CH293461A

CH293461A - Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Messen mechanischer Schwingungen.

Info

Publication number: CH293461A
Authority: CH
Inventors: Aktiengesellschaf Daimler-Benz
Original assignee: Daimler Benz Ag
Priority date: 1949-10-31
Filing date: 1950-10-31
Publication date: 1953-09-30

Description

Verfahren und Vorrichtung zum elektrischen Messen mechanischer Schwingungen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Mes sen mechanischer Schwingungen, z. B. von elastisch gelagerten Kraftfahrzeug-Brenn- kraftmaschinen relativ zum Fahrgestellrah- men oder dergleichen.

Die Erfindung besteht darin, dass man eine Trägerfrequenz durch die mechanischen Schwingungen moduliert und mit Hilfe der modulierten Trägerfrequenz die Grössen der Schwingungsausschläge als Weg misst, d. h.

man misst direkt den Betrag des Schwingungs- ausschlages 8, der proportional zur Änderung dL einer Induktivität (bzw. einer Kapazität) ist. Man erhält so als Aufzeichnungsergebnis, z.

B. durch einen Oszillographen oder ein Zeiger- oder Schreibgerät, irrmittelbar den zeitlichenVerlauf der Schwingungsausschläge und nicht wie bei bekannten Verfahren die Geschwindigkeit, aus der dann. erst durch Integrieren die Schwingungsausschläge er mittelt werden müssen. Ein zur Durchfüh- rung des Verfahrens geeignetes Messgerät, und zwar vor allem dessen Geber, lässt sich so klein bauen,

dass man es auch an sehr kleinen zu untersuchenden Teilen anordnen kann, ohne dass deren Eigenfrequenz durch die Masse des Gerätes fühlbar beeinflusst wird.

Da bei dem Messverfahren nach der Erfindung unmittel bar der Ausschlag als Messgrösse auftritt, ist das yIessresultat ausserdem von der Frequenz unabhängig, so dass eine statische Eichung des Gebers möglich ist. Hierzu verwendet man einen solchen Geber, der z. B. aus einer elek trischen Spule mit einem sich darin bewegen den ferromagnetischen Kern besteht.

Dieser bildet entweder selbst eine elastisch auf gehängte Masse von einer solchen Grösse, dass sie gegenüber den auf das Gerät einwirkenden Schwingungen praktisch ihre Ruhelage im Raum beibehält oder es ist der Kern mit einer solchen Masse verbunden. Es kann aber auch die Spule mit dieser Masse verbunden und elastisch aufgehängt sein. Für die Dämpfung des beweglichen Geberteils kann eine beson dere Flüssigkeit vorgesehen sein.

Das Verfahren wird nachstehend an Hand von Ausfübrungsformen und Vorrichtungen, die zu seiner Durchführung geeignet sind, unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeich nung erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 den Geber im Längsschnitt mit der an zwei Biegehäuten aufgehängten Masse des Systems.; Fig.2 den Endabschnitt des Gehäuses nach Mg. 1 im Längsschnitt, mit auf einer Pendelstütze abgestützten Masse des Systems;

Fig. 3 einen Längsschnitt durch'den End- abschnitt des Gebers, mit einer Ausgleich feder für die Masse des Systems und <B>Mg.</B> 4 einen elastisch auf einem Fahr- gestellrahmen gelagerten Motor eines Kraft- fahrzeuges, schematisch.

Wie die Figuren zeigen, besteht der Geber aus einem Gehäuse 7, das durch eine Zwi- schenwand-12 in eine Luftkammer 8-und in einen eventuell mit einer Dämpfungsflüssig- keit, z. B. Öl, gefüllten Raum 13 unterteilt ist.

