CH673337A5 - - Google Patents
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- G01M13/00—Testing of machine parts
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Description
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, io körper 2 mitsamt dem inneren Kugellagerteil 1.1 dreht also ein Verfahren, wie auch eine entsprechende Vorrichtung zu synchron, d. h. mit der gleichen Drehfrequenz, mit dem schaffen, welche zum Vergleich der Grösse des zum Drehen antreibenden Drehmagnetfeld. Während der nachfolgenden eines mechanischen Elements benötigten Drehmoments mit zweiten Phase wird die Stärke des antreibenden Magnet- The present invention has for its object, io body 2 together with the inner ball bearing part 1.1 rotates a method, as well as a corresponding device to synchronously, d. H. with the same rotational frequency with which to compare the size of the rotating magnetic field that drives the rotation. During the subsequent torque required by a mechanical element with a second phase, the strength of the driving magnet
einem Bezugswert dienen, welche eine hohe Genauigkeit feldes auf einen kleineren Wert H2 reduziert, am Ende dieser ermöglichen, welche leicht anzuwenden sind, welche sich für is zweiten Phase wird der Drehzustand des mechanischen Ele- serve as a reference value, which reduces a high accuracy field to a smaller value H2, at the end of which it is easy to use, which is suitable for the second phase, the rotational state of the mechanical ele
serienmässige Anwendung eignen und welche in den bevor- ments 1.1, bzw. des Hilfskörpers 2 festgestellt, d. h. es wird zugten Anwendungsfällen für die praktische Durchführung beobachtet, ob der innere Kugellagerteil 1.1 synchron mit- suitable as standard and which are found in the first part 1.1 or the auxiliary body 2, d. H. It is observed for practical applications whether the inner ball bearing part 1.1 is synchronous with
keine zusätzlichen Lager erfordern. dreht oder nicht. Wird nun festgestellt, dass kein Mitdrehen do not require additional bearings. turns or not. Now it is found that no turning
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merk- mehr stattfindet, so war das durch die Reibung im Kugellager male der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Ausbil- 20 verursachte Drehmoment grösser als das aus dem zweiten düngen des Verfahrens und Ausführungsformen des zur Wert H2 der Feldstärke und dem Dipolmoment des perman-Durchführung des Verfahrens bestimmten Vorrichtung, entmagnetischen Körpers bestimmte, maximal übertragbare sowie spezielle Anwendungen des Verfahrens entnimmt man Drehmoment, welches gleich dem Bezugswert ist. Ändernden übrigen Anprüchen und der Beschreibung. falls war das Reibungsdrehmoment kleiner oder gleich dem This task is carried out by the characteristic note, so that was solved by the friction in the ball bearing male of claims 1 and 6. Advantageous torque caused greater than the second fertilization of the method and embodiments of the device, demagnetic body determined for the value H2 of the field strength and the dipole moment of the permanent implementation of the method, maximum transferable as well as special applications of the method are taken from torque, which is equal to the reference value. Amending other claims and the description. if the friction torque was less than or equal to that
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Beschrei- 25 entsprechenden maximal übertragbaren Drehmoment, In the following, the invention is described on the basis of descriptions of the corresponding maximum transmissible torque,
bungen und Zeichnungen verschiedener Ausführungsbei- Diese beiden Aussagen sind für die Qualitätskontrolle sehr spiele erläutert. nützlich. Der Wert H2 der Feldstärke des Drehmagnetfeldes ist hier so eingestellt, dass der dadurch bestimmte Drehmo- Exercises and drawings of various execution examples These two statements are very well explained for quality control. useful. The value H2 of the field strength of the rotating magnetic field is set here so that the torque
Figur 1 zeigt die seitliche Darstellung einer Vorrichtung mentwert gleich dem gerade noch annehmbaren Reibungs- FIG. 1 shows the lateral representation of a device value equal to the just acceptable friction
zur Prüfung des Reibungsdrehmoments eines Kugellagers. 30 drehmoment ist. Am Ende der zweiten Phase stellt eine for testing the friction torque of a ball bearing. 30 torque. At the end of the second phase one
Figur 2 zeigt als Sequenzdiagramm den zeitlichen Verlauf Person durch Beobachtung des Drehzustandes des Prüflings der Feldstärke H und der Drehfrequenz f des antreibenden mit Leichtigkeit fest, ob der Prüfling den Wert des noch FIG. 2 shows, as a sequence diagram, the temporal course of the person by observing the rotational state of the test object, the field strength H and the rotational frequency f of the driver, with ease, whether the test object still has the value of
Magnetfeldes bei einer Ausführungsform des Verfahrens. annehmbaren Reibungsdrehmoments überschritten hat und Magnetic field in one embodiment of the method. has exceeded acceptable friction torque and
Figur 3 zeigt, mit Blick in Richtung der Achse, den sehe- somit von minderer Qualität ist. FIG. 3 shows, looking in the direction of the axis, which is therefore of poor quality.
