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Einrichtung zur Ermittlung der Erregungskräfte bei einem Gerät zur elektromagnetischen
Erzeugung von Schwingungen in einem Prüfling
Der Erfindungsgegenstand bezieht sich auf ein Gerät zur elektromagnetischen Erzeugung von Schwingungen in einem Prüfling und betrifft eine Einrichtung zur Ermittlung der Erregungskräfte.
Eine zuverlässige Messung der Erregerkräfte eines Elektromagneten stösst bei den bisherigen Einrichtungen oft auf Schwierigkeiten und das besonders in den Fällen, wo es sich um dynamische Messungen handelt oder aber die Anwendung eines Magnetankers nicht geeignet ist. So ist
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lernen Turbinenschaufeln, wo. der die Schwingungen erregende Elektromagnet direkt auf die Schaufel wirkt, die gleichzeitige Messung der Erregerkraft fast immer notwendig. Das Anbringen irgendeiner zusätzlichen Masse, z. B. eines Magnetankers, an der Schaufel ist bei dynamischen Untersuchungen ungeeignet und deshalb kann auch nicht die Erragerkraft auf Grundlage des Einflusses des Ankers auf den, zum Schwingen erregten Gegenstand gemessen werden.
Ein Beispiel einer derartigen bekannten, laufend angewendeten, allerdings ungeeigneten Einrichtung zeigt das Prinzipschema in Fig. 1 der beigelegten Zeichnungen. Der Elektromagnet J ? mit der Erregerwicklung 2 übt eine anziehende Kraft auf den Anker 3 aus, welche über einen oder mehrere Kraftmesser 4, 5 wiederum auf den zum Schwin-
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werden oft Widerstandsstreifengeber (Tensometer) benutzt, es können aber ebenfalls Geber anderer Art angewendet werden. Der Nachteil aller dieser Verfahren liegt vor allem darin, dass an dem zum Schwingen erregten Teil mindestens die Ankermasse befestigt werden muss, wodurch sich die dynamischen Eigenschaften des zu untersuchenden Prüflings ändern. Es tritt oft der Fall ein, dass aus diesen Gründen keine zuverlässigen
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D) ie angeführten Nachteile lassen sich gemäss der vorliegenden Erfindung dadurch beheben, dass bei einer Einrichtung zur Ermittlung der Erregerkräfte bei einem Gerät zur Erzeugung von Schwingungen in einem Prüfling, den Polen eines
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gelagertenPolschu'he zugeordnet sind, die miteinander durch ein nichtmagnetisehes Verbindungsstück zu einer Einheit verbunden sind und sich während der Erregung des Elektromagneten sowohl gegenüber diesem als auch gegenüber dem Prüfling bewegen
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messbar ist.
Die Bedeutung der Erfindung sei im folgenden kurz klargelegt : Schwingungserzeuger der gegenständlichen Art besitzen eine ihnen eigene Resonanzfrequenz, deren Grösse proportional ist der Wurzel aus dem Quotienten C/M, in dem C die Dimension einer Federsteifigkeit hat und M die Grösse der Masse des Systems ist. Die Federsteifig-
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Bewegungsmessung dienen. Es ist weiters Tatsache, dass eine lineare Anzeige des Messwertes nur dann erzielbar ist, wenn die Erregerfrequenz des Systems geringer ist als seine Eigenfrequenz. Da nun vielfach Messungen bei relativ hohen Frequenzen durchgeführt werden müssen (etwa bis zu 1000 Hz), muss man trachten, die Eigenfrequenz möglichst hoch zu halten, was durch Vergrösserung der Federsteifigkeit oder durch Verringerung der Masse erfolgen kann.
Ersterem sind aus Gründen der Anzeigeempfindlichkeit Grenzen gesetzt, so dass praktisch nur der letztgenannte Weg verfügbar Ist. Die Erfindung bietet nun die Möglichkeit, die schwingenden Massen weitestgehend zu verringern, da sie nur mehr durch die Ausmasse der frei beweglichen Polschuhe gegeben sind, während die erregenden Elemente unbeweglich bleiben.
Der Erfindungsgegenstand wird an Hand des Beispieles einer ausgeführten Einrichtung, welche in Fig. 2 schematisch im Aufriss und in Fig. 3 schematisch im Grundriss dargestellt ist, näher erläutert.
Der Strom in der Erregerwicklung des Elektromagneten 11 ruft im ferromagnetischen Kern 12 und in den am magnetischen Kreis angeordneten Polschuhen 13 und 14 einen magnetischen Fluss hervor, welcher auch den Prüfling 15, der zu Schwingungen angeregt wird, durchsetzt. Die
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nisch zu einem Ganzen fest verbunden. Zwischen den Polschuhen 13, 14 und dem Prüfling 15 wirkt eine anziehende Kraft P, welche den Prüfling 15 zum Schwingen erregt. Die Polschuhe 13 und 14 sind von den Bauteilen 12 getrennt, z. B. durch die Luftspalte 19 und 20, in welchen ebenfalls Anziehungskräfte gleicher Grösse, jedoch entgegengesetzter Richtung, entstehen und sich somit aufheben. Auf die Polschuhanordnung 13, 14, 16 wirkt somit eine gleich grosse Reaktionskraft P', wie auf den Prüfling 15, jedoch in entgegengesetzter Richtung.
Die Kraft P'wird im aufgezeigten Beispiel durch die Deformation der Federn 17 und 18 ermittelt. Für die Empfindlichkeit der Messungen bei gleichzeitig genügend grossem Frequenzbereich ist es sehr wichtig, dass die dynamische Masse, d. h. die Masse der Polschuhanordnung 13, 14 und 16, mittels denen die Kraft gemessen wird, bei gleicher Erregungkraft möglichst klein ist. Es geht hiebei um die Verkleinerung der an den Federn aufgehängten Masse, denn bei gleicher Frequenz der freien Schwingungen gehört zu kleiner Masse ebenfalls eine geringe Steifigkeit und somit grössere Auslenkung bei gleicher Kraft.
