DE102015216942A1

DE102015216942A1 - Test bench for determination of inertia of rotors

Info

Publication number: DE102015216942A1
Application number: DE102015216942.1A
Authority: DE
Inventors: Franz Speth
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2015-09-04
Filing date: 2015-09-04
Publication date: 2017-03-09

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ermittlung des Massenträgheitsmomentes eines Rotors (1), mit einer Lagereinrichtung (15, 16) zur drehbaren Lagerung des Rotors um eine Rotationsachse (3), einer Federeinrichtung (5a, 5b, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28) zur Erzeugung von federnden Rückstellkräften gegen eine Verdrehung des Rotors aus einer Neutrallage, einer mechanischen Anregungseinrichtung (7, 30) zur Anregung einer Drehschwingung und einer Messeinrichtung (12, 13, 14) zur Messung einer eine Drehschwingung charakterisierenden Messgröße. Durch die Einrichtung sollen mit möglichst geringen Messfehlern und geringem konstruktivem sowie prozessualem Aufwand Rotoren verschiedener Größe einfach vermessbar sein.The invention relates to a device for determining the mass moment of inertia of a rotor (1), having a bearing device (15, 16) for rotatably supporting the rotor about an axis of rotation (3), a spring device (5a, 5b, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28) for generating resilient restoring forces against rotation of the rotor from a neutral position, a mechanical excitation means (7, 30) for exciting a torsional vibration and a measuring device (12, 13, 14) for measuring a torsional vibration characterizing measured variable. By means of the least possible measuring errors and low constructive and procedural effort rotors of different sizes should be easy zuessbar.

Description

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und der Elektrotechnik und ist insbesondere bei der Vermessung von Rotoren, besonders von Rotoren von Elektromotoren oder Generatoren, einsetzbar. The invention is in the field of mechanical engineering and electrical engineering and can be used in particular in the measurement of rotors, especially of rotors of electric motors or generators.

Für vielfältige Anwendungen bei der Herstellung und beim Betrieb von Elektromotoren oder Generatoren ist die Kenntnis des Massenträgheitsmoments der verwendeten Rotoren wichtig. Dieses spielt beispielsweise bei der Qualitätskontrolle in der Fertigung, jedoch auch bei der mechanischen Dimensionierung von Antriebsträngen sowie bei der Einstellung von Ansteuerungen entsprechender elektrischer Maschinen eine Rolle. For a variety of applications in the manufacture and operation of electric motors or generators, the knowledge of the moment of inertia of the rotors used is important. This plays a role, for example, in quality control in production, but also in the mechanical dimensioning of drive trains and in the setting of controls of corresponding electrical machines.

Grundsätzlich sind Messmethoden zur Ermittlung eines Massenträgheitsmoments eines rotierenden Körpers bereits seit langem bekannt. Basically, measuring methods for determining a mass moment of inertia of a rotating body have been known for a long time.

So ist es beispielsweise bekannt, eine Spule auf einer Welle des zu vermessenden Körpers zu befestigen, auf der Spule einen Faden aufzuwickeln und einen am Ende des Fadens befestigten Körper unter Abwicklung des Fadens bei gleichzeitigem Antrieb der Spule und der Welle eine bestimmte Strecke fallen zu lassen. Gemäß den bekannten Energieerhaltungssätzen wird die Potentialenergie des fallenden Körpers in kinetische Energie umgesetzt, die sich auf die kinetische Energie des fallenden Körpers in seiner linearen Bewegung einerseits und die Rotationsenergie des rotierenden Körpers andererseits verteilt. Da die Endgeschwindigkeit des fallenden Körpers und die erreichte Winkelgeschwindigkeit des Körpers, dessen Massenträgheitsmoment gemessen werden soll, über den Radius der Spule, auf der der Faden aufgewickelt ist, zusammenhängen, lässt sich aus einer Vermessung der Geschwindigkeit des fallenden Körpers das Trägheitsmoment des zu vermessenden Körpers bestimmen. For example, it is known to attach a spool to a shaft of the body to be measured, to wind a thread on the spool and to drop a body attached to the end of the thread by unwinding the thread while simultaneously driving the spool and the shaft a certain distance , According to the known energy conservation laws, the potential energy of the falling body is converted into kinetic energy, which is distributed on the kinetic energy of the falling body in its linear movement on the one hand and the rotational energy of the rotating body on the other hand. Since the final velocity of the falling body and the angular velocity of the body whose mass moment of inertia is to be measured are related to the radius of the coil on which the thread is wound, the moment of inertia of the body to be measured can be determined from a measurement of the velocity of the falling body determine.

