BESCHREIBUNG
Zur Messung von Erschütterungen werden gewöhnlich Beschleunigungsmesser verwendet, bei welchen die Auslenkung einer in einem Gehäuse federnd gelagerten Masse ausgewertet wird. Diese Beschleunigungsmesser weisen gewöhnlich eine hohe Linearität, geringe Hysterese und deshalb gute Reproduzierbarkeit des Messsignals auf. Nachteilig bei den bekannten Beschleunigungsmessern ist vor allem, dass sie ausserordentlich teuer und relativ stossempfindlich sind; was ihnen viele Anwendungsmöglichkeiten verschliesst. Die bekannten Beschleunigungsmesser liefern ausserdem nur ein schwaches Ausgangssignal. Die dadurch erforderliche hohe Verstärkung bringt Probleme mit der Drift und der Temperaturempfindlichkeit.
Aus der CH-PS 617626 ist eine Erschütterungsmessvorrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt.
Dabei handelt es sich um einen Beschleunigungsschalter, der relativ schlecht reproduzierbar schaltet und für Analoganwendungen ungeeignet ist.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszubilden, dass sie ein der Erschütterung analoges, gut reproduzierbares, kräftiges Ausgangssignal liefert und dass sie robust und billig herstellbar ist. Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich besonders zum Messen von Erschütterungen eines Bauteils, insbesondere bei der Prüfung der Stossdämpfer eines Fahrzeuges.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand beiliegender Zeichnung erläutert. Darin zeigt:
Fig. 1 eine Erschütterungsmessvorrichtung, teilweise im Schnitt, und
Fig. 2 eine Verwendung der Vorrichtung nach Fig. 1 zum Prüfen der Stossdämpfer eines Fahrzeuges.
In einem Messingrohr 8 sind bündig mit dessen Enden je ein Permanentmagnet 4, 6 gleichpolig gerichtet koaxial befestigt, z.B. verklebt oder eingepresst. Zwischen den beiden Magneten 4, 6 ist ein weiterer, entgegengesetzt gepolter Permanentmagnet 2 im Rohr 8 axial frei beweglich geführt. Der bewegliche Magnet 2 ist damit magnetisch zwischen den beiden festen Magneten 4, 6 aufgehängt. Ein U-förmiger Anker 11 bestehend aus zwei Weicheisenplatten 10 und einem zylindrischen Weicheisenstab 12 verbindet die beiden entgegengesetzten Pole der Magnete 4, 6 und durchdringt eine Messspule 14, die auf einem Spulenkörper 16 gewickelt ist. Die Platten 10 sind durch Schrauben 32 mit dem Stab 12 verbunden und sind durch ein Joch 34 mittels einer Schraube 36 gegen die freien Enden der Magnete 4, 6 gepresst.
Die Enden 18 der Spule 14 sind auf den Eingang eines Verstärkers 20 geführt, welcher ein Filter zum Abfiltern hochfrequenter Schwingungen umfasst. Die Verstärkung des Verstärkers 20 ist an einem Potentiometer 22 einstellbar. Der Ausgang 28 des Verstärkers sowie seine Speisung 24, 26 sind mit einem Steckanschluss 30 am Gehäuse 3 der Vorrichtung verbunden. Das Gehäuse 3 kann vergossen werden.
Wird die Vorrichtung in Richtung der Messachse 9 beschleunigt, so bewegt sich der Magnet 2 relativ zu den gehäusefesten Magneten 4, 6. Dadurch verstärkt oder schwächt er jeweils die Felder dieser Magnete 4, 6. Damit ändert sich der Magnetfluss im Anker 11 und wird eine zur Magnetfeldänderung proportionale Spannung an den Enden
18 der Spule 14 induziert. Diese Spannung wird im Verstärker 20 verstärkt und dem Ausgang 28 der Vorrichtung zugeführt.
Wegen des relativ grossen Hubes des Magneten 2 hat die Vorrichtung eine relativ tiefe Eigenfrequenz. Für Frequenzen unterhalb der Eigenfrequenz ist der Ausgang der Vorrichtung annähernd proportional zur Ableitung der Beschleunigung. Für Frequenzen über der Eigenfrequenz entspricht der Ausgang der Vorrichtung der Geschwindigkeit.