Aus dem Vorhergesagten geht hervor, dasswie schon eingangs erwähnt-bei der erfindungsgemässen Einrichtung die dynamische Masse, welche zur Erregung des Prüflings notwendig ist, ein Minimum erreicht, so dass die Empfindlichkeit bei gleichem Frequenzbereich ein Maximum erreicht. Vergleicht man die erfindungsgemässe Einrichtung mit einem üblichen, direkt auf den ferromagnetischen Prüfling wirkenden Elek-
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den kann.
Es ist notwendig zu bemerken, dass auf Grund des Erfindungsprinzips eine ganze Reihe konstruktiver Alternativen entwickelt werden können, von welchen aber keine ausserhalb des Rah-
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z. B. ist in Fig. 4,5 im Aufriss und Grundriss eine Einrichtung schematisch abgebildet, bei der die Polschuhe 13, 14 in ein geeignetes elastisches Material 21 eingegossen sind und die Messung
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Polschuhe mittels eines beliebigen Gebers 22 durchgeführt werden kann.
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Device for determining the excitation forces in a device for electromagnetic
Generation of vibrations in a test object
The subject matter of the invention relates to a device for the electromagnetic generation of vibrations in a test object and relates to a device for determining the excitation forces.
A reliable measurement of the excitation forces of an electromagnet often encounters difficulties with previous devices, especially in those cases where dynamic measurements are involved or the use of a magnet armature is not suitable. So is
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learn turbine blades where. the electromagnet which excites the vibrations acts directly on the blade, the simultaneous measurement of the excitation force is almost always necessary. Attaching any additional mass, e.g. B. a magnet armature, on the blade is unsuitable for dynamic investigations and therefore the bearing force cannot be measured on the basis of the armature's influence on the object that is excited to vibrate.
An example of such a known, currently used, but unsuitable device is shown in the schematic diagram in FIG. 1 of the accompanying drawings. The electromagnet J? with the excitation winding 2 exerts an attractive force on the armature 3, which, via one or more dynamometers 4, 5, in turn acts on the
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Resistance strip transmitters (tensometers) are often used, but transmitters of other types can also be used. The main disadvantage of all these methods is that at least the anchor mass has to be attached to the part that is excited to vibrate, which changes the dynamic properties of the test item to be examined. It often happens that for these reasons there are no reliable ones
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The disadvantages mentioned can be remedied according to the present invention in that in a device for determining the excitation forces in a device for generating vibrations in a test object, the poles of a
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are assigned to stored pole shoes, which are connected to one another by a non-magnetic connector to form a unit and move during the excitation of the electromagnet both with respect to this and with respect to the test object
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is measurable.
The meaning of the invention will be briefly explained below: Vibration generators of the type in question have their own resonance frequency, the size of which is proportional to the square root of the quotient C / M, in which C has the dimension of a spring stiffness and M is the size of the mass of the system . The spring stiff
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Serve movement measurement. It is also a fact that a linear display of the measured value can only be achieved if the excitation frequency of the system is lower than its natural frequency. Since measurements now often have to be carried out at relatively high frequencies (about up to 1000 Hz), one must endeavor to keep the natural frequency as high as possible, which can be done by increasing the spring stiffness or by reducing the mass.
The former are limited for reasons of display sensitivity, so that practically only the latter is available. The invention now offers the possibility of reducing the oscillating masses as far as possible, since they are only given by the dimensions of the freely movable pole pieces, while the exciting elements remain immobile.
The subject matter of the invention is explained in more detail using the example of an implemented device, which is shown schematically in elevation in FIG. 2 and schematically in plan view in FIG. 3.
The current in the excitation winding of the electromagnet 11 causes a magnetic flux in the ferromagnetic core 12 and in the pole pieces 13 and 14 arranged on the magnetic circuit, which also permeates the test object 15, which is excited to vibrate. The
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niche firmly connected to a whole. An attractive force P acts between the pole pieces 13, 14 and the test object 15, which causes the test object 15 to vibrate. The pole pieces 13 and 14 are separated from the components 12, for. B. through the air gaps 19 and 20, in which also attractive forces of the same size, but in opposite directions, arise and thus cancel each other out. A reaction force P 'of the same magnitude as that on the test object 15, but in the opposite direction, thus acts on the pole shoe arrangement 13, 14, 16.
In the example shown, the force P ′ is determined by the deformation of the springs 17 and 18. For the sensitivity of the measurements with a sufficiently large frequency range, it is very important that the dynamic mass, i.e. H. the mass of the pole shoe arrangement 13, 14 and 16, by means of which the force is measured, is as small as possible with the same excitation force. The aim here is to reduce the mass suspended from the springs, because with the same frequency of the free oscillations, a small mass also has a low stiffness and thus greater deflection with the same force.
It emerges from the foregoing that, as already mentioned at the beginning, in the device according to the invention the dynamic mass which is necessary to excite the test object reaches a minimum, so that the sensitivity reaches a maximum with the same frequency range. If one compares the device according to the invention with a conventional, directly acting on the ferromagnetic test object
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can.
It is necessary to note that on the basis of the principle of the invention, a whole range of constructive alternatives can be developed, none of which are outside the scope of
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z. For example, a device is shown schematically in Fig. 4, 5 in elevation and plan, in which the pole shoes 13, 14 are cast in a suitable elastic material 21 and the measurement
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Pole shoes can be carried out by means of any encoder 22.