbar sind dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtringe (30a, 30b) drehbar auf einem mit dem Rotor verbundenen Joch aus nichtmagnetischem Material angeordnet sind, in dem wenigsten eine Dauermagnet-Einrichtung eingelagert ist, die mit einer Profilierung an den Auswuchtringen (30a, 30b) zusammenwirkt und diskrete, stabile Haltepositionen bildet.1. A device for balancing fixed on a rotating shaft rotors arranged with a measuring device to determine an unbalance vector in size and direction, and at least two over its circumference an uneven mass distribution having balancing rings (30a, 30b) mounted circumferentially with the rotor are and by means of stationary actuating means (6a, 6b) are rotatable in the circumferential direction without contact, each having at least one coil for generating an electromagnetic field, which forms with the balancing rings (30a, 30b) n an operating manner of an eddy current brake system, wherein the balancing rings (30a, 30b) for the purpose of mass balance are characterized in that the balancing rings (30a, 30b) are rotatably mounted on a rotor connected to the yoke made of non-magnetic material, in which at least one permanent magnet device is embedded, with a profiling on the Balancing rings (30a, 30b) cooperates and forming discrete, stable stop positions.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Joch einen radialen Jochring (38) aufweist, der zwischen den Auswuchtringen (30a, 30b) angeordnet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the yoke has a radial yoke ring (38) which is arranged between the Auswuchtringen (30 a, 30 b).
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, an dem radialen Jochring (38) seitliche in Achsrichtung des Rotors verlaufende Ansätze /34, 36) vorgesehen sind, an denen die Auswuchtringe (3Oa1 30b) über Drehlager gelagert sind.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that on the radial yoke ring (38) extending in the axial direction of the rotor lugs / 34, 36) are provided, on which the Auswuchtringe (3Oa 1 30b) are mounted on pivot bearings.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtringe (30a, 30b) mittels Flachkäfig-Nadellagern an dem Joch gelagert sind.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the balancing rings (30a, 30b) are mounted by means of flat cage needle bearings on the yoke.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtringe (30a, 30b) mittels Dünnringlagern an dem Joch gelagert sind.5. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the balancing rings (30a, 30b) are mounted by means of thin-ring bearings on the yoke.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnet-Einrichtung an dem Joch einzelne Dauermagnete aufweist, die über den Umfang des Jochs verteilt sind. 6. The device according to claim 1, characterized in that the permanent magnet means comprises individual permanent magnets on the yoke, which are distributed over the circumference of the yoke.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauermagnet-Einrichtung an dem Joch einen Ringmagneten aufweist, der axial magnetisiert ist.7. The device according to claim 1, characterized in that the permanent magnet means comprises on the yoke a ring magnet which is axially magnetized.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung an den Auswucht- ringen (30a, 30b) den Dauermagneten gegenüberliegende Ausnehmungen oder Bohrungen an den8. The device according to claim 1, characterized in that the profiling of the balancing rings (30a, 30b) the permanent magnet opposite recesses or holes in the
Auswuchtringen (30a, 30b) aufweisen.Balancing rings (30a, 30b) have.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (6a, 6b) als die Rotoren umgebender Ring ausgebildet ist.9. The device according to claim 1, characterized in that the adjusting device (6a, 6b) is formed as the rotors surrounding ring.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (6a, 6b) als ein die Rotoren teilweise umgebendes Ringsegment ausgebildet ist.10. The device according to claim 1, characterized in that the adjusting device (6a, 6b) is formed as a part surrounding the rotors ring segment.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtungen (6a, 6b) aus zwei magnetisch leitenden Ringteilen (70, 72) bestehen, die jeweils am Innenumfang Polansätze11. The device according to claim 1, characterized in that the adjusting devices (6a, 6b) consist of two magnetically conductive ring parts (70, 72), each at the inner circumference Polansätze
(76, 78) haben, die im zusammengesetzten Zustand abwechselnd unter den gegenüberliegenden Ringteil zur Bildung abwechselnder Pole vorstehen, und dass jede Stelleinrichtung eine Ringspule (74) aufweist, die zwischen den Ringteilen (70, 72) angeordnet ist.(76, 78) which in the assembled state project alternately under the opposite ring member to form alternating poles, and in that each actuator comprises a toroidal coil (74) disposed between the ring members (70, 72).
12. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtungen (6a, 6b) U- förmige Magnete (84, 86) mit über dem Innenumfang der jeweiligen Stelleinrichtung (6a, 6b) abwechselnden Polen aufweist, und dass den Magneten elektrische Spulen (88) zugeordnet sind, durch die das elektromagnetische Feld der Stelleinrichtung (6a, 6b) ein- und auszuschalten ist.12. The device according to claim 1, characterized in that the adjusting means (6a, 6b) U-shaped magnets (84, 86) with over the inner circumference of the respective actuating device (6a, 6b) alternating poles, and that the magnet electric coils ( 88) by which the electromagnetic field of the adjusting device (6a, 6b) is switched on and off.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswuchtvorrichtung teilbar und zu Ringbauteilen zusammenfügbar ausgestaltet ist.13. The apparatus according to claim 12, characterized in that the balancing device is designed to be divisible and assembled to ring components.
14. 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 wenigstens eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13 ist. 14. Adaptive system for imbalance compensation in a tool or balancing machine having a drive spindle, a workpiece holder and a balancing unit, wherein an unbalance vector of vibration sensors on the oscillation amplitude and the phase angle of the vibration generated by the imbalance measured and an adaptive control loop, the balancing unit such is controlled, that the unbalance vector is compensated or brought to a minimum by the balancing unit, characterized in that the balancing unit is at least one device according to one of claims 1 to 13.
15. System nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch eine Positions-Bestimmungseinheit in dem adaptiven Regelkreis, durch die die Ist-Position der Auswuchtringe (30a, 30b) zu bestimmen ist.15. System according to claim 14, characterized by a position-determining unit in the adaptive control loop, through which the actual position of the balancing rings (30a, 30b) is to be determined.
16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Positions-Bestimmungseinheit wenigstens einen Magneten (106 )an dem Rotor und einen auf den Magneten ansprechenden Sensor in der Stelleinrichtung sowie eine die Reluktanz des Auswuchtringes verändernde Einrichtung (98) und einen auf die Reluktanz des Auswuchtringes ansprechenden Sensor in der Stelleinrichtung aufweist16. System according to claim 15, characterized in that the position-determining unit comprises at least one magnet (106) on the rotor and a magnet responsive to the sensor in the adjusting device and a reluctance of the Auswuchtringes changing means (98) and one on the reluctance Having the balancing ring responsive sensor in the adjusting device
17. System nach einem der Ansprüche 14 bis 16, gekennzeichnet durch eine Recheneinheit in dem adaptiven Regelkreis, mit der aus der Position der Gegengewichtrotoren die zur Kompensation des Unwuchtvektors erforderliche Verstellung der Auswuchtringe (30a, 30b) berechnet wird.17. System according to any one of claims 14 to 16, characterized by an arithmetic unit in the adaptive control loop, with the required for the compensation of the unbalance vector adjustment of the Auswuchtringe (30a, 30b) is calculated from the position of the counterweight rotors.
18. System nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass bei mehreren Wuchtebenen mehrere Wuchteinheiten entsprechend den Wuchtebenen angeordnet sind. 18. System according to any one of claims 14 to 17, characterized in that a plurality of balancing planes several balancing units are arranged according to the balancing planes.
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