DE1130631B - Schwingsystem mit stufenlos veraenderlicher Frequenz und Amplitude, insbesondere fuer Ruetteltische, dynamische Werkstoffpruefmaschinen u. dgl. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mechanisches Schwingsystem mit stufenlos veränderlicher Frequenz und Amplitude, bei dem die schwingenden Massen an einem membranartigen, zwischen Grundplattenoberund -unterteil fest eingespannten Federelement schwingfähig befestigt sind, wobei dessen Federkonstante mittels einer Verstellkraft veränderbar ist, insbesondere für Rütteltische oder dynamische Werkstoffprüfmaschinen.

Rütteltische für verschiedenartige Verwendungszwecke, z. B. zum Prüfen erschütterungsempfindlicher Geräte oder zum Eichen von Schwingungsprüfgeräten, sind bekannt. Rütteltische werden häufig mit einer Kurbel formschlüssig angetrieben. Dabei ist jedoch die Wegamplitude meist nur im Stillstand veränderbar, weil eine Verstellung während des Betriebes einen zu erheblichen mechanischen Aufwand erfordert. Diese Tatsache ist schon immer als nachteilig empfunden worden; denn eine Wegamplitudenänderung ist meistens erforderlich, um neben einer beliebigen Zuordnung von Frequenz und Wegamplitude auch eine konstante Geschwindigkeits- oder Beschleunigungsamplitude verwirklichen zu können. Hierfür aber braucht man eine bestimmte Veränderung der Wegamplitude zusammen mit der Frequenzänderung. Bei einer anderen Gruppe von Rütteltischen wird die gesamte Energie zur Beschleunigung des Tisches und der Prüfkörper elektronisch erzeugt. Es wurde auch schon verschiedentlich versucht, ein praktisch brauchbares Resonanzsystem zu finden, dessen Eigenfrequenz während des Betriebes kontinuierlich veränderbar ist. So ist eine Anordnung bekannt, bei der bei einem aus einer Masse und einer Feder bestehenden Schwingsystem die Federkonstante durch kontinuierliche Veränderung der elastischen Federlänge geändert werden sollte. Die Verwirklichung dieses Gedankens bereitet jedoch große Schwierigkeiten durch die Randbedingungen der Federeinspannung. Insbesondere bei hohen Frequenzen wirken sich Spiel und Reibung an Einspannstellen ungünstig auf das Schwingverhalten der Vorrichtung aus. Wenn die Federkonstantenänderung durch teilweise Blockierung einer schraubenförmig gewundenen Feder mit Hilfe einer Mutter vorgenommen wird, kommt zu den unbestimmten Randbedingungen noch die erhebliche Gefahr der Federbeschädigung durch Kerbspannungen hinzu.

Es sind auch schon mechanische Schwingsysteme bekannt, bei denen Federn mit progressiver Federkonstante verwendet werden, um z. B. elektromagnetische Schwingmotore unempfindlich gegen Netzspannungs- und Frequenzschwankungen zu machen. Hier-

mit stufenlos veränderlicher Frequenz

und Amplitude, insbesondere für Rütteltische, dynamische Werkstoffprüfmaschinen u. dgl.

Anmelder:

Carl Schenck Maschinenfabrik G. m. b. H., Darmstadt, Landwehrstr. 55

Dr.-Ing. Heinz Kreiskorte, Darmstadt, ist als Erfinder genannt worden

bei werden Federn mit linearer und progressiver Federkonstante parallel geschaltet. Durch die progressive Feder werden die Amplituden, die einen bestimmten Wert überschreiten, stärker gedämpft.

Weiterhin ist ein elektromagnetischer Schwingungsmotor bekannt, bei dem über ein Federelement die Vorspannung einer die Freimasse tragenden Gummifeder verändert wird. Die federnden Eigenschaften des Federelements werden bei dieser bekannten Anordnung dazu benutzt, um eine feste Auflage auf das die Verstellkraft erzeugende Element, z. B. eine Verstellschraube, zu erzielen.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Schwingsystem, insbesondere für Rütteltische oder dynamische Werkstoffprüfmaschinen, das nach dem Resonanzprinzip arbeitet. Demzufolge braucht nur ein Teil der benötigten Beschleunigungskräfte durch den Schwingungserreger erzeugt zu werden. Bei genügender Resonanzüberhöhung hat außerdem der zeitliche Verlauf der Erregung keinen beachtlichen Einfluß auf die Schwingungsform, d. h., man kann z. B. mit impulsförmiger Erregung eine sehr angenäherte Sinusschwingung erzeugen. Die Amplitude derartiger Rütteltische läßt sich leicht nach Bedarf einstellen. Dies kann z. B. durch eine Veränderung der Erregungsfrequenz im ansteigenden oder abfallenden Bereich der Resonanzkurve oder durch Änderung der Erregerleistung geschehen, wenn das System auf oder nahe der Resonanzspitze arbeiten soll.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schwingsystem mit stufenloser Frequenzregelung durch Ändern der

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federnden Länge eines Federelements zu schaffen, das jedoch die Nachteile bekannter Systeme vermeidet. Insbesondere soll die bei einem Teil der bekannten Schwingsysteme an den Einspannstellen auftretende, das Schwingverhalten ungünstig beeinflussende Reibung und die bei dem anderen Teil der bekannten Systeme an den Einspannstellen auftretenden, eine Bruchgefahr begünstigenden Kerbspannungen vermieden werden. Diese Aufgabe wird durch das-

erreger, Federkrafterreger oder pneumatischer Erreger, verwendet werden. Ebenso kann das System in waagerechter oder anderer als lotrechter Richtung schwingen.

