Verfahren zum Messen von Drehschwingungen und Messgerät zur Durchführung dieses Verfahrens.
Es sind bereits Verfahren zum Messen von Drehschwingungen bekanntgeworden, die jedoch nur im Laboratorium anwendbar sind. Vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Messen von Drehschwin gun (ren und auf ein Messgerät zur Durchfüh rung dieses Verfahrens. Das Messgerät kann so klein und einfach ausgeführt werden, dass das Verfahren unter anderem auch während dem Flug in Flugzeugen oder während der Fahrt in Fahrzeugen angewendet werden kann. Dadurch wird es möglich, die tatsächlichen Drehschwingungen, so wie sie im Betrieb der Maschinen auftreten, zu messen und aufzuzeichnen, wobei es sich praktisch meist um durch elastisches Verdrehen der Welle bedingte Torsionsschwingungen handelt.
Das erfindungsgemässe Verfahren besteht dann, dass das Licht einer Lichtquelle durch t) ffnungen von zwei übereinanderliegenden Blenden nach einer Photozelle gelenkt wird, wobei mindestens eine durch die beiden Blenden erzeugte Lichtdurchlassöffnung durch die zu messenden Drehschwingungen einer umlaufenden Welle beeinflusst wird.
Das erfindungsgemäBe Messgerät zur Durchführung von obigem Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass zwei rohrförmige Blenden konzentrisch zueinander gelagert und mit der Welle derart kuppelbar sind, dass eine leichte Blende starr mit der Welle verbunden ist und deren Drehschwingungen mitmacht, während eine mit einer trägen Masse verbundene Blende über ein die Schwingungen ausgleichendes Organ ange trieben wird und schwingungslos rotiert, und daB um die Blenden eine Anzahl Glühbirnen ortsfest angeordnet ist, deren. Licht durch einen in der leichten Blende befestigten Spiegel auf eine ortsfeste Photozelle geworfen wird.
In beiliegender Zeiehnung ist eine beispielsweise Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens veranschaulicht. Es zeigt :
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Messanordnung,
Fig. 2 eine schaubildliche Darstellung der Kraftübertragung von der starr auf die federnd angetriebene Blende,
Fig. 3 das Messgerät im Längssehnitt,
Fig. 4 dasselbe im Schnitt nach Linie 1-1 und
Fig. 5 ein Schaltschema.
Die Achse 1 (Fig. 1 und 2) wird mit der zu prüfenden Welle starr gekuppelt. Mit der Achse 1 starr verbunden ist die leichtschwingende Masse 2 mit der Blende 3, die eben- falls möglichst leicht ist zur Vermeidung einer Rückwirkung auf die Welle. Konzen trisch zu der Blende 3 ist die Blende 4 angeordnet, welche mit dem Ring 5, der als träge Masse wirkt, fest verbunden ist. Die Blenden 3 und 4 sind als rohrförmige Körper mit Schlitzen 30 versehen, welche in einem Winkel zur Längsachse stehen.
Im Innern der Blende 3 fest mit dieser verbunden ist der Spiegel S. Das Licht der konzentrisch um die Blenden 3 und 4 angeordneten Licht- quellen L fällt durch die durch die Schlitze der beiden Blenden 3 und 4 freigelassenen Öffnungen auf den Spiegel S und wird von diesem durch die Sammellinse 6 auf die Photozelle 7 geworfen. Die durch die Photozelle 7 erzeugten elektrischen Schwingungen werden durch den Kathodenstrahl-Oszillo graphen K registriert.
Die Übertragung der Drehbewegung von der mit der zu priifenden Welle fest verbundenen Achse 1 auf die träge Masse 5 ist in Fig. 2 veranschaulicht. In der Achse 1 ist in einem Schlitz eine Feder 8 befestigt. Das Ende der Feder 8 führt durch einen Schlitz 9 des Rohres, das die Blende 4 bildet und mit der Masse 5 starr verbunden ist. Der Stift 10, der in dem Träger 2 der Blende 3 befestigt ist, greift in einen Ausschnitt 11 des Blendenrohres 4. Durch diesen Stift wird die Bewegungsdifferenz der Blenden 3 und 4 begrenzt.