In dem Raum sind, in einigem Abstand voneinander, zwei gelochte Biegehäute 5, 6 und zwischen diesen, an einer Ringschulter 14, eine elektrische Spule 11 eingesetzt. Das Spulenloch 1-5 durchsetzt ein Stab 4, der im Bereich der Spule einen Weicheisenkern 3, und nahe seinen beiden Enden je einen Zy linderkörper 1, 2 trägt,

die beide zusammen die gegebenenfalls unter der Dämpfungs- wirkung der Flüssigkeit stehende Masse des in bezug auf das Gebergehäuse beweglichen Systems bilden. Die Enden des Stabes 4 sind an den erwähnten Biegehäuten 5 und 6 be festigt. Die Anschlüsse 16 der Spule führen zur Brückenschaltung des Trägerfrequenz modulators. Dieser ist an sich für andere Messzwecke bekannt.

Es wird die Brücken schaltung durch einen Wechselstromgenera tor mit Hochfrequenz versorgt, der gleich zeitig eine Wechselspannung zur phasen richtigen Demodulation an einen Demodula- tor abgibt. Im Eichzweig der Brücke liegt ein veränderlicher Widerstand, der auch eine Induktivität oder Kapazität sein kann.

In einem oder in zwei der Messzweige der Brücke liegt eine mit den zu messenden Schwingungs- ausschlägen veränderliche Induktivität oder Kapazität. Je mehr man die Brücke ab gleicht, desto mehr nähert sich die Wechsel spannung an der Ausgangsseite dem Wert 0, um jenseits des Wertes wieder grösser zu wer den. Sobald man dagegen phasenrichtig de moduliert, erhält man einen linear sich än dernden Spannungsverlauf, der bei dem vor liegenden Messverfahren, z.

B. durch einen Oszillographen oder ein Zeigergerät ausge wertet wird. Zwischen Brücke und Demodu- lator kann noch ein Verstärker vorgesehen sein.

Die Art und Weise der Anordnung des Gebers an einem Maschinenteil ist aus Fig. 4 ersichtlich. Diese Figur zeigt schematisch einen auf einem Fahrzeugrahmen a mittels Gummipuffer b elastisch gelagerten Motor c eines Kraftfahrzeuges. Es wird der Geber 7 als Messgerät nun in einer solchen Lage am Motor befestigt, dass seine Längsachse zu jener Richtung, in der die zu untersuchenden Schwingungen auftreten, parallel liegt.

Unter dem Einfluss dieser Schwingungen wird das Gebergehäuse 7 mit der Spule 11 ebenfalls in Schwingungen versetzt, während die gegen über dem Gehäuse bewegliche Masse 1, 2, 4, 3 in Ruhe bleibt. Mit der Grösse der Schwin gungsausschläge taucht der Kern 3 mehr oder weniger tief in die Spule ein und damit ändert sich auch deren Induktivität. Die Induktivi- tätsänderung ergibt also das Mass für die Grösse des Schwingungsausschlages und kann, wie oben angeführt, durch ein Instrument oder einen Oszillographen aufgezeichnet wer den.

Zum Messen der Schwingungsausschläge in waagrechter Richtung (I in Fig. 4) wird der Geber 7 waagrecht auf den Motor be festigt. Die Anordnung des Gebers 7' in Fig. 4 dient zur Messung der Schwingungs ausschläge in senkrechter Richtung (II in Fig. 4).

Auf die gleiche Weise können die am Motor c auftretenden Schwingungen in jeder beliebigen Richtung untersucht werden. Um gekehrt kann man mit dem Geber auch eine bestimmte Richtung von Schwingungen er- mitteln. Bekanntlich müssen Schwingungs messer tief abgestimmt sein. Will man in der Nähe der Eigenfrequenz des schwingfähigen Systems (also beim Ausführungsbeispiel nach Fig.4 bei niedriger Drehzahl des Motors) messen, dann muss das Gebergehäuse 13 mit Öl gefüllt werden.

Zweckmässig ist durch eine geeignete Wahl des Öls die Dämpfung des innerhalb des Gebergehäuses schwingbar an geordneten Teils so abzustimmen, dass das Dämpfungsmass höchstens D = %2@/ 2 be trägt. Man kann die Dämpfung auch durch eine entsprechende Wahl der Masse gegen über der Dämpfungsflüssigkeit abstimmen, indem.man z. B. durch die Wahl eines be stimmten Durchmessers der Masse dem Durchtrittsspalt für die Dämpfungsflüssig- keit eine bestimmte Grösse gibt.