Problematisch bei dieser Messmethode ist einerseits, dass der zu vermessende Körper drehbar gelagert werden muss, wobei ein Teil der potentiellen Energie in den Rotationslagern in Wärme umgesetzt wird, und dass andererseits der aufgewickelte Fadenabschnitt bzw. die Spule mitrotieren, so dass entsprechende zusätzliche parasitäre Trägheitsmomente mitgemessen werden. The problem with this measurement method is on the one hand, that the body to be measured must be rotatably supported, with part of the potential energy in the rotation bearings is converted into heat, and on the other hand co-rotate the wound thread section or the coil, so mitgemessen corresponding additional parasitic moments of inertia become.

Ein weiteres Messprinzip sieht vor, das Trägheitsmoment des Körpers durch die Vermessung einer Drehschwingung zu messen. Hierzu ist der zu vermessende Körper reibungsarm zu lagern und beispielsweise mit einer Schneckenfeder zu koppeln. Die Schneckenfeder erzeugt bei Auslenkung des zu vermessenden Körpers ein Rückstellmoment, das idealerweise proportional zur Auslenkung ist, so dass eine harmonische Drehschwingung angeregt werden kann. Wird mit I das Trägheitsmoment des Prüflings bezeichnet und mit D die Federkonstante der Schneckenfeder, so ergibt sich aus den bekannten Differentialgleichungen die Schwingungsdauer T aus der folgenden Gleichung:

Another measuring principle is to measure the moment of inertia of the body by measuring a torsional vibration. For this purpose, the body to be measured is stored with low friction and, for example, to couple with a worm spring. When the body to be measured is deflected, the worm spring generates a restoring moment, which is ideally proportional to the deflection, so that a harmonic torsional vibration can be excited. If I denotes the moment of inertia of the test piece and D the spring constant of the worm spring, the oscillation period T results from the known differential equations from the following equation:

Problematisch bei der oben beschriebenen Methode ist, dass Trägheitsmomente der Schneckenfeder mitgemessen werden. Zudem ist die Anregung einer Drehschwingung bei einem solchen Aufbau insoweit schwierig, als bei der Schneckenfeder einer reinen Torsionsbewegung üblicherweise weitere Schwingungsformen überlagert sind. Außerdem ist das Problem einer geeigneten Anregung der Schwingung zu lösen, wobei eine geeignete Schwingungsdauer zur Erzielung von angestrebten Messgenauigkeiten erreicht werden soll. The problem with the method described above is that the moments of inertia of the worm spring are also measured. In addition, the excitation of a torsional vibration in such a structure is so far difficult, as in the worm spring a pure torsional motion usually more waveforms are superimposed. In addition, the problem of a suitable excitation of the vibration to solve, with a suitable period of oscillation to achieve desired measurement accuracy is to be achieved.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit vor dem Hintergrund des Standes der Technik die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Ermittlung des Massenträgheitsmomentes eines Rotors zu schaffen, die eine Vermessung mit hoher Genauigkeit erlaubt und mit möglichst geringem konstruktivem Aufwand verbunden ist. Die Einrichtung soll eine Vermessung von Rotoren in möglichst effizienter und einfacher Weise erlauben. The present invention is therefore based on the background of the prior art, the task of providing a device for determining the moment of inertia of a rotor, which allows a measurement with high accuracy and is associated with the least possible design effort. The device should allow a measurement of rotors in the most efficient and easy way possible.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen der Erfindung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Die Patentansprüche 2 bis 11 geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Lösung an. The object is achieved with the features of the invention according to claim 1. The claims 2 to 11 indicate advantageous embodiments of the solution.

Demnach bezieht sich die Erfindung auf eine Einrichtung zur Ermittlung des Massenträgheitsmomentes eines Rotors mit einer Lagereinrichtung zur drehbaren Lagerung des Rotors um eine Rotationsachse, einer Federeinrichtung zur Erzeugung von federnden Rückstellkräften gegen eine Verdrehung des Rotors aus einer Neutrallage, einer mechanischen Anregungseinrichtung zur Anregung einer Drehschwingung und einer Messeinrichtung zur Messung einer eine Drehschwingung charakterisierenden Messgröße. Accordingly, the invention relates to a device for determining the moment of inertia of a rotor with a bearing device for rotatably supporting the rotor about an axis of rotation, a spring means for generating resilient restoring forces against rotation of the rotor from a neutral position, a mechanical excitation means for exciting a torsional vibration and a measuring device for measuring a variable that characterizes a torsional vibration.