Fig. 3 zeigt einen Längsschnitt einer beispielsweisen Ausführungsform des erfindungsgemässen Messgerätes. Die Achse 1 ist in den Kugellagern 13 gelagert. Die Lager sitzen in einer Büchse 14, welche einen Bund 15 aufweist. Der Ring 16 hat ebenfalls einen Bund 17, welcher zwischen den Bund 15 und den Abschlussring 18 greift. Der Ring 16 greift mit seinem Gewinde 19 in den Gehäusedeckel 20. Durch Drehen des Ringes 16 kann somit der Gehäusedeckel 20 relativ zur Achse 1 in der Achsrichtung verschoben werden.
Das mit dem Gehäusedeckel 20 durch Schrauben 25 fest verschraubte Ge häuse 24 kann somit zwecks Einstellung verschoben werden, hat aber während der Messung keinerlei Bewegung in bezug auf die Lager der zu prüfenden Welle, was im folgenden kurz als"ortsfest"bezeichnet wird.
Mit der Achse 1 fest verschraubt ist der leichte Drehkörper 21, dessen Stirnfläche 22 zum Spiegel ausgebildet ist. Der Drehkörper 21 dient als Träger des Blendenrohres 3 ; er bildet mit diesem im vorliegenden Fall ein Stiiek. An dem Drehkörper 21 ist die Feder 8 befestigt, welche zum Antrieb des äussern Blendenrohres 4 mit dem trägen Körper 5 dient. Der Körper 5 ist auf der Büchse 23 gelagert. Durch Drehen des Ringes 16 kann somit die Blende 4 zur Blende 3 achsial verschoben werden, da erstere durch den Ring 5 ortsfest am Gehäuse gelagert ist.
Da die Blenden 3 und 4 schräge Schlitze aufweisen, können durch die achsiale Versehiebung der beiden Blenden zueinander die Lichtdurch- lassöffnungen verkleinert bezw. vergrössert werden, so daB auf diese Weise die Empfind lichkeit des Messgerätes reguliert werden kann. In der Büchse 23 ist die Photozelle 7 untergebracht, welcher die Linse 6 vorgeschaltet ist. In dem Gehäuse 24 ist ein Ring 26 aus isolierendem Material, beispielsweise Hartgummi, befestigt, in welchem elf Punktlichtlampen 27 eingeschraubt sind. Die Punktlichtlampen 27 strahlen ihr Licht durch den Glasring 28 und durch die Schlitze der Blenden 3 und 4 auf den Spiegel 22.
Die Lampen 27 sind einerseits mit der Stromzufuhrlitze 29 verbunden, anderseits in nicht dargestellter Weise mit dem leitenden Ge häuse 24. In den Blenden 3 und 4 sind bei spielsweise den elf Lampen zwölf Schlitze 30 (Fig. 4) zugeordnet. An dem Körper 5 sind N'uten 31 vorgesehen, die als Ventilator sehaufeln wirken und durch die Uffnungen 32 Luft einsaugen, die an den Punktlicht- lampen 27 vorbeistreicht und durch die Off nungen 33 wieder aus dem Gehäuse entweicht.
Der Stift 34 bewirkt an dem Kontaktschalter 35 bei jeder Umdrehung des Körpers 5 einen Stromschluss, so daB gleich- zeitig die Umdrehungszahl der zu prüfenden Welle registriert werden kann. Hervorzuheben ist, dass sowohl die Glühbirnen als die Photozelle ortsfest sind, und dass keine Schleifringe und Schleifkontakte vorhanden sind.
