CH335125A

CH335125A - Gerät zum Messen von Rüttelschwingungen

Info

Publication number: CH335125A
Authority: CH
Inventors: Steinbrenner Hans Ing Dipl
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1954-07-20
Filing date: 1955-07-20
Publication date: 1958-12-31

Description

  

  Gerät zum Messen von     Rüttelschwingungen            Schwingungsmessgeräte    zum Messen von  Rüttelschwingungen mit Hilfe einer nach  allen Seiten hin frei     beweglichen    und federnd  aufgehängten trägen Masse sind bekannt.  Es dient bei diesen     die    träge Masse zum  Steuern einer einzigen optischen Anzeige  vorrichtung. Sie wird von     vier    in einer waag  rechten Ebene liegenden und im Viereck     an-          geordneten'Federpaaren    gehalten. Ausserdem  ist sie an vier Vertikalfedern aufgehängt.  Die paarweise Anordnung waagrechter  Federn verlangt eine äusserst genaue Ab  stimmung dieser Federn.

   Ausserdem müssen  sie sehr gleichmässig wirken, wenn sich das  ganze System bei einem Schwingungsaus  schlag nicht schräg stellen soll.  



  Demgegenüber soll durch die Erfindung  eine baulich erheblich einfachere und fein  fühligere Aufhängung dadurch geschaffen  sein, dass die Masse im Zentrum von zwei  senkrecht zueinander stehenden vierstrahli  gen     Schraubenfedersternen    angeordnet ist.  



  In der beiliegenden Zeichnung ist ein  Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegen  standes dargestellt, und zwar zeigen:       Fig.l    das Gesamtschema eines     Drei-          komponentenschwingungsmessgerätes    in  schaubildlicher Darstellung;

         Fig.    2 einen Schnitt nach der Ebene E  durch das Gerät nach     Fig.    1 in ausführliche  rer Darstellung         Fig.    3 das Schaltschema einer mit Träger  frequenzmodulation arbeitenden     Mess-    und  Anzeigevorrichtung, und       Fig.    4 das Schema der Magnetfeld- und       Messwegverhältnisse    an einer Spule des Ge  rätes nach     Fig.    1 und 2.  



  Bei dem dargestellten Ausführungsbei  spiel ist in der Mitte eines würfelförmigen  Gehäuses 1 eine kugelförmige träge Masse 2,  nachstehend durchwegs  Kernmasse  ge  nannt, angeordnet. Die Form des Gehäuses  wird nach     Fig.    2 durch ein dessen     Profilkan-          ten    bildendes Gerippe bestimmt. Die     Ge-          rippeteile    haben einen im wesentlichen drei  eckigen Querschnitt und     sind    mit durch  gehenden Längsbohrungen 3 versehen. Die  Kernmasse 2     wird    von acht Zugfedern 4a-44  und     5a-5d    in ihrer Lage gehalten, von denen  jeweils vier in einer Ebene E bzw. E' liegen  und einen vierstrahligen Stern bilden.

   Die  beiden Ebenen stehen zueinander senkrecht.  Innerhalb der durch die Federn     4a.    bis 4d  bestimmten Ebene E ragen von der Kern  masse 2 zwei zueinander senkrecht stehende,  zweckmässig     stabförmige    Tauchkerne 6 und 7  und dazu wiederum senkrecht ein dritter  Tauchkern 8 ab. Jedes freie Tauchkernende  ragt in eine     elektrische    Spule 9, 10 und 11  hinein. Die Tauchkerne füllen nur den innern  Teil der lichten Weite der Spulen 9 bis 11  und enden innerhalb der Spulen, damit sich      die Tauchkerne bei Bewegungen in und quer  zu ihren zugehörigen Spulen nur im Bereich  eines konstanten Magnetfeldes bewegen. Zur  Dämpfung von Querbewegungen sind die  Tauchkerne mit     Dämpfungsplatten    15, 16  und 17 versehen.

   Das Gewicht der Tauch  kerne ist durch von der Kernmasse 2 in ent  gegengesetzten Richtungen     abragende,    eben  falls     stabförmige    Gegengewichte 18, 19 und  20 ausgeglichen. Die Gegengewichte sind  ebenfalls mit     Dämpfungsplatten    21, 22 und  23 versehen. Die     Dämpfungsplatten    21 bis 23  der Ausgleichsgewichte liegen jeweils zu den       Dämpfungsplatten    15 bis 17 der zugeord  neten Tauchkerne parallel.  