Dabei bilden der Rotor und die Federeinrichtung die harmonische Schwingungseinrichtung. Die mechanische Anregungseinrichtung für die Anregung der Drehschwingung ist dazu geeignet, eine reproduzierbare Anregung zu schaffen, die eine Schwingung im harmonischen Schwingungsbereich, d.h. im linearen Federbereich der Federeinrichtung, anregt. Die mechanische Anregungseinrichtung soll derart gestaltet sein, dass sie steuerbar ist und eine periodische Anregung zur Erzeugung einer resonanten Schwingung ermöglicht. Die Messeinrichtung zur Messung einer die Schwingung charakterisierenden Messgröße kann beispielsweise unmittelbar eine Frequenz oder eine Periodendauer erfassen. Da die Messeinrichtung in der Lage ist, die Rotorposition zu erfassen, kann sie mit der Anregungseinrichtung unmittelbar gekoppelt sein, um eine Anregung mit 90° Phasenverschiebung zum Drehschwinger bezüglich der resonanten Schwingung zu erlauben und damit darauf hinzuwirken, dass die Schwingung tatsächlich im resonanten Frequenzbereich angeregt wird. In this case, the rotor and the spring device form the harmonic vibration device. The mechanical excitation means for the excitation of the torsional vibration is adapted to provide a reproducible excitation, which excites a vibration in the harmonic vibration range, ie in the linear spring region of the spring means. The mechanical excitation device should be designed such that it is controllable and a periodic excitation to produce a resonant oscillation allows. The measuring device for measuring a variable characterizing the oscillation can for example directly detect a frequency or a period. Since the measuring device is able to detect the rotor position, it may be directly coupled to the excitation device to allow excitation with 90 ° phase shift to the torsional oscillator with respect to the resonant oscillation and thus to cause the oscillation to actually excite in the resonant frequency range becomes.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Federeinrichtung wenigstens ein Paar linear auslenkbare Federn, insbesondere Schraubenfedern, Spiralfedern oder Bandfedern, aufweist. Linear auslenkbare Federn sind besonders preiswert verfügbar, haben einen großen Linearitätsbereich der Kraft/Weg-Kennlinie, lassen in besonders einfacher Weise eine isolierte transversale/lineare Auslenkung zu und sind einfach zu koppeln (in Reihe/parallel). An advantageous embodiment of the invention provides that the spring device comprises at least one pair of linearly deflectable springs, in particular coil springs, coil springs or band springs. Linearly deflectable springs are particularly inexpensive available, have a large linearity range of the force / displacement characteristic, allow in a particularly simple manner an isolated transverse / linear deflection and are easy to couple (in series / parallel).

Es kann dabei vorgesehen sein, dass die Federn bei einer Verdrehung des Rotors linear ausgelenkt werden. Damit ist sichergestellt, dass möglichst wenige rotierende Elemente in dem Aufbau vorhanden sind, deren Trägheitsmoment mitgemessen würde und bezüglich der Messung des zu vermessenden Rotors parasitär wäre. It may be provided that the springs are linearly deflected during a rotation of the rotor. This ensures that as few rotating elements are present in the structure whose moment of inertia would be mitgemessen and would be parasitic with respect to the measurement of the rotor to be measured.

Die Verwirklichung einer solchen Ankopplung von linearen Federelementen an einen anzutreibenden Rotor kann vorteilhaft dadurch geschehen, dass die Federeinrichtung mittels eines strangförmigen flexiblen Elementes, insbesondere mittels eines Drahtes, eines Fadens oder eines Seils, mit dem Rotor verbunden ist. Das strangartige flexible Element ist außerhalb der Rotorachse an den Rotor zu koppeln, so dass ein linearer Zug an dem strangartigen Element in eine Rotation umgesetzt wird. The realization of such a coupling of linear spring elements to a rotor to be driven can advantageously be done by the spring means by means of a strand-shaped flexible element, in particular by means of a wire, a thread or a rope, is connected to the rotor. The strand-like flexible element is to be coupled to the rotor outside the rotor axis, so that a linear pull on the strand-like element is converted into a rotation.