Die elastische Aufhängung der Masse des Systems muss nicht unbedingt vermittels Biegehäute erfolgen. Sie kann z. B. nach dem Ausführungsbeispiel von Fig. 2 auf Pendel stützen 17 gelagert sein, die durch eine Rück führfeder 18 in ihrer Vertikalstellung gehal ten werden. Die Ausführungsbeispiele des Gebers nach den Fig. 1 und 2 dienen zum Messen waagrechter Schwingungen. Zum Messen von senkrechten Schwingungen wird die Anordnung nach Fig. 3 vorgeschlagen.

Es ist dort das Gebergehäuse 7 an seinen Enden zu einem Federraum 19 erweitert und in die sem eine das Gewicht der Masse ausgleichende Feder 20 eingesetzt.

Der Geber kann auch derart ausgebildet sein, dass die Masse des Systems in zwei beider seits der elektrischen Spule angeordnete Teil massen aufgeteilt ist, die bei im Gehäuse fest liegendem Kern durch den Spulenkörper mit einander verbunden sind.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zum elektrischen Messen mechanischer Schwingungen, dadurch ge- kennzeichnet, dass man eine Trägerfrequenz durch die mechanischen Schwingungen mo duliert und mit Hilfe der modulierten Träger frequenz die Grössen der Schwingungsaus schläge als Weg misst. Il.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, gekenn zeichnet durch einen Geber für einen Träger- frequenzmodulator, der eine elektrische Spule und einen relativ zu dieser beweglichen, ferro- magnetischen Kern aufweist, wobei einer der Teile des Gebers eine Masse bildet, die gegen über den auf das Gerät einwirkenden Schwin- gungen praktisch in Ruhe bleibt.

UNTERANSPRÜCHE: 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Grösse der Schwingungsausschläge mit Hilfe einer In duktivitätsänderung gemessen wird. 2. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Systems an einer Biegehaut befestigt. ist. 3. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeich- net, dass die Biegehaut mit Löchern- versehen ist. 4.

Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse-des, Systems auf einer von einer Rückstellfeder beeinflussten Pendelstütze gelagert ist. 5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass' die Masse des Systems in einer als Dämpfungsmittel die- . nenden Flüssigkeit angeordnet ist. 6.

Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 5, dadurch gekennzeich net, dass für die Dämpfungsflüssigkeit eine Ausdehnungsmöglichkeit geschaffen ist. 7. Vorrichtung nach Patentanspruch II und den Unteransprüchen 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Dämpfungsflüssig- keit Öl dient und neben der Ölkammer eine Luftkammer vorgesehen ist. B.

Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht der Masse des Systems durch eine Federkraft aus geglichen ist. 9.

Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse -des Systems in zwei Teilmassen aufgeteilt ist, die beiderseits der elektrischen Spule angeordnet sind und diese beiden Teilmassen bei fest am Gehäuse angeordneter Spule durch einen den Spulenkern tragenden Schaft miteinander verbunden sind. 10.

Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Systems in zwei beiderseits der elektrischen Spule angeordnete Teilmassen aufgeteilt ist, die bei relativ fest angeordnetem Kern durch den Spulenkörper miteinander verbunden sind.

11. Vorrichtung nach Patentanspruch II und Unteranspruch 8, gekennzeichnet durch ein an seinen Stirnenden abgeschlossenes und durch eine durchbohrte Zwischenwand in eine Luft- und Ölkammer unterteiltes zylindri sches Gehäuse,

das in der Ölkammer eine elektrische Spule und die elastischen Auf hängeglieder für die Masse des Systems mit dem Spulenkern sowie in einem Federraum eine Gewichtsausgleichfeder enthält.

12. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfung des innerhalb des Gebergehäuses schwingbar angeordneten Teils derart abgestimmt ist, daB das DämpfungsmaB höchstens beträgt. EMI0004.0015