  In die Stirnenden der Tauchkerne 6, 7, 8  und deren Gegengewichte 18, 19, 20 sind  Bolzen 12, 12', 13, 13' und 14, 14' als Aus  schlagbegrenzungsanschläge eingeschraubt,  die auch durch     Aufschraubkappen    oder       -büchsen    ersetzt sein können. Als Aufschlags  gegenflächen dienen an der Innenseite der  Gehäusewände vorgesehene gummielastische  Beläge 24 bis 29. Die Tauchkerne selbst be  stehen aus Weicheisen und die     Schraubbolzen     an ihren Stirnenden z. B. aus Messing. Wie  bereits weiter oben ausgeführt worden ist,  sollen sich die Kernenden im konstanten  Magnetfeld der Spule bewegen, das z. B. für  die Spule 10 in     Fig.    4 mit     37    bezeichnet ist.

    Wie die     Fig.    4 zeigt, beginnt dieses etwa in  der Mitte der     Spulenlänge    und endigt kurz  vor dem Wicklungsende der Spule 10. Dem  nach steht dem Ende des Tauchkerns 7 ein  Massweg J zur Verfügung bzw. ein     Messweg          J/2    in beiden     Axialbewegungsrichtungen.     Es wird also für die Kernruhelage dessen       Eintauchtiefe    in das Feld     1V1    auf     J/2    ein  gestellt. Dementsprechend muss der An  schlagbolzen 13 bis zur Anschlagfläche 28 für  das Ende des Tauchkerns 7 ebenfalls eine  Bewegungsfreiheit von     J/2    zulassen.  



  Die Gehäusewände sind als Füllstücke 30  in die     Ausnehmungen    des Gehäusegerippes  eingelassen. Das ganze Gehäuse ist mit       Dämpfungsflüssigkeit,    z. B. mit     Silikon-Öl,     gefüllt. Um     Störwirbelbildungen    möglichst  zu vermeiden, sind die Kanten und Ecken der         Dämpfungsplatten    15 bis 17 und 21 bis 23  abgerundet. Die     Spulenanschlüsse    31 liegen  zweckmässig jeweils neben den zugehörigen  Spulen auf der Aussenseite der Gehäusewand  füllstücke 30.  



  Jede der Spulen 9, 10 und 11 gehört je  einer     Messbrücke    B     (Fig.    3) einer mit Träger  frequenzmodulation arbeitenden     Mess-    und  Anzeigevorrichtung an. Die Brücke B wird  durch einen Generator G mit Wechselstrom  von Hochfrequenz (Trägerfrequenz) versorgt.  An diesen ist ein Verstärker V, an diesen ein  phasenempfindlicher Gleichrichter     Gl    und  gegebenenfalls eine Siebkette     ,S    angeschlos  sen, deren Ausgang zu einem Ablese- oder  Aufzeichnungsapparat A (Schreiber oder  Oszillograph) führt.  



  Um einen Körper auf Rüttelschwingun  gen zu untersuchen, wird das Gehäuse z. B.  mittels durch die Bohrungen 3 gesteckter  Schrauben auf diesem befestigt, und zwar so,  dass die Tauchkerne möglichst in jene Rich  tung zu liegen kommen. aus welcher die  Schwingungen erwartet werden. In der Regel  sollen drei Komponenten (senkrecht, waag  recht und quer dazu) analysiert werden.  Diese erschüttern das Gehäuse 1, während  die in ihm aufgehängte Masse 2 mit ihren  Tauchkernen und Gegengewichten ihre Lage  im Raum beizubehalten versucht, mit der  Folge, dass sich die     Eintauchtiefen    der Tauch  kerne an den Spulen und damit deren In  duktivität ändert, wobei eine grösste     Induk-          tivitätsänderung    nur in der     Messrichtung    ein  tritt.

   Die Änderung der     Induktivität    (oder  Kapazität) hat im     Messzweig    der zugehörigen       Messbrücke    B eine     Störung    des Brücken  abgleichs zur Folge, die am Oszillograph oder  am Schreiber aufgezeichnet wird.  



  Die Füllung des Gehäuses mit     Dämpfungs-          flüssigkeit    soll es ermöglichen, auch Mes  sungen in der Nähe der Eigenfrequenzen des  durch die Kernmasse, die Tauchkerne und  die Gegengewichte gebildeten Systems durch  zuführen. Die Füllung erfolgt durch mit  einem Schliessstopfen 32 versehene Füllöcher.  Ausserdem ist das Schwingungssystem mit  Hilfe der     Dämpfungsplatten    15 bis 17 und 21      bis 23 derart abgestimmt, dass das optimale       Dämpfungsmass   
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   beträgt bzw. bei  einer bestimmten zulässigen Fehlergrenze  entsprechend kleiner ist.

