CH293161A - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Dämpfung von schwingender Beanspruchung unterworfenen Prüfkörpern. - Google Patents

Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Dämpfung von schwingender Beanspruchung unterworfenen Prüfkörpern.

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CH293161A
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CH
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Gmbh Carl Schenck Ma Darmstadt
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Schenck Gmbh Carl
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    • G01N3/00Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/32Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying repeated or pulsating forces
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Description


  



  Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Dämpfung von schwingender Beanspruchung unterworfenen Prüfkörpern.



   Die Dämpfung von   Probestäben    und Kon  struktionsteilen lässt sich    aus der   Leistungs-    aufnahme einer   Sehwingungsprüfmaschine    be  kanntlieh    nur selten exakt ermitteln. Als ver  lässliehes    Messprinzip hat sich bisher die Aufzeichnung des Spannungs-Dehnungsdiagrammes erwiesen, beispielsweise durch Anwen  dung    optischer Messmittel bei der Hysteresis  maselline    naeh Dr. Lehr.



   Die   Diagrammaufzeichnung    auf   mecha-    niseh-optiseher Grundlage erfordert jedoch einen verhältnismässig hohen Konstruktionsanfwand und Einhaltung scharfer Genauig  keitsforderungen.   



   Bei den meisten Werkstoffen und Bauteilen, für die die Dämpfungsmessung von praktisehem Interesse ist, wird eine sinusförmige   dvnamische    Prüfkraft angewendet, und die resultierende Verformung verläuft in hinrei  ehender    Annäherung ebenfalls sinusförmig.



     Gleiehes gilt    in reziproker Zuordnung für Maschinen, die mit Zwangsverformung arbeiten. Infolgedessen lässt sich die   Dämpfungs-    arbeit nicht nur graphisch aus dem   Flächen-    inhalt des   Kraftverformungsdiagrammes    ermitteln, sondern auch rechnerisch aus dem Phasenwinkel zwisehen der Wechselkraft und der   Wechselverformung.   



   Die bisherigen Versuche, den Phasenwinkel   zwischen Weehselkraft und    Wechselverformung mit Hilfe eines Wattmeters zu messen, führten nicht zum Ziel, weil die   Leistungs-    abgabe, die bei der direkten Wattmetermessung von den   mechanisch-elektrischen    Wandlern gefordert werden musste, zu gross war. Es wurde deshalb vorgeschlagen,   Schwinggleich-    richter zu verwenden, wobei von den erzeugten beiden elektrischen Wechselspannungen die mit der grösseren Leistung für die Erregung des   Schwinggleichrichters    benutzt wurde. Man hat dabei aber   übersehen,    dass die Phasenmessungen mit Hilfe von   Schwinggleiehrich-    tern gefälscht werden, sobald in der Messspannung höhere, ungerade Harmonische vorkommen.

   Da die zu messenden Phasenwinkel in der Grössenordnung von   1/2    bis   1     liegen, dürfen die beim   Schwinggleichrichter    sich einschlei  chenden    Fehler nicht vernachlässigt werden.



   Gegenstand der Erfindung bildet ein feh  lerfreies    Verfahren und eine Einrichtung zur genauen Ermittlung dieses Phasenwinkels zwecks Bestimmung der Dämpfung bei   Schwingungsprüfmaschinen.   



   Das neue Verfahren nach der Erfindung zur Bestimmung der Dämpfung von   schwin-    gender Beanspruchung unterworfenen   Prüf-    körpern an   Schwingungsprüfmaschinen    ist dadurch gekennzeichnet, dass   Wechselverfor-    mung und Wechselkraft von   mechanisch-elek-      trischen    Wandlern in Wechselspannungen von gleicher Grössenordnung überführt und nacheinander der einen Spule eines Wattmeters zugeleitet werden, dessen andere Spule eine    der Wechselverformung synchrone, sinusför-    mige Hilfsspannung von einstellbarer Phasenlage erhält, wobei zuerst beim Anlegen der der Wechselverformung entsprechenden Spannung die Phase des   Hilfsstromes    auf Nullaussehlag des Wattmeters eingestellt wird,

   hierauf die der   Weehselkraft    entspreehende Spannung an das Wattmeter angelegt und der   Augenbliekswert    der Wechselkraft bei der Verformung Null und nach   Phasenversehie-    bung der Hilfsspannung um   90     der Maximalwert der Weehselkraft festgestellt wird.