Zur Lösung der Aufgabe, die Eigenfrequenz des Schwingsystems möglichst kontinuierlich zu verändern, wird bei der in Abb. 1 gezeigten Ausführungsform im Raum 11 zwischen dem Bodenteil 9 und dem membranartigen Körper 1 eine kontinuierliche Druckmechanische Schwingsystem gemäß der Erfindung io änderung erzeugt, z. B. durch Anschluß dieses dadurch gelöst, daß die federnde Länge des Feder- Raumes durch das Rohr 10 über ein Drucksteuerelements und damit die Federkonstante in Abhängig- ventil 10 a an eine nicht dargestellte Druckluftquelle, keit von der auf das Federelement wirkenden Ver- Bei jeder Druckänderung nimmt die Membran 1 eine stellkraft durch Anlegen des Federelements an eine neue Nullage ein. Steigender Druck treibt die Memfeste Kurvenfläche des Grundplattenoberteils ver- 15 bran nach oben, wobei sie sich an die Innenseite 8 b

des Oberteils 8, die besonders geformt ist, mehr oder weniger anlegt. Je höher der Druck, um so kleiner ist der noch federnde Membrandurchmesser, was eine entsprechende Veränderung der Membranfederkon-20 stante und der Eigenfrequenz des schwingfähigen Systems bedeutet. Bei Druckminderung tritt eine Vergrößerung des Membrandurchmessers ein, d.h., das Federelement erhält eine kleinere Federkonstante. Durch die Druckluftregelung läßt sich also auf einKraft zur Anpassung des Federelements an die 25 fache Weise eine Änderung der Eigenfrequenz er-Kurvenfläche wird vorteilhaft von einem Federele- reichen.

ment mit linearer und progressiver Konstante über- Um einen größeren Frequenzbereich zu erreichen,

tragen. ist es vorteilhaft, das federnde Glied so auszuführen,

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß zur Mitte hin ein größeres Trägheitsmoment vordaß der federnde Körper, z. B. eine Membran, gegen 30 handen ist. Gemäß dem Beispiel der Abb. 1 ist die den atmosphärischen oder einen im wesentlichen kon- Membran 1 in der Mitte dicker als am Einspannrad, stanten Druck verspannt wird, indem durch Zu- oder
Abfuhr von Druckmitteln die federnde Länge durch
Anliegen an die Kurvenfläche verändert wird.

Die Erfindung ist in der Zeichnung an Hand von 35 Ausführungsbeispielen veranschaulicht.

ändert wird. Durch das erfindungsgemäße Anpressen des Federelements an die Kurvenfläche werden die Randbedingungen der Federeinspannung erfüllt, ohne daß die bei den bekannten Schwingsystemen vorhandenen Nachteile auftreten.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die geformte Fläche derart ausgebildet, daß mit wachsender Verstellkraft das zum Anliegen gebrachte Federelement in seiner federnden Länge verkürzt wird. Die

Abb. 1 veranschaulicht in schematischem Aufriß, größtenteils geschnitten, die wesentlichen Teile eines erfindungsgemäßen Schwingsystems, und zwar in Gestalt eines Rütteltisches.

Der Tisch besteht aus einer zweiteiligen Grundplatte 8, 9, die mittels beispielsweise vier Federn 13 auf einem Fundament ruht. Zwischen dem Grundplattenober- und -unterteil befindet sich ein Hohl-

Dadurch gewinnt neben der Durchmesseränderung auch die Änderung des mittleren Trägheitsmomentes einen Einfluß auf die Federkonstante.

Die Abb. 2 bis 5 zeigen schematisch weitere Beispiele, wie elastischen Organen zum Zwecke der Ausführung des Erfindungsgedankens eine kontinuierlich veränderbare Federkonstante gegeben werden kann. Gemäß Abb. 2 wird der Körper 33 von einer etwa 40 waagerecht angeordneten Blattfeder 31 gehalten, die durch die Feder 35 an die nach besonderer Kurve geformte Kante 38 b gepreßt werden kann, ähnlich wie der membranartige Körper 1 der Abb. 1 an die gekrümmte Fläche 8 b des Grundplattenoberteils 8 nach

raum, in dem ein membranartiges, zwischen Ober- 45 oben. Wird das Widerlager 39 verstellt, so werden die und Unterteil fest eingespanntes Federelement 1 eine Federn 31 und 35 gegeneinander verspannt. Dabei Kammer 11 dicht gegen den- restlichen, zur Atmo- legt sich die Feder 31 an die Kurve 38b an und erhält Sphäre offenen Hohlraum abtrennt. Auf dem Feder- eine größere Federkonstante.

