<Desc/Clms Page number 1>
Vorrichtung zur Erregung von mechanischen Schwingungen
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verbesserung der Tätigkeit von Erregern mechanischer Schwingungen. Derartige, insbesondere nach dem elektrodynamischen Prinzip arbeitende Erreger werden zur Hervorrufung von Schwingungen an Maschinenteilen oder Konstruktionen verwendet und dies hauptsächlich bei deren dynamischer Untersuchung und bei Prüfungen der Widerstandsfähigkeit gegen Materialermüdung. Ausserdem werden Schwingungserreger häufig bei Prüfungen der Widerstandsfähigkeit gegen Erschütterungen bei verschiedenen Apparaten und beim Eichen von Schwingungsabnehmern verwendet.
Bei bekannten elektrodynamischen Schwingungserregern wird die zu prüfende Konstruktion dadurch in Schwingungen versetzt, dass die Erregungsspule oder ein anderer Bestandteil des Erregers mit dem die Spule fest verbunden ist, mittels einer Feder gegen den in Schwingung versetzten Bestandteil angedrückt oder mit demselben durch eine Verbindungsstange verbunden wird. Diese beiden Befestigungsarten des Schwingungserregers an dem Gegenstand weisen jedoch verschiedene unerwünschte Eigenschaften auf.
Die Verwendung einer Feder hat das Anschliessen eines weiteren Elementes von einer bestimmten mechanischen Starrheit an den zu untersuchenden Gegenstand zur Folge, was eine Änderung seiner dynamischen Eigenschaften bewirkt. Die Bestrebungen nach Ausschaltung dieses Einflusses führen zur Wahl von Federn von zu grossen Ausmassen, denn auf diese Weise kann die erforderliche Höhe der Vorspannung erreicht werden, die gleichzeitig bei den erzielten Amplituden der erzeugten Schwingungen praktisch konstant wäre.
Ein anderes mögliches und bekanntes Verfahren zur Beseitigung der Einflüsse einer zusätzlichen Starrheit führt zur Verwendung von unlinearen Federn, bei denen sich auch in einem bestimmten Hubbereich die Grösse der Kraft praktisch nicht ändert, so dass auch in diesem Falle die unerwünschte zusätzliche Starrheit vernachlässigbar ist. Ein Nachteil dieser Anordnung ist jedoch deren schwierige Verwirklichung und ferner die Tatsache, dass die Grösse der geforderten Vorspannung nicht nach Belieben geändert werden kann, sondern durch die Eigenschaften der unlinearen Feder unmittelbar gegeben ist.
Es ist bekannt, dass bei der Untersuchung von mechanischen Systemen die konstante Mittellage der Bewegung des untersuchtenSystems aufrecht erhalten werden muss. Dies bereitet keine besonderen Schwierigkeiten, wenn es sich um ein lineares System handelt. Bei unUnearen mechanischen Systemen ändert sich die Grösse der Vorspannung, die in dem selbständigen untersuchten System in Abhängigkeit von der Amplitude der erzeugten Schwingungen entsteht. Dies bewirkt eine Abweichung des Systems aus der Mittellage und da es sich um ein unlineares System handelt, ändern sich dadurch seine Eigenschaften. Zur Untersuchung dieser Systeme sind Schwingungserreger erforderlich, die keine mechanische Starrheit mit sich bringen, jedoch eine je nach Bedarf veränderliche Vorspannung aufweisen.
Was eine Verbindungsstange zur Verbindung des Schwingungserregers mit dem untersuchten Gegenstand anbelangt, ist es klar, dass in diesem Falle nicht einmal die geforderten Vorspannungen erreicht werden können, wie indem vorhergehenden Absatz angeführt ist. Wenn eine Verbindungsstange mit Gelenken verwendet wird, macht sich noch dazu ihr Spiel in ungünstiger Weise bemerkbar.
Ein anderes Verfahren der Verwendung eines elektrodynamischen Vibrators beruht darin, dass der zu prüfende Gegenstand unmittelbar auf einen Schwingungstisch oder den Bolzen des Vibrators gespannt wird.
