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iviagnetostriktives Aufnahmegerät für Torsionsschwingungen
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein magnetostriktives Aufnahmegerät für Torsionsschwingungen. Der Zweck der Erfindung ist die Schaffung eines Aufnahmegerätes für Torsionsschwingungen im Ruhezustand oder bei gleichzeitiger Rotation, wobei die Messung der Torsionsschwingungen auch unter den schwierigen Betriebsbedingungen möglich sein soll, bei denen die üblicherweise verwendeten Torsionsschwingungsanzeiger versagen. Dabei muss das Gerät jedoch so kleine Abmessungen aufweisen, dass sein Anschluss an das zu untersuchende System dessen dynamische Verhältnisse nicht ändert. Die vorliegende Erfindung entspricht der Forderung der technischen Praxis, Torsionsschwingungen auch mit einer Frequenz von zirka 80 Hz und in einem breiten Frequenzband aufzunehmen.
Das Aufnahmegerät ist unempfindlich gegen Translationsvibrationen.
Das verwendete Prinzip ermöglicht es, die Geschwindigkeit sowie die Beschleunigung oder die Amplitude der Torsionsschwingungen aufzunehmen. Gegenüber andern Aufnahmegeräten für Torsionsschwingungen hat das erfindungsgemässe Gerät ausser seinen geringeren Ausmassen noch den Vorteil, dass bei ihm die übliche Kollektorvorrichtung entfällt, die sehr häufig eine Störungsquelle darstellt und dadurch die ganze Messung beträchtlich kompliziert. Das Aufnahmegerät verträgt sogar den Betrieb in einer verölten Umgebung.
Das erfindungsgemässe Aufnahmegerät nützt die bekannte Tatsache aus, dass manche Stoffe Magnetostriktionseigenschaften aufweisen, d. h. es ändert sich ihre magnetische Reluktanz. wenn sie einer mechanischen Beanspruchung unterworfen werden (z. B. durch Zug, Druck oder Drehung) und es ändert sich da-
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Kreis. Durch Änderungen des magnetischen Flusses wird in den Windungen der Aufnahmespule des Gerätes eine den Änderungen des magnetischen Flusses proportionale elektromotorische Kraft erregt, die mit Hilfe der üblichen elektrischen Verfahren weiter verwertet werden kann.
Demnach betrifft die Erfindung ein magnetostriktives Aufnahmegerät für Torsionsschwingungen, bei welchem der die Torsionsschwingungen aufnehmende stabförmige Körper mit einer Trägheitsmasse versehen ist und unter der Einwirkung eines Magnetfeldes steht, dessen Änderungen auf induktivem Wege in eine elektrische Grösse umgewandelt werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass der aus magnetostriktivem Material bestehende elastische Torsionsstab beliebigen, jedoch vorzugsweise kreisförmigen Querschnittes lediglich an einem Ende in einem mit dem Prüfobjekt fest verbundenen Flansch od. dgl. eingespannt bzw.
gelagert ist und die Trägheitsmasse sich an seinem andern, freien Ende befindet, wobei nur eine einzige, den Torsionsstab konzentrisch umgebende Aufnahmespule vorgesehen, ist und die den durch den Torsionsstab fliessenden magnetischenFluss erzeugende Magnetanordnung das Messsystem vorzugsweise glockenförmig umschliesst.
Weitere Merkmale der Erfindung können dem nachfolgenden Beschreibungsteil entnommen werden, in welchem ein Ausführungsbeispiel an Hand der Figuren der Zeichnung näher erläutert ist.
Fig. 1 zeigt die prinzipielle Anordnung des Gerätes, Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch ein Ausfilhrungsbeispiel des Gerätes und Fig. 3 zeigt einen Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 2.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel hat sich als überaus zweckmässig erwiesen und es bietet eine Reihe von Vorteilen.