matischen Aufbau eines Antriebsteils, bei welchem die fest- 35 Die Mindestdauer der endlichen Zeitspanne, während der stehenden Magnetspulen auf einem ringförmigen Kern ange- das drehende Magnetfeld auf den permanentmagnetischen bracht sind. Körper einwirkt, ist die Summe der Zeitspannen für die erste matic structure of a drive part in which the fixed magnetic field is brought into contact with the permanent magnetic field during a standing magnetic coil on an annular core. Body acts is the sum of the time spans for the first
Figur 4 zeigt die seitliche Darstellung des Antriebsteils der Phase und für die zweite Phase. Sofern die Feststellung des Figure 4 shows the side view of the drive part of the phase and for the second phase. If the determination of the
Vorrichtung mit einem Wasserzähler-Zählwerk als zu unter- Drehzustandes nicht momentan erfolgt, so werden die Werte suchende mechanische Baugruppe. 40 der Frequenz und der Feldstärke über die zweite Phase hinaus beibehalten, bis die Feststellung des Drehzustandes Device with a water meter counter that is not currently under-rotating state, so the values are looking for mechanical assembly. 40 the frequency and field strength maintained beyond the second phase until the detection of the rotational state
Figur 1 veranschaulicht die erfindungsgemässe Vorrich- abgeschlossen ist. Die oben erwähnte Mindestdauer verlän- Figure 1 illustrates the device according to the invention is complete. The minimum duration mentioned above
tung und das entsprechende Verfahren anhand einer Anord- gert sich dann um diesen Wert. Die Dauer der ersten Phase nung zum Vergleich des zum Drehen des inneren Teils 1.1 bzw. die Grösse der Drehbeschleunigung sind dabei so eines Kugellagers 1 benötigten Drehmoments mit einem 45 gewählt, dass das maximal übertragbare Drehmoment and the corresponding procedure based on an arrangement is then arranged around this value. The duration of the first phase voltage for comparing the torque required for rotating the inner part 1.1 or the magnitude of the rotational acceleration of a ball bearing 1 is chosen with a 45 that the maximum transmissible torque
Bezugswert. In den inneren Teil 1.1 des Kugellagers, dem wesentlich grösser ist als die Summe des Drehbeschleuni- Reference value. In the inner part 1.1 of the ball bearing, which is much larger than the sum of the spin
drehbaren mechanischen Element, ist ein Hilfskörper 2 ein- gungsdrehmoments und des zum Drehen des mechanischen gesteckt, an dem ein permanentmagnetischer Körper 3 Elements benötigten Drehmoments. Im erwähnten Anwen- rotatable mechanical element, is an auxiliary body 2 input torque and the torque required to rotate the mechanical, on which a permanent magnetic body 3 elements. In the mentioned application
(Magnetpole N und S) mit einem von Null verschiedenen dungsfall ist es zudem nützlich, die Dauer der ersten Phase magnetischen Dipolmoment befestigt ist. Der elektronische so über den Minimalwert hinaus zu verlängern, um vor dem (Magnetic poles N and S) with a non-zero case of application, it is also useful to fix the duration of the first phase magnetic dipole moment. The electronic so extend beyond the minimum value to before the
Steuerteil 4 erregt über die Verbindungsleitung 5 die im Einleiten der zweiten Phase durch die ausgeführten Dre- Control part 4 excites via connecting line 5 which, when the second phase is initiated,