Derartige Prüfungen können nur mit Gegenständen vorgenommen werden, die ein verhältnismässig gerin-
<Desc/Clms Page number 2>
ges Gewicht aufweisen. Durch Anschluss des geprüften Gegenstandes an den Schwingungstisch des Erregers vergrössert sich jedoch das Gewicht der beweglichen Massen des Erregers. Dies verursacht eine erhöhte Durchbiegung der Führungsfedern und eine Abweichung der beweglichen Massen aus der Mittellage. Wenn das Gewicht des geprüften Bestandteiles gross ist, findet ein bedeutender Ausschlag des Tisches aus der Arbeitsstellung statt, der durch eine Vorspannung von entgegengesetztem Sinn ausgeglichen werden muss. Das Hervorrufen einer zusätzlichen Kraft durch eine Feder weist wiederum den Nachteil einer zusätzlichen mechanischen Starrheit auf, die eine Erhöhung der Eigenschwingungen des Tisches mit sich bringt.
Die besagten Schwierigkeiten werden durch die Erfindung beseitigt, die mit höchst einfachen Mitteln das Andrücken des Berührungsbolzens des Erregers an den untersuchten Gegenstand in der Weise ermöglicht, dass die Andrückkraft während der Prüfungsdauer konstant bleibt, jedoch für verschiedene Bedingungen in weiten Grenzen einstellbar ist. Dabei bringt die erfindungsgemässe Massnahme keine weitere mechanische Starrheit des Systems mit sich wie dies beim Andrücken mittels Federn der Fall ist.
Das Wesen der Erfindung bildet die Verwendung von einer oder mehreren durch eine elastische Wand verschlossenen und mit einem zusammendrückbaren Medium gefüllten Druckkammern, die durch ihren in einem weiten Bereich einstellbaren Druck den Schwingungserregerbolzen gegen den untersuchten Gegenstand andrücken. Falls der geprüfte Gegenstand an den Schwingungstisch oder Bolzen des Schwingungserregers festgespannt wird, kann gemäss der Erfindung durch den Druck in der Kammer das Gewicht dieses Gegenstandes kompensiert werden.
Zwecks Erläuterung des Erfindungsprinzips ist in der Zeichnung ein Beispiel einer üblichen Ausführung eines elektrodynamischen Schwingungserregers mit einer erfindungggemässendruckkammer veranschaulicht.
Der Schwingungserreger weist einen magnetischen Kreis mit einem Dauermagneten 1 von ringförmiger Gestalt auf, der aus Herstellungsgründen aus ringförmigen zusammengeklebten, zwischen Polschuhe 2 und 3 eingespannten Segmenten zusammengesetzt sein kann. Ein Teil des Polschuhes 3 bildet einen zylindrischen Bügel 3'des magnetischen Kreises. Der Polschuh 2 und ein Teil des Polschuhes 3'bilden einen Luftspalt für eine bewegliche Spule 4. Diese Spule 4 ist auf einem zylindrischen Teil des Gehäuses 4'aus nicht-ferromagnetischem Material von grosser mechanischer Festigkeit aufgewickelt, wogegen der gewölbte Teil 4" des Gehäuses zum Anschluss der Spule 4 an eine auch aus nichtmagnetischem Material bestehende FUhrungswelle oder einen Bolzen 5 dient.
Die Welle 5 tritt frei durch eine Öffnung des Bügels 3'des Polschuhes 3 hindurch und besorgt zusammen mit den Federn 6 und 7 die Führung der Spule 4 in dem Luftspalt des magnetischen Kreises. An der Welle 5 sind weiter Glieder 8 und 9 befestigt, die gegen weiche elastische Wände (z. B. Gummimembranen) 22 und 23 von Druckkammern 10 und 11 abgestützt sind. Die Druckkammern sind mit Füllventilen 24 bzw. 25 versehen.
An dem Polschuh 3 sind Spulen 12, 13, 14 eines Schwingungsabnehmers der Induktionstype gelagert, dessen aus magnetischem Material bestehender Kern 15 an der Welle 5 angeordnet ist.