Um die Hysterese klein zu halten, ist es zweckmässig, das Spiel zwischen dem Magneten 2 und dem Rohr 8 gering vorzusehen, denn der Magnet 2 neigt wegen seiner magnetischen Aufhängung zum Kippen.
Die Zwischenräume 5, 7 zwischen dem beweglichen und den festen Magneten 2 bzw. 4,6 können mit Dämpfungsflüssigkeit gefüllt werden. Die Räume 5, 7 kommunizieren in diesem Fall über eine Drossel, welche z.B. als Nut 13 oder als Axialbohrung im Magneten 2 ausgebildet sein kann.
Die beschriebene Vorrichtung list hervorragend geeignet zum Prüfen der Stossdämpfer eines Fahrzeuges. Diese Ver wendung ist in Fig. 2 dargestellt. Fährt man mit dem Fahrzeug 40, z.B. mit den Vorderrädern 42 über eine Stufe 44, so führt die Karosserie 41 des Fahrzeuges eine gedämpfte Eigenschwingung durch. Das Dämpfungsmass der Schwingung ist vom Zustand der Stossdämpfer abhängig. Da die Schwingung tieffrequent ist, ist keine hohe Eigenfrequenz der Messvorrichtung erforderlich. Die Messvorrichtung 1 wird an der Fahrzeugkarosserie 41 befestigt und mit einem Registriergerät verbunden. Dieses Gerät kann beispielsweise ein Schreiber sein.
Besonders geeignet für die Auswertung des Ausgangssignals der Messvorrichtung list jedoch die in der Parallelanmeldung mit dem Titel Verfahren und Vorrichtung zum Registrieren und Auswerten eines Analogsignals beschriebene Registrier- und Auswertvorrichtung 50, welche eine rasche und zuverlässige Interpretation des Ausgangssignals der Messvorrichtung 1 erlaubt. Vorteilhaft wird je eine Messvorrichtung 1 beidseitig an der Karosserie 41 befestigt, wobei die beiden Messvorrichtungen auf gleiche Empfindlichkeit geeicht sind. Durch synchronen Vergleich der beiden Messwerte ist dann ein unmittelbarer Vergleich der beiden Stossdämpfer am rechten bzw. linken Vorderrad 42 oder Hinterrad 43 möglich.
Wenn nämlich die beiden Stossdämpfer ungleich sind, liefern die beiden Messvorrichtungen 1 phasenverschobene, in der Amplitude ungleiche Ausgangssignale, was ein sehr ungünstiges Fahrverhalten des Fahrzeuges 40 signalisiert. Wenn die beiden Messvorrichtungen 1, wie in Fig. 2 dargestellt, etwa in der Mitte zwischen den beiden Radachsen angeordnet werden, können in einem Durchgang sowohl die Stossdämpfer der Vorderräder 42 als auch jene der Hinterräder 43 geprüft werden.
Die Vorrichtung kann jedoch auch allgemein zum Messen von Erschütterungen eines Bauteils, z.B. zur Überwachung von Wälzlagern im Betrieb verwendet werden. In einem solchen Verwendungsfall wird der Ausgang der Messvorrichtung 1 einer Triggerschaltung zugeführt, welche einen Alarm auslöst, sobald die Amplitude des Ausgangssignals einen eingestellten Grenzwert überschreitet. Von Vorteil ist auch für diesen Verwendungsfall die gute Reproduzierbarkeit, die Robustheit, das kräftige Ausgangssignal und der geringe Herstellungspreis der Messvorrichtung.
DESCRIPTION
Accelerometers are usually used to measure vibrations, in which the deflection of a mass resiliently mounted in a housing is evaluated. These accelerometers usually have high linearity, low hysteresis and therefore good reproducibility of the measurement signal. The main disadvantage of the known accelerometers is that they are extremely expensive and relatively sensitive to shock; which closes many application possibilities. The known accelerometers also only provide a weak output signal. The high amplification required as a result creates problems with drift and temperature sensitivity.
From CH-PS 617626 a vibration measuring device according to the preamble of claim 1 is known.
It is an acceleration switch that switches relatively poorly reproducible and is unsuitable for analog applications.
The object of the invention is to design a device according to the preamble of claim 1 in such a way that it delivers an output signal which is analogous to the vibration, is easily reproducible and powerful, and that it is robust and inexpensive to produce. This object is achieved with the characterizing features of claim 1.