Antriebsteil 6 befestigten Magnetspulen im Antriebsteil 8 hungen eine genügende Gleichmässigkeit der Verteilung des während einer endlichen Zeitspanne derart mit phasenver- Schmiermittels im Kugellager zu erreichen. Die Dauer der schobenen sinusförmigen Wechselströmen, den periodischen zweiten Phase richtet sich hier vor allem nach der angewen- Drive part 6 attached magnet coils in the drive part 8 hung sufficient uniformity of the distribution of the phase during a finite period of time to achieve such lubricant in the ball bearing. The duration of the shifted sinusoidal alternating currents, the periodic second phase, depends primarily on the applied
elektrischen Strömen, dass ein bezüglich der Achse A-A dre- 55 deten Frequenz, dem Trägheitsmoment der drehenden hendes Magnetfeld entsteht. Dieses drehende Magnetfeld - Masse und dem auftretenden Reibungsdrehmoment. Vorteil- electrical currents that a frequency rotated with respect to the axis A-A, the moment of inertia of the rotating magnetic field arises. This rotating magnetic field - mass and the occurring friction torque. Advantage-
durch die Linien F-F angedeutet - wirkt antreibend auf den hafterweise wird die Dauer der zweiten Phase im Verhältnis permanentmagnetischen Körper 3 und über den Hilfskörper zur Auslaufzeit im Falle des Nicht-Mitdrehens derart indicated by the lines F-F - acts as a driving force for the duration of the second phase in the ratio of permanent magnetic body 3 and via the auxiliary body at the expiry time in the event of non-rotation
2 durch Haftreibung auf den inneren Teil 1.1 des Kugellagers gewählt, dass am Ende der zweiten Phase der Drehzustand 2 selected by static friction on the inner part 1.1 of the ball bearing that at the end of the second phase, the rotating state
1. Diese Anordnung hat ein maximal übertragbares Drehmo- 60 leicht feststellbar ist. 1. This arrangement has a maximum transferable torque 60 which is easily ascertainable.
ment, welches in erster Näherung proportional der Feld- Figur 3 veranschaulicht schematisch den ringförmigen stärke und proportional dem magnetischen Dipolmoment Kern 7 aus weichmagnetischem Material und die darauf des permanentmagnetischen Körpers ist. Sowohl die Fre- angebrachten, feststehenden Magnetspulen 8,8', 8", 8"des quenz, wie auch die Amplitude der phasenverschobenen Antriebsteils der Vorrichtung. Bei dieser Spulenanordnung sinusförmigen Wechselströme und damit auch die Drehfre- 6s ist auf jedem Quadranten des Ringkerns 7 aus Trafoblech- 3, which schematically illustrates the annular strength and proportional to the magnetic dipole moment core 7 made of soft magnetic material and which is thereupon of the permanent magnetic body. Both the fre-attached, fixed magnetic coils 8,8 ', 8 ", 8" of the quenz, as well as the amplitude of the phase-shifted drive part of the device. In this coil arrangement, sinusoidal alternating currents and thus also the rotary frequency 6s are made on each quadrant of the toroidal core 7 from transformer plates.
quenz und die Stärke des drehenden Magnetfeldes, sind am band eine Magnetspule aus lackisoliertem Kupferdraht ange- frequency and the strength of the rotating magnetic field, a magnetic coil made of enamelled copper wire is attached to the belt.