Der ganze Erreger ist mittels Zapfen 16 in Lagern 17, 18 eines festen Ständers 19 gelagert, so dass er in eine beliebige Lage gedreht und in dieser Lage durch Schraubenmuttern 20 und 21 gesichert werden kann.
Aus der vorhergehenden Beschreibung ist auch die Wirkungsweise des Vibrators ersichtlich, insbesondere die Tatsache, dass die Federn 6,7 nur als Führungselemente für den beweglichen Teil des Vibrators dienen. Die Andrückkraft bzw. die einstellbare Vorspannung des Anpressbolzens 5 wird lediglich durch den Druck in denKammern 10 und 11 hervorgerufen und mittels der Membranen 22 und 23 über die Glieder 8 und 9 auf den Bolzen 5 übertragen. Die Luftmenge in den Kammern und dadurch auch der Luftdruck kann durch Ein-oder Auslassen der Luft durch Luftventile 24 und 25 geändert werden.
Der als Modulator der Tragwechselfrequenz arbeitende Induktionsabnehmer dient zur Anzeige der Nullage der Vibrationsspule 14 und zum Ablesen der Abweichung der Schwingungen bei deren Bewegung.
Das beschriebene Ausführungsbeispiel des elektrodynamischen Erregers dient lediglich zur Illustration der Anwendung des Erfindungsprinzips. Natürlich überschreitet keine Ausführung des Erregers von mechanischen Schwingungen, ob nach dem Elektroinduktions-, elektrodynamischen oder anderem Prinzip, bei dem dieAndrückkraft des die Schwingungen auf den untersuchten Gegenstand übertragenden Bolzens durch Druck eines, eine Kammer mit elastischen Wänden ausfüllenden zusammendrückbaren Mediums hervorgerufen wird, den Rahmen der Erfindung.
Mit der Anordnung gemäss dem Erfindungsprinzip können sämtliche eingangs erwähnten Nachteile der bekannten Schwingungserreger leicht beseitigt werden.
Einer der Hauptvorteile der Erfindung ist die Möglichkeit einer vollkommenen Kompensation des
<Desc/Clms Page number 3>
Einflusses des Gewichtes der geprüften Gegenstände, die in zahlreichen Fällen an den sogenannten Vibratortisch fest angebracht werden. Diese Kompensation wird gemäss der Erfindung durch den Luftdruck auf die elastische Wand der Kammer durchgeführt. wobei natürlich das Volumen der Kammer so gross gewählt werden muss, dass die durch Bewegung der elastischen Wände der Kammer bewirkten Änderungen dieses Volumens vernachlässigbar klein sind, so dass der eingestellte Druck im Innern der Kammer sowie die durch diesen Druck hervorgerufene Ausgleichskraft im Bereich der Tischbewegung praktisch konstant sind.
Da sich die zusätzliche Kraft beinahe nicht ändert, ist auch die zusätzliche Starrheit annähernd gleich Null, so dass sie keine Erhöhung der Eigenschwingungen des Tisches bewirkt. Dies gilt. für jedes beliebige Gewicht des untersuchten Gegenstandes.
Die Verwendung der Druckkammer mit elastischer Hülle ermöglicht ferner bei dem Schwingungserreger eine ständige Berührung mit dem geprüften Gegenstand und die Möglichkeit einer Ausgleichung der Mittellage der erregten Schwingungen. Diese Einstellung der Mittellage ist, wie bereits erwähnt, insbesondere bei Prüfungen von mechanischen, nicht linearen Systemen von Bedeutung.
PATENTANSPRÜCHE-
1. Vorrichtung, zur Erregung von mechanischen Schwingungen, bei welcher die untersuchten oder geprüften Gegenstände entweder unmittelbar an derVibratorwelle befestigt werden oder die Vibratorwelle mittels eines Kontaktgliedes gegen den untersuchten Gegenstand angedrückt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zwecks Erzielung einer konstanten, dabei jedoch einstellbaren Andrückkraft, gegebenenfalls zwecks Kompensation des Gewichtes des untersuchten Gegenstandes eine oder mehrere Kammern (10, 11) mit elastischen Wänden (22, 23) verwendet werden, die mit einem zusammendrückbaren Medium von veränderlichem Druck gefüllt sind.