Besonders vorteilhaft wird eine derartige Anordnung dadurch gestaltet, dass die Federeinrichtung mittels eines ein- oder mehrfach um eine Welle des Rotors gewickelten strangartigen flexiblen Elementes mit dem Rotor verbunden ist. Mit einem derart um die Welle des Rotors geschlungenen flexiblen Element kann eine Zugkraft, die in Längsrichtung des flexiblen Elements und in einer Ebene, die senkrecht zur Rotorachse liegt, beispielsweise durch eine Zugfeder aufgebracht wird, praktisch verlustfrei in ein Drehmoment umgesetzt werden, das auf den Rotor wirkt. Um den Schlupf zwischen der Welle und dem flexiblen Element zu verhindern, ist vorteilhaft eine mehrfache Umschlingung der Welle vorgesehen. Dabei kann die Gesamteinrichtung derart gestaltet sein, dass beide Enden des flexiblen Elements mit jeweils einer Feder derart verbunden sind, dass das flexible Element zwischen zwei Federn dauernd unter Spannung gehalten ist und dass Zugkräfte der Federelemente gegeneinander derart wirken, dass die Gesamtanordnung ohne äußere Krafteinwirkung in einer Neutrallage gehalten wird, in der die durch die einzelnen Federelemente wirkenden Kräfte derart im Gleichgewicht gehalten sind, dass auf den Rotor kein Drehmoment wirkt. Wird der Rotor durch Einwirkung einer äußeren Anregungskraft aus dieser Neutrallage herausgedreht, so ergibt sich eine Rückstellkraft, die proportional zum Auslenkungswinkel ist. Such an arrangement is particularly advantageously designed in that the spring device is connected to the rotor by means of a strand-like flexible element wound one or more times around a shaft of the rotor. With such a wound around the shaft of the rotor flexible element, a tensile force, which is applied in the longitudinal direction of the flexible member and in a plane which is perpendicular to the rotor axis, for example by a tension spring, virtually lossless converted into a torque on the Rotor acts. In order to prevent the slip between the shaft and the flexible element, a multiple wrap of the shaft is advantageously provided. In this case, the entire device may be designed such that both ends of the flexible element are connected in each case with a spring such that the flexible element between two springs is kept permanently under tension and that tensile forces of the spring elements against each other act such that the overall arrangement without external force in a neutral position is maintained, in which the forces acting by the individual spring elements are kept in balance so that no torque acts on the rotor. If the rotor is rotated out of this neutral position by the action of an external excitation force, this results in a restoring force, which is proportional to the deflection angle.

Da außer dem Rotor selbst und der Umschlingungslänge des flexiblen Elements um die Rotorwelle keine weiteren Massen rotierend bewegt werden, ist eine isolierte Messung des Trägheitsmoments des Rotors praktisch ohne parasitäre Anteile möglich. Zudem sind die Federelemente derart angekoppelt, dass diese sich nur linear bewegen. Dadurch können kostengünstige Federelemente mit praktisch idealer linearer Kennlinie verwendet werden. Since, apart from the rotor itself and the looping length of the flexible element about the rotor shaft no further masses are rotated, an isolated measurement of the moment of inertia of the rotor is possible with virtually no parasitic components. In addition, the spring elements are coupled in such a way that they move only linearly. As a result, inexpensive spring elements can be used with virtually ideal linear characteristic.

Der Drehschwingung des Rotors ist eine lineare Schwingung der Federmassen und des strangförmigen Elements in den jeweils nicht aufgewickelten Bereichen überlagert, deren Einfluss bei Referenzmessungen als vernachlässigbar herausgestellt hat. The torsional vibration of the rotor is superimposed on a linear oscillation of the spring masses and the strand-like element in the respective unwound areas whose influence has been found negligible in reference measurements.

Eine besonders vorteilhafte Lagerung des Rotors ergibt sich dadurch, dass die Lagereinrichtung wenigstens ein Paar parallel zueinander drehbar gelagerter Scheiben aufweist, auf denen eine Welle des Rotors ablegbar ist. Es ist dabei eine möglichst reibungsarme Lagerung anzustreben, wobei diese auf die Frequenz der Drehschwingung keinen Einfluss hat und lediglich dämpfend wirkt. Die beschriebene Lagereinrichtung hat den Vorteil, dass sie problemlos für verschiedene Rotoren mit unterschiedlichen Wellendurchmessern verwendet werden kann. A particularly advantageous bearing of the rotor results from the fact that the bearing device has at least one pair of disks rotatably mounted parallel to one another on which a shaft of the rotor can be placed. It is aimed at as low-friction as possible storage, which has no influence on the frequency of torsional vibration and only acts damping. The bearing device described has the advantage that it can be easily used for different rotors with different shaft diameters.

Grundsätzlich ist auch denkbar, den Rotor innerhalb eines Stators zu vermessen (ohne Demontage), wobei dann die Lagerung durch die im Motor vorgesehenen Lager gewährleistet wird. Da eine Vermessung von Rotoren jedoch häufig direkt nach der Herstellung erwünscht ist, sind die vorgesehenen Lager in diesem Zustand üblicherweise noch nicht eingelaufen und weisen, besonders bei kleineren Maschinen, eine relativ hohe Lagerreibung auf, die bei der Vermessung zu stark dämpfend wirkt. Deshalb ist bei der Vermessung grundsätzlich die Lagerung mittels einer gesonderten Lagereinrichtung vorteilhaft. In principle, it is also conceivable to measure the rotor within a stator (without disassembly), in which case the storage is ensured by the bearings provided in the motor. However, since a measurement of rotors is often desired directly after production, the bearings provided are usually not run in this state and have, especially for smaller machines, a relatively high bearing friction, which acts too strong damping in the measurement. Therefore, the storage by means of a separate storage device is basically advantageous in the survey.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anregungseinrichtung einen auf eine Feder wirkenden, steuerbaren Aktuator (insbesondere in Form eines Elektromagneten, oder Hubzylinders, insbesondere mit pneumatischem Antrieb) aufweist. Dabei ist weiter vorgesehen, dass der Aktuator eine Bewegung der Federeinspannung bewirkt, insbesondere des Federendes, das der Ankopplungsstelle eines strangförmigen Elementes an die Feder abgewandt ist. A further advantageous embodiment of the invention provides that the excitation device has a controllable actuator acting on a spring (in particular in the form of an electromagnet, or lifting cylinder, in particular with pneumatic drive). It is further provided that the actuator movement of the spring tension causes, in particular the spring end, which faces away from the coupling point of a strand-shaped element to the spring.