Steuerteil der Vorrichtung einstellbar. bracht. Jeweils zwei gegenüberliegende Spulen 8-8', 8"-8"' Control part of the device adjustable. brings. Two opposite coils 8-8 ', 8 "-8"'
Der Ablauf einer Ausführungsform des Verfahrens ist im sind in Serie geschaltet. Von den zwei Möglichkeiten, die The sequence of an embodiment of the method is connected in series. Of the two ways that
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gegenüberliegenden Magnetspulen in Serie zu schalten, ist eingebauten permanentmagnetischen Körpers 12 ausge-für die erfindungsgemässe Vorrichtung nur diejenige von wertet und für den Drehmomentvergleich mitberücksichtigt. Interesse, bei welcher gleichnamige Magnetpole auf den- Der Steuerteil der Vorrichtung enthält auch eine elektro-selben Spulenseiten entstehen. Dadurch ergibt sich ein ausge- nische Schaltung, welche die Amplitude und Frequenz der prägtes diametrales Magnetfeld. Jede der vier Spulen hat die s die Magnetspulen des Antriebteils erregenden Wechselgleiche Windungszahl. Der Steuerteil erregt nun die beiden ströme nach Betätigung eines Schalters automatisch derart Spulenpaare mit zwei sinusförmigen, um 90 ° gegeneinander steuert, dass während einer ersten Phase die Amplitude des phasenverschobenen Wechselströmen mit gleichen Ampli- Stromes auf dem maximalen Wert ist und die Frequenz stetig tuden, wodurch in der Umgebung der Achse des Ringkerns von Null auf einen eingestellten Wert ansteigt. Während ein gleichmässig drehendes, diametrales Magnetfeld entsteht io einer nachfolgenden zweiten Phase bei konstanter Frequenz und dank der gleichmässigen Verteilung des weichmagneti- ist dagegen die Amplitude des Stromes kleiner, entsprechend sehen Materials auch eine gleichmässige Drehung des per- einem eingestellten Wert. Das Ende der zweiten Phase, vgl. manentmagnetischen Körpers ermöglicht. Die Magnet- Figur 2, durch das Erreichen einer vorgewählten Anzahl spulen und der weichmagnetische Kern sind derart dimensio- Umdrehungen des Drehmagnetfeldes während der zweiten niert, dass die Feldstärke des Drehmagnetfeldes innerhalb is Phase automatisch bestimmt und durch ein akustisches und/ der gewünschten Toleranzgrenze proportional zur Ampli- oder durch ein optisches Signal mitgeteilt. To connect opposite magnetic coils in series is built-in permanent magnetic body 12 - for the device according to the invention only that of evaluates and is also taken into account for the torque comparison. Interest in which magnetic poles of the same name arise on the- The control part of the device also contains an electro-same coil sides. This results in an electronic circuit which defines the amplitude and frequency of the diametrical magnetic field. Each of the four coils has the same number of turns, which excites the magnetic coils of the drive part. The control section now excites the two currents automatically after actuation of a switch in such a way that coil pairs with two sinusoidal, 90 ° controls against each other, that during a first phase the amplitude of the phase-shifted alternating currents with the same amplitude current is at the maximum value and the frequency continuously increases, whereby in the vicinity of the axis of the toroid rises from zero to a set value. While a uniformly rotating, diametrical magnetic field arises in a subsequent second phase at a constant frequency, and thanks to the even distribution of the soft magnetic, the amplitude of the current, on the other hand, is smaller. The end of the second phase, cf. magnetic body. The magnet Figure 2, by reaching a preselected number of coils and the soft magnetic core are so dimensio- revolutions of the rotating magnetic field during the second that the field strength of the rotating magnetic field is automatically determined within the phase and proportional to the acoustic and / of the desired tolerance limit Ampli- or communicated by an optical signal.
tude der erregenden Wechselströme ist. Bei gewissen Anwen- Bei der Untersuchung eines Typs von Wasserzähler-Zähl- tude of exciting alternating currents. When examining a type of water meter counter
dungsfällen ist es vorteilhaft, ein möglicherweise vorhan- werken zeigte es sich, dass die Dauer der zweiten Phase vor- In cases of application, it is advantageous, if it was possible to show that the duration of the second phase
denes äusseres Magnet-Gleichfeld durch Addition entspre- teilhafterweise so lange gewählt wird, bis mindestens 500 whose external magnetic constant field is correspondingly chosen by addition until at least 500
chender Gleichströme zu den sinusförmigen Wechselströme 20 Umdrehungen vollführt wurden. Dadurch werden mehr zu kompensieren. Kombinationen der Zahnrad-Zahnflanken in die Prüfung Direct currents to the sinusoidal alternating currents 20 revolutions were carried out. This will compensate more. Combinations of gear tooth flanks in the test
Die Dimensionierung der Magnetspulen und des Kerns einbezogen, als bei einer kürzeren Dauer der zweiten Phase, ergibt sich für den Fachmann aus der im einzelnen Fall benö- Die angewendete Drehfrequenz betrug 8 Hz. The dimensioning of the magnetic coils and the core, taken into account for a shorter duration of the second phase, results for the person skilled in the art from the individual frequency required. The rotational frequency used was 8 Hz.