Das Magnetostriktionsglied 1 (Fig. 1) ist so ausgeführt, dass sein zylindrischer Teil la (ein Stab von
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kreisförmigem Querschnitt) einer Torsionsbeanspruchung durch den verbreiterten Teil lb unterworfen wird, der eine Masse mit einem verhältnismässig grossen Trägheitsmoment bildet. Das System wirkt wie ein Torsionspendel. Der aktive Teil des Aufnahmeglieds 1 ist in einem Flansch 2 fest eingeklemmt, der mit dem zu untersuchenden Gegenstand 2a fest verbunden ist und seiner Mitnehme- und superponierten Torsionsdrehbewegung genau folgt. Die Torsionsvibrationen des zu untersuchenden Gegenstandes erregen eine kreisende Schwingung des Magnetostriktionsgliedes l, so dass das System als ein erregtes mechanisches Torsionsschwingsystem arbeitet.
Die Torsionsbeanspruchung des elastischen Teiles des aktiven Magnetostriktionsgliedes ruft Änderungen des magnetischen Flusses in einem durch einen permanentenMagnetenS und ein Glied 1 gebildeten Kreis hervor. An Stelle eines Dauermagneten kann man natürlich auch einen Elektromagneten verwenden. Die Änderungen des magnetischen Flusses erregen eine magnetomotorische Kraft in der Aufnahmespule 4, die mit einem üblichen Messgerät 4a elektrisch zusammengeschaltet ist.
Dieses Gerät zeigt nach geeigneter Kalibrierung die Amplitude bzw. Geschwindigkeit oder Beschleunigung der Torsionsschwingungen des Flansches 2 an.
In dem Ausführungsbeispiel gemäss den Fig. 2 und 3, wo die entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, ist der Dauermagnet 3 als ein Teil des Körpers 3, 3'des Gerätes (sogenanntes Gehäuse) gestaltet und mit Schrauben 3a am Flansch 2 befestigt. Das System des Torsionspendels 1 wird in einer durch einen Deckel 8 verschlossenen Kammer 7 durch Silikonöl gedämpfu. zw. in der Weise, dass in die Kammer 7 schaufelartige Vorsprünge 9 des Gliedes 1 hineinragen.
Die Spule 4 ist mit Wälzlagern 5,6 versehen und mittels der Teile 4b und 4d unbeweglichgegenüber dem Boden Z festgehalten. Gegenüber der Drehung und den Torsionsschwingungen des Flansches 2 behält die Spule 4 demnach stets ihre Lage bei, wodurch der elektrische Anschluss der Spule an einem unbeweglichen Kontakt 4c ohne Verwendung einer besonderen Kollektorvorrichtung möglich ist.
Die Zeichnungen und die vorangehende Beschreibung betreffen lediglich ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Aufnahmegerätes. Bei Beibehaltung des ursprünglichen Erfindungsgedankens sind auch abweichende Ausführungen möglich, insbesondere was die Gestalt und Lagerung der Aufnahmespule sowie die Durchführung der Dämpfung des Systems anbelangt. Das obige Ausführungsbeispiel weist jedoch geringe Abmessungen auf, es ist einfacher Bauart und kann billig hergestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :-
1. Magnetostriktives Aufnahmegerät für Torsionsschwingungen, bei welchem der die Torsionsschwingungen aufnehmende stabförmige Körper mit einer Trägheitsmasse versehen ist und unter der Einwirkung eines Magnetfeldes steht, dessen Änderungen auf induktivem Wege in eine elektrische Grösse umgewandelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der aus magnetostriktivem Material bestehende elastische Torsionsstab (la) beliebigen, jedoch vorzugsweise kreisförmigen Querschnittes lediglich an einem Ende in einem mit dem Prüfobjekt fest verbundenen Flansch (2) od. dgl. eingespannt bzw.
gelagert ist und die Trägheit - masse (lb) sich an seinem andern, freien Ende befindet, wobei nur eine einzige, den Torsionsstab konzentrisch umgebende Aufnahmespule (4) vorgesehen ist und die den durch den Torsionsstab fliessenden magnetischen Fluss erzeugende Magnetanordnung das Messsystem vorzugsweise glockenförmig umschliesst.