   Bei dem neuen Verfahren wird von den meehaniseh-elektrisehen Wandlern für die Weehselverformung und die   Weehselkraft    nur eine äusserst geringe Leistung gefordert, denn die für den Betrieb des Wattmeters, das heisst die Erregung seines Feldes benötigte Leistung wird einer   Hilfsstromquelle    entnommen. Das Wattmeter sorgt durch seine Eigenschaft, Harmonische zu analysieren, dafür, dass aus dem Spannungsverlauf für die Weehselverformung und die Weehselkraft alle Oberwellen eliminiert und als Folge davon der Phasenwinkel zwischen den   Grundsehwingungen    fehlerfrei gemessen wird.



   Die erfindungsgemässe Einrichtung zur Durehführung des Verfahrens ist gekennzeiehnet durch die Anordnung   meehaniseh-elektri-      seher Wandler    am Dynamometer sowie an den beiden Prüfkörpereinspannungsköpfen der Sehwingungsprüfmasehine und eines phaseneinstellbaren, mit   Prüffrequenz    umlaufenden   Weehselstromgebers.   



   Es ist vorteilhaft, ein Wattmeter   anzuwen-    den, das zwecks Vermeidung zusätzlicher elek  tricher    Verstärker auf   Mikro-Ampere    anspricht und in seiner Empfindlichkeit regelbar ist.



     Der Weehselstromgeber    kann so eingerichtet sein, dass er zwei um 90  phasenversehobene Weehselströme synehron mit der Prüffrequenz abgibt und in seiner Winkelstellung einstellbar ist, beispielsweise durch Verdrehen seines Stators oder Zwischenschaltung eines Differentialgetriebes in die Antriebswelle des Phasengebers. Die Messung des Phasenwinkels zwischen   Weehselkraft      und Weehselverfor-    mung wird in folgender Weise durehgeführt :
Zunäehst wird die der Weehselverformung proportionale Wechselspannung, herrührend von der   Sehwingdifferenz    der   Prüfkörper-    enden, an die   Drehspule des Wattmeters    angelegt.

   Die Phasenlage der   Weehselspannung    des zum Beispiel mit dem Erreger der   Prüf-    machine gekoppelten   Wechselstromgebers,    der einen oder zwei um 90  phasenverschobene Weehselströme   syneliron    zur   Prüffre-    quenz abgibt und in seiner Winkelstellung einstellbar ist, wird so lange verändert, bis die Anzeige an dem   hoehempfindliehen    Wattmeter genau auf Null steht, wenn die   verfor-      mungsentspreehende    Spannung angelegt ist.



  Alsdann wird die   Weehselspannung    der mit dem   Dynamometer    verbundenen und auf die Wechselkraft   anspreehenden    Tauchspule an die   Drehspule    des Wattmeters gelegt, also an Stelle der verformungsentspreehenden Spannung. Der nunmehr auftretende Ausschlag, auf der die folgenden Zusammenhänge verdeutliehenden Zeiehnung mit so bezeichnet, wird gemessen und danaeh die Phasenlage des Geber-Weehselstromes um   90  weitergedreht    oder ein um 90  versehobener Strom auf die Feldspule des Wattmeters   gesehaltet.    Nunmehr wird der sieh   ergebende maximale Aus-      schlag Sgo gemessen, der    etwa mit dem maximalen Ausschlag   s", a, übereinstimmt.   



   Für die Koordinaten e und s eines Punktes auf der einer Ellipse angenäherten Hysteresissehleife gilt : e =   e. sin o    s = Smax . sin (?t + ?). Daraus wird f r t=0 : so   s"", sin    eo =   0,    das heisst für den Zeitpunkt, zu dem e = 0 ist (Anzeige am Wa. ttmeter =   0),    gilt sin ? = S0/Smax, wobei S0 gleich der Anzeige f r t = 0 (e = 0) und Smax gleich der   maxi-    malen Anzeige für s ist. Bei grösseren   Win-    keln wird die maximale Anzeige nieht zur Zeit t = (/2? (?t = ?/2) gemessen, sondern etwas fr her.