Fig. 5 zeigt ein Schaltschema, in welchem 24 das Gehäuse als Leiter, 27 die Lampen, 7 die Photozelle, 35 den Umdrehungskontakt, 36 eine Abschirmung, 37 den Oszillographen und 38 einen Fahrzeugakkumulator bedeuten.
Dieses photoelektrische Messgerät besteht somit im wesentlichen aus dem in Fig. 3 dargestellten Geber mit Photozelle, der in Verbindung mit einem handelsüblichen Katho denstrahl-Oszillographen mit empfindlichem Verstärker den Pendelwinkel bezw. die Ungleichförmigkeit aufzeichnet. Der Arbeitsbereich liegt zwischen 10 Hz und 10 kHz und ist somit besonders für Fahrzeuge und Flugzeugmotoren geeignet, wobei Messungen beispielsweise während des Fluges bezw. der Fahrt möglich sind. Durch einfache Eichung und eine lineare Eichkurve kann die Auswertung der Torsiogramme erleichtert werden. Die verschiedenartigen Antriebsmoglich- keiten, welche direkt oder indirekt sein kön- nen, begünstigen den Einbau in einem Fahroder Flugzeug.
Es sind jedoch auch Tastmes sungen an andern Maschinen jeder Art ohne besondere Vorrichtungen durchführbar. Dieses Gerät ist verhältnismässig klein und trotzdem widerstandsfähig und daher für den Transport sehr geeignet. Da weder Schleifringe noch Stromabnehmerbürsten Anwen dun,, finden, ist das Messgerät absolut zu verlässig und betriebssicher.
Method for measuring torsional vibrations and measuring device for carrying out this method.
Methods for measuring torsional vibrations have already become known, but they can only be used in the laboratory. The present invention relates to a method for measuring rotary oscillation guns and to a measuring device for carrying out this method. The measuring device can be so small and simple that the method can also be used during flight in aircraft or while driving in This makes it possible to measure and record the actual torsional vibrations as they occur in the operation of the machines, which in practice are mostly torsional vibrations caused by elastic rotation of the shaft.
The method according to the invention consists in directing the light from a light source through openings of two diaphragms lying one above the other to a photocell, at least one light passage opening generated by the two diaphragms being influenced by the torsional vibrations of a rotating shaft to be measured.
The measuring device according to the invention for carrying out the above method is characterized in that two tubular diaphragms are mounted concentrically to one another and can be coupled to the shaft in such a way that a light diaphragm is rigidly connected to the shaft and takes part in its torsional vibrations, while one connected to an inertial mass Aperture is driven by an organ compensating for the vibrations and rotates without vibration, and that a number of lightbulbs are fixedly arranged around the aperture. Light is thrown onto a fixed photocell through a mirror attached to the light screen.
An example embodiment of the method according to the invention is illustrated in the accompanying drawing. It shows :
1 shows a schematic representation of the measuring arrangement,
2 shows a diagrammatic representation of the force transmission from the rigid to the spring-driven diaphragm,
3 the measuring device in longitudinal section,
Fig. 4 the same in section along line 1-1 and
5 shows a circuit diagram.
The axis 1 (Fig. 1 and 2) is rigidly coupled to the shaft to be tested. The lightly oscillating mass 2 is rigidly connected to the axis 1 with the diaphragm 3, which is also as light as possible in order to avoid a reaction on the shaft. Concentrically to the aperture 3, the aperture 4 is arranged, which is firmly connected to the ring 5, which acts as an inertial mass. The diaphragms 3 and 4 are provided as tubular bodies with slots 30 which are at an angle to the longitudinal axis.
Inside the diaphragm 3 is firmly connected to the mirror S. The light from the light sources L arranged concentrically around the diaphragms 3 and 4 falls through the openings made by the slits of the two diaphragms 3 and 4 onto the mirror S and is from this thrown through the converging lens 6 onto the photocell 7. The electrical oscillations generated by the photocell 7 are registered by the K cathode ray oscilloscope.