Mit einer solchen Anregung wird die Schwingungsbewegung selbst möglichst wenig gestört. Es findet zusätzlich zu der laufenden Schwingungsbewegung eine lineare Auslenkung der Federn statt. Diese sollte mit einem Phasenversatz von 90° gegenüber der harmonischen Schwingung erfolgen, so dass eine resonante Schwingung erzeugt wird. Bei einer laufenden Anregung kann die Periodendauer über eine beliebig lange Zeit gemessen werden, so dass die Messfehler minimiert werden können. Der Hub des Aktuators ist vorteilhaft so einstellbar, dass die Amplitude der Schwingung begrenzt bleibt. With such an excitation, the oscillatory motion itself is disturbed as little as possible. There is a linear deflection of the springs in addition to the current oscillatory motion. This should be done with a phase shift of 90 ° with respect to the harmonic oscillation, so that a resonant oscillation is generated. With an ongoing excitation, the period can be measured over an arbitrarily long time, so that the measurement errors can be minimized. The stroke of the actuator is advantageously adjustable so that the amplitude of the oscillation remains limited.

Es kann zudem vorgesehen sein, dass eine Erfassungseinrichtung mit wenigstens einem Sensor zur Erfassung der Auslenkung der Welle aus einer Neutrallage vorgesehen und mit einer Steuereinrichtung zur Ansteuerung des Aktuators verbunden ist. Mit einem solchen Sensor kann die Phasenlage der Schwingung erfasst werden, so dass mittels einer Steuereinrichtung die Anregung phasenrichtig erfolgen kann. It can also be provided that a detection device is provided with at least one sensor for detecting the deflection of the shaft from a neutral position and connected to a control device for controlling the actuator. With such a sensor, the phase position of the vibration can be detected, so that by means of a control device, the excitation can be done in the correct phase.

Es kann dabei zudem vorgesehen sein, dass wenigstens ein Sensor mit einem Näherungsschalter, insbesondere mit einem Reed-Relais oder magnetoresistiven Sensor, ausgebildet ist. It can also be provided that at least one sensor with a proximity switch, in particular with a reed relay or magnetoresistive sensor, is formed.

Eine besonders einfache Ausführungsform ergibt sich dadurch, dass an dem strangförmigen Körper ein Magnet befestigt ist, der mit wenigstens einem der Näherungsschalter wechselwirkt. Der Magnetgeber, der als kleiner Magnetkörper ausgestaltet sein kann, wird an dem strangförmigen Körper in dem Bereich angebracht, in dem dieser sich zwischen der Welle und einer Feder ausschließlich linear bewegt, so dass der Bereich, an dem der Magnetgeber befestigt ist, zu keiner Zeit auf die Welle des Rotors aufgewickelt ist. Entlang des strangförmigen Körpers können ein oder mehrere Sensoren angeordnet sein, die Signale abgeben, sobald der Magnetgeber sie passiert. Damit kann während der Schwingung der Ort des Magnetgebers und damit der Auslenkwinkel des Rotors erfasst werden. A particularly simple embodiment results from the fact that on the strand-shaped body, a magnet is fixed, which interacts with at least one of the proximity switches. The magnetic transmitter, which may be configured as a small magnetic body, is attached to the cord-shaped body in the region in which it moves only linearly between the shaft and a spring, so that the area to which the magnetic encoder is attached, at no time is wound on the shaft of the rotor. Along the strand-shaped body, one or more sensors can be arranged, which emit signals as soon as the magnetic encoder passes them. This can be detected during the vibration of the location of the magnetic encoder and thus the deflection angle of the rotor.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren einer Zeichnung beispielhaft gezeigt und erläutert. In the following the invention will be shown and explained by way of example with reference to figures of a drawing.

Dabei zeigt It shows

1 eine Frontansicht in Axialrichtung der erfindungsgemäßen Einrichtung mit der Federeinrichtung und einer Anregungseinrichtung, 1 a front view in the axial direction of the device according to the invention with the spring device and an excitation device,

2 speziell die Lagerung der Rotorwelle in der Einrichtung, 2 especially the bearing of the rotor shaft in the device,

3 die Ankopplung des strangförmigen Körpers (Drahts oder Litze) an die Rotorwelle, 3 the coupling of the strand-shaped body (wire or strand) to the rotor shaft,

4 eine Draufsicht auf den Rotor in der Einrichtung, 4 a plan view of the rotor in the device,

5 eine mögliche Ausgestaltung der Federn, sowie 5 a possible embodiment of the springs, as well

6 eine Ansicht eines Aktuators einer Anregungseinrichtung. 6 a view of an actuator of an excitation device.