   Die Spannung der  Federn     4a    bis 4d und     5a    bis<I>5d,</I> die auch im  Gehäuse 1 diagonal angeordnet sein können,  kann durch in ihrer Länge veränderliche Auf  hängeglieder 33 eingestellt werden. Bei der  Verwendung von Schreibern ordnet man  vorzugsweise ein gemeinschaftliches Auf  zeichnungsblatt an, auf welchem die Schrei  ber der einzelnen Vorrichtungen ihr     Mess-          ergebnis    so aufzeichnen, dass alle     Mess-          ergebnisse    übersichtlich unter- bzw. neben  einander zu liegen kommen.



  Device for measuring shaking vibrations Vibration measuring devices for measuring shaking vibrations with the aid of an inertial mass which is freely movable in all directions and is resiliently suspended are known. It is used in these the inertial mass to control a single optical display device. It is held in place by four pairs of springs lying in a horizontal plane and arranged in a square. It is also suspended from four vertical springs. The paired arrangement of horizontal springs requires extremely precise coordination of these springs.

   In addition, they have to work very evenly if the entire system is not to tilt in the event of a swing.



  In contrast, the invention is intended to create a structurally much simpler and finer suspension suspension in that the mass is arranged in the center of two four-beam helical spring stars that are perpendicular to one another.



  In the accompanying drawing, an embodiment of the subject matter of the invention is shown, namely: Fig.l shows the overall diagram of a three-component vibration measuring device in a diagram;

         2 shows a section along plane E through the device according to FIG. 1 in a detailed representation, FIG. 3 shows the circuit diagram of a measuring and display device operating with carrier frequency modulation, and FIG. 4 shows the diagram of the magnetic field and measuring path conditions on a coil of the Ge advises according to FIGS. 1 and 2.



  In the illustrated Ausführungsbei game is in the middle of a cube-shaped housing 1, a spherical inertial mass 2, hereinafter referred to as core mass GE, arranged. The shape of the housing is determined according to FIG. 2 by a frame forming the profile edge thereof. The rib parts have an essentially triangular cross-section and are provided with through-going longitudinal bores 3. The core mass 2 is held in place by eight tension springs 4a-44 and 5a-5d, four of which lie in a plane E or E 'and form a four-pointed star.

   The two planes are perpendicular to each other. Within the by the springs 4a. to 4d certain plane E protrude from the core mass 2 two mutually perpendicular, suitably rod-shaped immersion cores 6 and 7 and in turn a third immersion core 8 perpendicular to this. Each free end of the plunger core protrudes into an electrical coil 9, 10 and 11. The immersion cores only fill the inner part of the clear width of the coils 9 to 11 and end inside the coils so that the immersion cores only move in the area of a constant magnetic field when they move in and across their associated coils. The plunger cores are provided with damping plates 15, 16 and 17 to dampen transverse movements.

   The weight of the immersion cores is offset by protruding from the core mass 2 in opposite directions, also if rod-shaped counterweights 18, 19 and 20. The counterweights are also provided with damping plates 21, 22 and 23. The damping plates 21 to 23 of the counterweights are parallel to the damping plates 15 to 17 of the zugeord designated immersion cores.



  In the front ends of the plunger cores 6, 7, 8 and their counterweights 18, 19, 20 bolts 12, 12 ', 13, 13' and 14, 14 'are screwed as off impact limit stops, which can also be replaced by screw-on caps or sleeves. As an impact counter surfaces are provided on the inside of the housing walls provided rubber-elastic pads 24 to 29. The plunger cores themselves be made of soft iron and the bolts at their ends z. B. made of brass. As has already been stated above, the core ends should move in the constant magnetic field of the coil, which z. B. for the coil 10 in FIG. 4 is designated by 37.

    As FIG. 4 shows, this begins approximately in the middle of the coil length and ends shortly before the winding end of the coil 10. According to the end of the plunger 7, a measurement path J or a measurement path J / 2 in both axial directions of movement is available. The immersion depth in field 1V1 is set to J / 2 for the core rest position. Accordingly, the stop bolt 13 must also allow a freedom of movement of J / 2 up to the stop surface 28 for the end of the plunger 7.



  The housing walls are let into the recesses of the housing frame as filler pieces 30. The whole housing is filled with damping fluid, e.g. B. with silicone oil filled. The edges and corners of the damping plates 15 to 17 and 21 to 23 are rounded in order to avoid the formation of disturbance vortices. The coil connections 31 expediently each lie next to the associated coils on the outside of the housing wall, filler pieces 30.



  Each of the coils 9, 10 and 11 belongs to a measuring bridge B (FIG. 3) of a measuring and display device working with carrier frequency modulation. The bridge B is supplied with alternating current of high frequency (carrier frequency) by a generator G. An amplifier V is connected to this, a phase-sensitive rectifier Gl and possibly a filter chain, S connected to it, the output of which leads to a reading or recording device A (recorder or oscilloscope).