The transfer of the rotary movement from the axis 1, which is firmly connected to the shaft to be tested, to the inertial mass 5 is illustrated in FIG. A spring 8 is fastened in a slot in the axis 1. The end of the spring 8 leads through a slot 9 of the tube which forms the diaphragm 4 and is rigidly connected to the mass 5. The pin 10, which is fastened in the carrier 2 of the diaphragm 3, engages in a cutout 11 of the diaphragm tube 4. The difference in movement of the diaphragms 3 and 4 is limited by this pin.
3 shows a longitudinal section of an exemplary embodiment of the measuring device according to the invention. The axle 1 is mounted in the ball bearings 13. The bearings sit in a sleeve 14 which has a collar 15. The ring 16 also has a collar 17 which engages between the collar 15 and the locking ring 18. The thread 19 of the ring 16 engages in the housing cover 20. By rotating the ring 16, the housing cover 20 can thus be displaced relative to the axis 1 in the axial direction.
The Ge housing 24 firmly screwed to the housing cover 20 by screws 25 can thus be moved for the purpose of setting, but has no movement during the measurement with respect to the bearings of the shaft to be tested, which is briefly referred to below as "stationary".
The light rotating body 21, the end face 22 of which is designed as a mirror, is firmly screwed to the axis 1. The rotating body 21 serves as a support for the diaphragm tube 3; in the present case it forms one piece with this. The spring 8, which serves to drive the outer diaphragm tube 4 with the inert body 5, is fastened to the rotating body 21. The body 5 is mounted on the sleeve 23. By rotating the ring 16, the diaphragm 4 can thus be axially displaced relative to the diaphragm 3, since the former is fixedly mounted on the housing by the ring 5.
Since the diaphragms 3 and 4 have inclined slits, the axial displacement of the two diaphragms with respect to one another allows the light passage openings to be reduced in size. can be increased so that the sensitivity of the measuring device can be regulated in this way. In the sleeve 23 the photocell 7 is housed, which the lens 6 is connected upstream. In the housing 24 a ring 26 made of insulating material, for example hard rubber, is fastened, into which eleven point light lamps 27 are screwed. The point light lamps 27 emit their light through the glass ring 28 and through the slits of the diaphragms 3 and 4 onto the mirror 22.
The lamps 27 are connected on the one hand to the power supply wire 29, on the other hand in a manner not shown with the conductive Ge housing 24. In the diaphragms 3 and 4, twelve slots 30 (FIG. 4) are assigned to the eleven lamps for example. On the body 5, grooves 31 are provided which act as a fan and suck in air through the openings 32, which sweeps past the point light lamps 27 and escapes again from the housing through the openings 33.
The pin 34 causes a current circuit on the contact switch 35 with each revolution of the body 5, so that the number of revolutions of the shaft to be tested can be registered at the same time. It should be emphasized that both the lightbulbs and the photocell are stationary, and that there are no slip rings or sliding contacts.
5 shows a circuit diagram in which 24 the housing as a conductor, 27 the lamps, 7 the photocell, 35 the rotation contact, 36 a shield, 37 the oscilloscope and 38 a vehicle accumulator.
This photoelectric measuring device thus consists essentially of the transmitter shown in Fig. 3 with a photocell, which in conjunction with a commercially available cathode ray oscilloscope with a sensitive amplifier, respectively, the pendulum angle. records the non-uniformity. The working range is between 10 Hz and 10 kHz and is therefore particularly suitable for vehicles and aircraft engines, with measurements, for example, during flight or during flight. are possible during the journey. The evaluation of the torsiograms can be facilitated by simple calibration and a linear calibration curve. The various drive options, which can be direct or indirect, favor installation in a vehicle or aircraft.
However, Tastmes measurements can also be carried out on other machines of any type without special devices. This device is relatively small and nevertheless robust and therefore very suitable for transport. Since neither slip rings nor current collector brushes are used, the measuring device is absolutely reliable and safe to operate.