1 zeigt in einer Übersichtsdarstellung eine frontale Ansicht eines Rotors 1, dessen Massenträgheitsmoment gemessen werden soll, mit einer Welle 2, wobei Rotor 1 und Welle 2 um eine Rotorachse 3 rotierbar gelagert sind. Die Lagerung ist im Einzelnen nicht dargestellt und wird weiter unten erläutert. 1 shows an overview view of a frontal view of a rotor 1 , whose mass moment of inertia is to be measured, with a shaft 2 , where rotor 1 and wave 2 around a rotor axis 3 rotatably mounted. The storage is not shown in detail and will be explained below.

Ein strangförmiges Element 4 in Form eines dünnen, flexiblen Drahtes oder Litze ist mehrfach um die Welle 2 geschlungen und an ihren beiden Enden 4a, 4b mit jeweils einem Federelement 5a, 5b verbunden. Die Federelemente 5a, 5b sind in dem hier dargestellten Beispiel als Federanordnung mit jeweils einer, zwei oder mehr parallel zueinander angeordneten und mechanisch parallel geschalteten Schraubenfedern ausgebildet. Die Federanordnung wird weiter unten anhand der 5 noch genauer erläutert. A string-shaped element 4 in the form of a thin, flexible wire or strand is multiply around the shaft 2 looped and at both ends 4a . 4b each with a spring element 5a . 5b connected. The spring elements 5a . 5b are formed in the example shown here as a spring arrangement with one, two or more mutually parallel and arranged in parallel parallel helical springs. The spring arrangement will be described below with reference to 5 explained in more detail.

Das dem strangförmigen Element 4 abgewandte Ende 6a der Feder 5a ist ortsfest eingespannt, während das dem Strang 4 abgewandte Ende 6b des Federelements 5b mit einem beweglich geführten Hubelement / Aktuator 7 verbunden ist. Der Aktuator 7 kann aus einem Elektromagneten 10a und einen im Feld des Magneten in Richtung des Pfeils 9 antreibbaren Eisenkörper 10b bestehen und hat einen einstellbaren Hub, der durch einen Anschlag 8 begrenzt ist. Hierdurch wird das Federelement 5b gedehnt, und durch die Federdehnung wird Energie in das Federsystem eingetragen. Die Federdehnung durch den Aktuator 7 findet vorteilhaft zu einem Zeitpunkt statt, zu dem die Feder bereits im Zuge der Schwingung maximal gedehnt ist. Der Aktuator lässt in einer Phase wieder los, in der das Federelement 5b unter geringster Spannung steht. Der genaue Zeitpunkt der Aktivierung und Deaktivierung des Aktuators 10 wird durch eine Steuereinrichtung 11 ermittelt. Damit wird eine resonante Anregung erzeugt. Durch ein mit der Steuerelektronik verbundenes Oszilloskop lässt sich Frequenz und Periodendauer der Schwingung ermitteln. That the strand-shaped element 4 opposite end 6a the feather 5a is fixed in place, while the strand 4 opposite end 6b of the spring element 5b with a movably guided lifting element / actuator 7 connected is. The actuator 7 can be from an electromagnet 10a and one in the field of the magnet in the direction of the arrow 9 drivable iron body 10b exist and has an adjustable stroke, which by a stop 8th is limited. As a result, the spring element 5b stretched, and the spring expansion energy is entered into the spring system. The spring expansion by the actuator 7 takes place advantageously at a time when the spring is already maximally stretched in the course of the oscillation. The actuator releases in a phase in which the spring element 5b under the slightest tension. The exact time of activation and deactivation of the actuator 10 is controlled by a control device 11 determined. This generates a resonant excitation. An oscilloscope connected to the electronic control unit can be used to determine the frequency and period of the oscillation.

Der Steuereinrichtung 11 werden durch zwei Näherungsschalter 12, 13, die jeweils als magnetisches Reed-Relais ausgebildet sein können, Positionen des strangförmigen Elements 4 gemeldet. Dies geschieht dadurch, dass ein an dem strangförmigen Element / Draht 4 befestigter Magnetkörper 14 bei einer Bewegung des Elements 4 in Längsrichtung an wenigstens einem der Sensoren 12, 13 vorbei bewegt wird und dort einen Schaltvorgang bewirkt. The control device 11 be through two proximity switches 12 . 13 , which may each be designed as a magnetic reed relay, positions of the strand-shaped element 4 reported. This happens because one on the strand-shaped element / wire 4 attached magnetic body 14 during a movement of the element 4 in the longitudinal direction on at least one of the sensors 12 . 13 is moved past and there causes a switching operation.