  To examine a body for Rüttelschwingun conditions, the housing is z. B. fastened by means of screws inserted through the holes 3 on this, in such a way that the immersion cores come to rest as possible in that direction. from which the vibrations are expected. As a rule, three components (vertical, horizontal, and crosswise) should be analyzed. These shake the housing 1, while the mass 2 suspended in it tries to maintain its position in space with its immersion cores and counterweights, with the result that the immersion depths of the immersion cores on the coils and thus their in ductivity changes, with a largest inductance - change in activity only occurs in the measuring direction.

   The change in inductance (or capacitance) results in a fault in the bridge adjustment in the measuring branch of the associated measuring bridge B, which is recorded on the oscilloscope or the recorder.



  The filling of the housing with damping fluid should make it possible to carry out measurements in the vicinity of the natural frequencies of the system formed by the core mass, the immersion cores and the counterweights. The filling takes place through filling holes provided with a stopper 32. In addition, the vibration system is coordinated with the help of the damping plates 15 to 17 and 21 to 23 in such a way that the optimal damping level
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   or is correspondingly smaller at a certain permissible error limit.

   The tension of the springs 4a to 4d and 5a to <I> 5d, </I>, which can also be arranged diagonally in the housing 1, can be adjusted by suspension members 33 of variable length. When using recorders, a common recording sheet is preferably arranged on which the recorders of the individual devices record their measurement results in such a way that all measurement results are clearly arranged below or next to one another.

Claims

PATENT CLAIM Device for measuring shaking vibrations occurring in several directions and for determining the direction of such vibrations with the aid of an inertial mass which is flexibly suspended on all sides, characterized in that the mass is arranged in the center of two perpendicular four-pointed helical spring stars. SUBClaims 1. Device according to claim, characterized in that the inertial mass (2) is provided with immersion cores (6, 7 and 8) which project radially from it and are immersed in elements of electrical measuring and display devices. 2. Apparatus according to dependent claim 1, characterized in that these elements are coils (9, 10, 11). 3.

Device according to dependent claim 1, characterized in that these elements are immersion capacitors. 4. Device according to dependent claim 1, characterized in that said elements belong to the measuring branch of a measuring bridge (B) of a measuring and display device operating with carrier frequency modulation. 5. Apparatus according to dependent claim 4, characterized in that the weight of the immersion cores (6, 7 and 8) on the opposite side of the core mass (2) is balanced by counterweights (18, 19 and 20). 6th

Device according to claim and sub-claims 1, 4 and 5, characterized in that the plunger cores (6, 7 and 8) and the counterweights (18, 19 and 20) with deflection limit stops (12, 12 ', 13, 13' , 14, 14 ') are provided. 7. Device according to dependent claim 6, characterized in that the plunger cores (6, 7 and 8) and the counterweights (18, 19 and 20) are provided with damping plates (15, 16, 17 or 21, 22 and 23), and in such a way that these plates each dampen the transverse movement of their carrier. B.

Device according to dependent claim 7, characterized in that the damping plates (15, 16, 17 or 21, 22, 23) have rounded edges and corners to suppress disturbance vortices. 9. Apparatus according to dependent claims 2 and 8, characterized in that the plunger cores only fill the inner part of the clear width of the coils and end inside the coils so that the plunger cores only move in the area of the constant magnetic field of the coil to falsify the measurement result Avoid any transverse movements of the plunger core and coil. 10. Device according to dependent claim 8, characterized by rubber-elastic stops (24 to 29) for the diving cores and counterweights. 11.

Device according to dependent claim 10, characterized in that the springs (4a to 4d and 5ra to 5d) holding the core mass (2) are suspended on holding members (33) which are adjustable in length. 12. Apparatus according to dependent claim 11, characterized in that these holding members (33) are arranged on the mass side of the springs. 13. Apparatus according to dependent claim 10, characterized in that it has a housing filled with damping fluid and with means for fastening on the object to be tested. 14th

Device according to dependent claim 13, characterized in that this damping fluid is a silicone oil. 15. Device according to dependent claim 13, characterized in that three immersion cores standing at right angles to each other (6, 7, 8) are housed within a cube-shaped housing provided with through holes (3), wel ches also in the Middle of the edge length or diagonally acting tension springs (4a to 41 and 5a to 5d) for a spherical core mass (2) encloses. 16.

Device according to dependent claim 15, characterized in that the housing has a frame which forms the cube edges and wall fillings (30) which form the surfaces thereof and which are detachably connected to the frame. 17. Device according to dependent claim 16, characterized in that a special measuring and display device is assigned to each immersion core. 18. Apparatus according to dependent claim 17, with pens, characterized in that a common recording sheet is provided for all pens, on wel chem the measurement results of all measuring and display devices are recorded together.