The device according to the invention is particularly suitable for measuring vibrations of a component, in particular when testing the shock absorbers of a vehicle.
An exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to the attached drawing. It shows:
Fig. 1 shows a vibration measuring device, partly in section, and
Fig. 2 shows a use of the device according to Fig. 1 for testing the shock absorbers of a vehicle.
In a brass tube 8, a permanent magnet 4, 6 is fixed coaxially with its ends, coaxially aligned, e.g. glued or pressed. Between the two magnets 4, 6, a further, oppositely polarized permanent magnet 2 is guided in the tube 8 so that it can move freely. The movable magnet 2 is thus magnetically suspended between the two fixed magnets 4, 6. A U-shaped armature 11 consisting of two soft iron plates 10 and a cylindrical soft iron rod 12 connects the two opposite poles of the magnets 4, 6 and penetrates a measuring coil 14 which is wound on a coil body 16. The plates 10 are connected to the rod 12 by screws 32 and are pressed against the free ends of the magnets 4, 6 by a yoke 34 by means of a screw 36.
The ends 18 of the coil 14 are led to the input of an amplifier 20, which comprises a filter for filtering out high-frequency vibrations. The gain of the amplifier 20 can be adjusted on a potentiometer 22. The output 28 of the amplifier and its supply 24, 26 are connected to a plug connection 30 on the housing 3 of the device. The housing 3 can be potted.
If the device is accelerated in the direction of the measuring axis 9, the magnet 2 moves relative to the magnets 4, 6 fixed to the housing. As a result, it strengthens or weakens the fields of these magnets 4, 6. The magnetic flux in the armature 11 changes and becomes a voltage at the ends proportional to the magnetic field change
18 of the coil 14 induced. This voltage is amplified in the amplifier 20 and fed to the output 28 of the device.
Because of the relatively large stroke of the magnet 2, the device has a relatively low natural frequency. For frequencies below the natural frequency, the output of the device is approximately proportional to the derivative of the acceleration. For frequencies above the natural frequency, the output of the device corresponds to the speed.
In order to keep the hysteresis small, it is expedient to provide little play between the magnet 2 and the tube 8, because the magnet 2 tends to tilt due to its magnetic suspension.
The spaces 5, 7 between the movable and the fixed magnets 2 and 4.6 can be filled with damping liquid. In this case, rooms 5, 7 communicate via a throttle, which e.g. can be formed as a groove 13 or as an axial bore in the magnet 2.
The device described is extremely suitable for testing the shock absorbers of a vehicle. This use is shown in Fig. 2. If you drive the vehicle 40, e.g. with the front wheels 42 via a step 44, the body 41 of the vehicle carries out a damped natural vibration. The damping dimension of the vibration depends on the condition of the shock absorbers. Since the vibration is low frequency, a high natural frequency of the measuring device is not required. The measuring device 1 is fastened to the vehicle body 41 and connected to a registration device. This device can be a writer, for example.
Particularly suitable for evaluating the output signal of the measuring device, however, is the registration and evaluation device 50 described in the parallel application entitled Method and Device for Registering and Evaluating an Analog Signal, which allows a quick and reliable interpretation of the output signal of the measuring device 1. One measuring device 1 is advantageously attached to the body 41 on both sides, the two measuring devices being calibrated for the same sensitivity. A direct comparison of the two shock absorbers on the right or left front wheel 42 or rear wheel 43 is then possible by synchronous comparison of the two measured values.
If the two shock absorbers are unequal, the two measuring devices 1 deliver phase-shifted output signals which are unequal in amplitude, which signals a very unfavorable driving behavior of the vehicle 40. If the two measuring devices 1, as shown in FIG. 2, are arranged approximately in the middle between the two wheel axles, both the shock absorbers of the front wheels 42 and those of the rear wheels 43 can be tested in one pass.
However, the device can also generally be used to measure vibrations of a component, e.g. can be used to monitor rolling bearings during operation. In such a case of use, the output of the measuring device 1 is fed to a trigger circuit which triggers an alarm as soon as the amplitude of the output signal exceeds a set limit value. The good reproducibility, the robustness, the powerful output signal and the low manufacturing price of the measuring device are also advantageous for this application.