element 1 steht, fest geführt, der stempelartige Gemäß Abb. 3 ist das veränderlich elastische

Träger 2 der beweglichen Rütteltischplatte 3. Auf 5° Medium im Raum 11 der Abb. 1 ersetzt durch den dem Grundplattenoberteil 8 befindet sich ein elektro- Federkörper 45 mit dem verstellbaren Widerlager 49. dynamischer Erreger 6, entweder ein Elektromagnet Der am Rand eingespannte Federkörper 40 trägt auf oder ein Permanentmagnet, in dessen Magnetspalt die dem Stempel 42 den zu rüttelnden Körper 44 oder die an der Rütteltischplatte 3 angeordnete Schwingspule 7 Rütteltischplatte 43. Je nach Einstellung des Widerhineinragt. Mit Hilfe einer am Magnetkörper befestig- 55 lagers 49 wird der Federkörper 40 an die gekrümmte ten elastischen Scheibe 5 ist der Stempel 2 auch an Fläche 48 b gepreßt und dadurch die Konstante des seiner Verbindungsstelle mit der Platte 3 in axialer Federkörpers 41 dem jeweiligen Bedarf angepaßt. Richtung sicher geführt. Mit 4 ist der Prüfkörper auf Gemäß Abb. 4 tritt an Stelle des verstellbaren

dem Rütteltisch bezeichnet. Widerlagers 49 der Abb. 3 ein Medium P, ähnlich wie

Das Resonanzsystem ist vom membranartigen 60 in Abb. 1, dessen Druck beliebig geändert werden Federelement 1 und von der Masse, die sich haupt- kann, um die Feder 41 und das Medium P bedarfssächlich aus dem Stempel 2, der Schwingtischplatte 3 gemäß gegeneinander zu verspannen, und dem Prüfkörper 4 zusammensetzt, gebildet. Abb. 5 zeigt ein schematisches Beispiel für eine

Dieses System schwingt in lotrechter Richtung. Es dynamische Werkstoffprüfmaschine. Es ist zum wird vom Erreger 6 mit der System-Eigenfrequenz 65 größten Teil mit dem Beispiel nach Abb. 4 identisch, oder in der Nähe dieser Eigenfrequenzen erregt. An Über dem Schwingtisch 43 ist der Prüfkörper 81

Stelle des elektrodynamischen Erregers könnte auch angeordnet. Auf diesem ruht die Masse 82. Um das ein beliebiger anderer Erreger, z.B. ein Fliehkraft- System in Schwingung zu versetzen, müssen die zur

Beschleunigung der Masse 82 notwendigen Kräfte durch den Probestab 81 übertragen werden und dienen somit als Prüfkräfte.

Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Mechanisches Schwingsystem mit stufenlos veränderlicher Frequenz und Amplitude, bei dem die schwingenden Massen an einem membranartigen, zwischen Grundplattenober- und -unterteil fest eingespannten Federelement schwingfähig befestigt sind, wobei dessen Federkonstante mittels einer Verstellkraft veränderbar ist, insbesondere für Rütteltische oder dynamische Werkstoffprüfmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die federnde Länge des Federelements (1, 31, 40, 41) und damit die Federkonstante in Abhängigkeit von der auf das Federelement wirkenden Verstellkraft durch Anliegen des Federelements an eine feste Kurvenfläche (8 b, 38 b, 48 b) des Grundplattenoberteils (8) verändert wird.

2. Mechanisches Schwingsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit wachsender Verstellkraft das Federelement (1, 31, 40, 41) an eine derart geformte Fläche (8 b, 38 b, 48 b) zum Anliegen gebracht werden, daß die federnde Länge verkürzt wird.

3. Mechanisches Schwingsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft zur Anpressung des Federelements (1, 31, 40, 41) an die gekrümmte Fläche (8 b, 38 b, 48 b) von einem Federelement (11, 35, 45) mit linearer Federkonstante übertragen wird.

4. Mechanisches Schwingsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraft zur Anpressung des Federelements (1, 31, 40, 41) an die gekrümmte Fläche (8 b, 38 b, 48 b) von einem Federelement (11, 35, 45) mit progressiver Federkonstante übertragen wird.

5. Mechanisches Schwingsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Zu- oder Abfuhr von Druckluft od. dgl. die federnde Länge des federnden Körpers durch Anpressung an die Kurvenfläche (8 b, 48 b) verändert wird.

6. Mechanisches Schwingsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das eingespannte membranartige Federelement (1) eine unterschiedliche Querschnittsdicke aufweist, die am Einspannrand geringer als in der Körpermitte ist.

7. Mechanisches Schwingsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine am einen Ende eingespannte Blattfeder (31) von einer Feder (35) an die nach besonderer Kurve geformte Kante (38 b) gepreßt wird.

8. Mechanisches Schwingsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine federnde am Rand eingespannte Membran (41) durch eine Feder (45) an eine die federnde Fläche der Membran bestimmende feste Körperfläche (48 b) gepreßt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 422 747, 446 082,
478, 884 120.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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