Eine Anregung des Federelements 5b durch das Steuergerät 11 mittels einer Betätigung des Aktuators 10 findet vorzugsweise mit einem Phasenversatz gegenüber der Drehschwingung des Rotors 1 um 90° statt. Damit kann eine resonante Schwingung des Drehschwingers erzeugt werden. An excitation of the spring element 5b through the control unit 11 by means of an actuation of the actuator 10 preferably takes place with a phase offset to the torsional vibration of the rotor 1 held at 90 °. Thus, a resonant oscillation of the rotary oscillator can be generated.

In 2 ist schematisch in einer Frontalansicht des Rotors die Lagerung in der Einrichtung zur Ermittlung des Massenträgheitsmoments gezeigt. Die Welle 2 ist auf zwei Scheiben 15, 16 abgelegt, die jede für sich um eine Rotationsachse 15a, 16a leichtgängig gelagert sind. Damit wird die Lagerung für die Welle 2 unabhängig von dem Durchmesser der Welle und für verschiedene Rotoren mit unterschiedlichen Wellendurchmessern brauchbar. In 2 is schematically shown in a front view of the rotor storage in the device for determining the moment of inertia. The wave 2 is on two discs 15 . 16 filed, each by itself around a rotation axis 15a . 16a are stored smoothly. This will be the storage for the shaft 2 regardless of the diameter of the shaft and for different rotors with different shaft diameters useful.

3 zeigt eine Draufsicht auf die Welle 2 mit dem strangförmigen flexiblen Element 4, das als Draht oder Litze ausgebildet und mehrfach um die Welle 2 geschlungen ist, um über Haftreibung schlupffrei eine Kopplung an die Welle zu ermöglichen. 3 shows a plan view of the shaft 2 with the strand-shaped flexible element 4 , which is designed as a wire or stranded wire and several times around the shaft 2 is looped to allow friction over friction with a coupling to the shaft.

4 zeigt eine Draufsicht auf einen in der Messeinrichtung gehaltenen Rotor 1 mit seiner Welle 2, die auf Scheiben 15, 16 und 17, 18 beidseitig gelagert ist. Die Scheiben 15, 16, 17, 18 sind in jeweils einer Halteschiene 19, 20 gehalten, wobei wenigstens eine der Halteschienen 19, 20 in Längsrichtung des Rotors, angedeutet durch den Pfeil 21, verschiebbar ist, um in der Einrichtung die Vermessung unterschiedlich langer Rotoren zu ermöglichen. 4 shows a plan view of a held in the measuring device rotor 1 with his wave 2 on slices 15 . 16 and 17 . 18 is mounted on both sides. The disks 15 . 16 . 17 . 18 are each in a holding rail 19 . 20 held, wherein at least one of the support rails 19 . 20 in the longitudinal direction of the rotor, indicated by the arrow 21 , is slidable to allow the device to measure different lengths of rotors.

5 zeigt in einer Seitenansicht ein Federelement 5a, das aus drei einzelnen Schraubenfedern 22, 23, 24 bestehen kann, die zwischen zwei Koppelteilen 25, 26 befestigt sind. Konstruktiv ermöglicht das Federelement die Verwendung von nur einer, zwei oder drei parallelen Federn, um die Federrate einfach an das Trägheitsmoment des Rotors anpassen zu können. Auch eine Reihenschaltung von Federn ist möglich. Eine Parallelschaltung von drei Federn wird beispielsweise für die Vermessung eines Rotors mit einem hohen Trägheitsmoment verwendet, um genügend große Rückstellkräfte für die Drehschwingung aufbringen zu können. Die dargestellte Anordnung hat den Vorteil, dass bei der Vermessung kleinerer Rotoren eine oder zwei der Federn 22, 23, 24 entfernt werden können, um eine kleinere Federkonstante zu verwirklichen. Die Koppelteile 25, 26 weisen jeweils Öffnungen 27, 28 zur Ankopplung der Federenden sowie eines strangförmigen Elementes / Drahtes 4 oder eines Aktuators 7 auf. Zudem kann im Strang der Kraftübertragung eine Einrichtung 29 zur Einstellung der Vorspannung der Federn vorgesehen sein. Diese Einrichtung 29 kann eine Spindel mit einer Spindelmutter aufweisen, wobei durch Verdrehung der Spindel die Länge des Elementes verlängert oder verkürzt werden kann. 5 shows a side view of a spring element 5a that consists of three single coil springs 22 . 23 . 24 can exist between two coupling parts 25 . 26 are attached. Constructively, the spring element allows the use of only one, two or three parallel springs in order to easily adjust the spring rate to the moment of inertia of the rotor can. A series connection of springs is possible. A parallel connection of three springs is used, for example, for the measurement of a rotor with a high moment of inertia, in order to be able to apply sufficiently large restoring forces for the torsional vibration. The arrangement shown has the advantage that in the measurement of smaller rotors one or two of the springs 22 . 23 . 24 can be removed to realize a smaller spring constant. The coupling parts 25 . 26 each have openings 27 . 28 for coupling the spring ends and a strand-shaped element / wire 4 or an actuator 7 on. In addition, in the strand of power transmission means 29 be provided for adjusting the bias of the springs. This device 29 may comprise a spindle with a spindle nut, wherein by rotation of the spindle, the length of the element can be extended or shortened.