   Die Anzeige f r t = ?/2? sei mit   oo    bezeiehnet : sie ist : 
S90 = Smax ò sin (?/2 + ?) = Smax ò cos ?,   folglieh       5", j, = 90    ; hieraus folgt   
Cos?
Tg? =S0/S90. Je nachdem, ob man Smax oder    s   ;) o    abliest und berüeksichtigt, erhält man den Wert in der Form von sin   (p    oder   tg (p.    Bei kleinen Winkeln p besteht kein merkbarer Unterschied zwischen beiden Werten.



   Meistens interessiert bei der   Dämpfungs-      messung die Relativdämpfung,    die   bekanntlieh    das   0S7-faehe    des nach der obigen Beziehung ermittelten Wertes von   ç    beträgt. Die relative Dämpfung ist dabei definiert als der Energieverbraueh während eines vollen   Lastwechsels,    bezogen auf die im Probestab aufgespeieherten potentiellen Energie im   Kraftmaximum.   



   Die erfindungsgemässe Ermittlung des DÏmpfungswinkels bzw. der relativen   Dämp-    fung hat neben ihrer Einfachheit und Ge  nauigkeit    noeh den weiteren Vorteil, dass keinerlei Eiehungen für die Kraftanzeige und die Verformungsanzeige notwendig werden.



  Lediglieh die Empfindlichkeit des Wattmeters und des Wechselstromgebers ist so einzustellen, dass der Wert von   s, n,.,    jeweils in den   Alessbereieh    des   Wattmeters fällt.   



   Die neue Messmethode lässt sich ohne weiteres an den bekannten   Sehwingungsprüf-      masehinen    mit   Massenkrafterregung,    Exzentererregung oder dergleiehen anwenden. Die elektrischen Messinstrumente, Tauehspulen und das hochempfindliche Wattmeter sind die gleichen, wie sie bei Auswuchtmaschinen mit   elektrodynamischer    Anzeige Verwendung finden. Die Einstellung der Winkelstellung des Weehselstromgebers, der mit dem Erreger der   Prüfmasehine    synchron umläuft, kann nicht nur durch Verdrehen des Stators, sondern auch durch Zwischenschaltung eines Differentials vorgenommen werden.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE : I. Verfahren zur Bestimmung der Dämp- fung von schwingender Beanspruchung unter- worfenen Prüfkörpern an Schwingungsprüfmaschinen, dadurch gekennzeichnet, dass Wechselverformung und Wechselkraft von mechanisch-elektrischen Wandlern in Wechselspannungen von gleicher Grössenordnung über- f hrt und nacheinander der einen Spule eines Wattmeters zugeleitet werden, dessen andere Spule eine der Wechselverformung synchrone, sinusförmige Hilfsspannung von einstellbarer Phasenlage erhält,
    wobei zuerst beim Anlegen der der Wechselverformung entsprechenden Spannung die Phase des Hilfsstromes auf Nullausschlag des Wattmeters eingestellt wird, hierauf die der Wechselkraft entsprechende Spannung an das Wattmeter angelegt und der Augenbliekswert der Wechselkraft bei der Verformung Null und nach Phasenverschiebung der Hilfsspannung um 90 der Maximalwert der Wechselkraft festgestellt wird.
    II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekennzeichnet durch die Anordnung von mecha- nisch-elektrischen Wandlern am Dynamometer sowie an den beiden Prüfkörperein- spannköpfen der Schwingungsprüfmaschine und eines phaseneinstellbaren, mit der Prüf- frequenz umlaufenden Wechselstromgebers.
    UNTERANSPRÜCHE : 1. Einrichtung naeh Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass der Wechsel- stromgeber einen phaseneinstellbaren Stator besitzt.
    2. Einrichtung nach Patentanspruch II und Unteransprueh 1, dadurch gekennzeich- net, dass in die Antriebswelle des Weehselstromgebers ein Differentialgetriebe eingeschaltet ist.
    3. Einrichtung nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Weehselstromgeber mit dem Prüfmaschinenerreger gekuppelt ist.
    4. Einrichtung nach Patentanspruch II, gekennzeichnet durch ein auf Mikro-Ampere ansprechendes, hinsichtlich seiner Empfind lichkeit regelbares Wattmeter,
CH293161D 1950-03-10 1951-03-07 Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Dämpfung von schwingender Beanspruchung unterworfenen Prüfkörpern. CH293161A (de)

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