In der 6 ist als Beispiel für einen Aktuator zur Anregung der Schwingung ein Pneumatikzylinder 30 dargestellt, in dem ein Kolben 31, gesteuert durch Gaszufuhr über eine der Leitungen 30a, 30b, antreibbar ist. Der Kolben 31 ist mit der Einspannung der Feder 5a verbunden. Der Kolben 31 ist pneumatisch in beiden Bewegungsrichtungen 32 aktiv antreibbar. Der Hub des Kolbens ist durch Anschläge 33, 34 zur Begrenzung der Schwingungsamplitude begrenzbar. In the 6 is an example of an actuator for exciting the vibration of a pneumatic cylinder 30 shown in which a piston 31 controlled by gas supply via one of the lines 30a . 30b , is drivable. The piston 31 is with the clamping of the spring 5a connected. The piston 31 is pneumatic in both directions of movement 32 actively drivable. The stroke of the piston is by stops 33 . 34 limited to limit the vibration amplitude.

Die erfindungsgemäße Einrichtung ist vielseitig verwendbar und zu einer Vermessung von Trägheitsmomenten verschiedener Rotoren mit ausreichender Genauigkeit einsetzbar. The device according to the invention can be used in many ways and can be used to measure moments of inertia of various rotors with sufficient accuracy.

Claims

Device for determining the mass moment of inertia of a rotor ( 1 ), with a storage facility ( 15 . 16 ) for rotatably supporting the rotor about an axis of rotation ( 3 ), a spring device ( 5a . 5b . 22 . 23 . 24 . 25 . 26 . 27 . 28 ) for generating resilient restoring forces against rotation of the rotor from a neutral position, a mechanical excitation device ( 7 . 30 ) for exciting a torsional vibration and a measuring device ( 12 . 13 . 14 ) for measuring a variable that characterizes a torsional vibration.

Device according to claim 1, characterized in that the spring device ( 5a . 5b . 22 . 23 . 24 . 25 . 26 . 27 . 28 ) at least one pair of linearly deflectable springs ( 5a . 5b ), in particular coil springs ( 22 . 23 . 24 ), Coil springs or band springs.

Device according to claim 2, characterized in that the springs ( 5a . 5b ) at a rotation of the rotor ( 1 ) are linearly deflected.

Device according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the spring device ( 5a . 5b . 22 . 23 . 24 . 25 . 26 . 27 . 28 ) by means of a strand-shaped flexible element ( 4 ), in particular by means of a wire, a thread or a rope, with the rotor ( 1 ) connected is.

Device according to claim 4, characterized in that the spring device ( 5a . 5b . 22 . 23 . 24 . 25 . 26 . 27 . 28 ) by means of one or more times around a shaft ( 2 ) of the rotor ( 1 ) wound strand-like flexible element ( 4 ) with the rotor ( 1 ) is positively connected.

Device according to claim 5, characterized in that the bearing device ( 15 . 16 ) at least one pair of discs rotatably mounted parallel to each other ( 15 . 16 ), on which a shaft ( 2 ) of the rotor ( 1 ) can be stored.

Device according to Claim 1 or one of the following, characterized in that the exciter device ( 7 . 30 )) on a spring ( 5a . 5b ), controllable actuator ( 7 . 30 ) having.

Device according to claim 7, characterized in that the actuator ( 7 . 30 ) causes a movement of the Federeinspannung, in particular the spring end, which faces away from the coupling point of a strand-shaped element to the spring.

Device according to claim 7 or 8, characterized in that a detection device with at least one sensor ( 12 . 13 ) for detecting the deflection of the shaft ( 2 ) provided from a neutral position and with a control device ( 11 ) for controlling the actuator ( 10 ) connected is.

Device according to claim 9, characterized in that at least one sensor ( 12 . 13 ) is formed with a proximity switch, in particular with a reed relay.

Device according to claim 10, characterized in that on the strand-like body ( 4 ) a magnet ( 14 ) fixed with at least one of the proximity switches ( 12 . 13 ) interacts.