tigten Feldstärke, aus den Gesetzen des Magnetismus und Zur Messung des zum Drehen des mechanischen Elements aus experimentellen Untersuchungen. 25 benötigten Drehmoments wird das erfindungsgemässe Ver- field strength, from the laws of magnetism and to measure the rotating mechanical element from experimental studies. 25 required torque, the inventive
Bei einer anderen Ausführungsform des Verfahrens wird fahren derart mit verschiedenen Bezugswerten wiederholt das Anlaufdrehmoment von beispielsweise einem Kugellager angewendet, dass die Bezugswerte entsprechend einem aus mit einem Bezugswert verglichen. Dazu wird die Stärke des der Messtechnik und der angewandten Mathematik In another embodiment of the method, the starting torque of, for example, a ball bearing is repeatedly used with different reference values in such a way that the reference values are compared with a reference value. This is the strength of the measurement technology and applied mathematics
Magnetfeldes auf den dem Bezugswert entsprechenden Wert bekannten Iterationsverfahren den gesuchten Messwert bis eingestellt und die Drehfrequenz des antreibenden Magnet- 30 zur gewünschten und technisch möglichen Genauigkeit ein- Magnetic field to the iteration method known to the reference value, the measured value sought is set up and the rotational frequency of the driving magnet 30 is adjusted to the desired and technically possible accuracy.
feldes langsam gesteigert. gabeln. Bei einer anderen Version der Anwendung des Ver- field slowly increased. fork. In another version of the application of the
In einer weiteren Ausführungsform ist das Verfahren so fahrens auf das Problem der Messung des Drehmoments ausgeführt und die Vorrichtung entsprechend konstruiert, wird der Bezugswert ausgehend vom maximalen Wert zeit- In a further embodiment, the method is based on the problem of measuring the torque and the device is designed accordingly, the reference value is based on the maximum value in time.
dass der Antriebsteil mehrere Drehmagnetfelder mit örtlich proportional vermindert, bis das mechanische Element nicht verschiedenen Lagen der Drehachsen erzeugt und somit die 35 mehr synchron mitdreht. Die verflossene Zeit ist dabei direkt gleichzeitige Untersuchung mehrere Prüflinge ermöglicht. proportional zum gesuchten Drehmoment. that the drive part reduces several rotating magnetic fields with locally proportional, until the mechanical element does not generate different positions of the axes of rotation and thus rotates the 35 more synchronously. The elapsed time enables the simultaneous examination of several test specimens. proportional to the desired torque.
In Figur 4 ist die Anwendung der Erfindung zur Beurtei- Eine weitere Ausführungsform enthält zusätzlich eine lung der Leichtgängigkeit eines magnetisch gekuppelten elektronische Rechner-Schaltung, welche die iterative Dreh-Wasserzähler-Zählwerks 10 dargestellt. Solche Zählwerke momentmessung unter Zuhilfenahme der Signale eines Hallbilden einen Bestandteil von Wasserzählern und werden 40 Sensors automatisch durchführt, und der Steuerteil ist mit über eine Magnetkupplung vom sogenannten hydraulischen dem Antriebsteil zu einer Einheit verbunden. FIG. 4 shows the application of the invention for assessment. A further embodiment additionally contains a smoothness of the smooth operation of a magnetically coupled electronic computer circuit, which represents the iterative rotary water meter counter 10. Such counters torque measurement with the aid of the signals of a Hall form part of water meters and 40 sensors are carried out automatically, and the control part is connected to a unit via a magnetic coupling from the so-called hydraulic to the drive part.
Teil des Wasserzählers angetrieben. Die Leichtgängigkeit des Die zur Ausführung der Erfindung benötigten Schal- Part of the water meter driven. The smoothness of the formwork required to implement the invention
Zählwerks ist wesentlich für eine hohe Empfindlichkeit und tungen verwirklicht der Fachmann beispielsweise mit einen grossen Messbereich des Wasserzählers. Ein perman- modernen elektronischen Bauteilen wie VCO, Analog- Counter is essential for a high sensitivity and the expert realizes, for example, with a large measuring range of the water meter. A permanently modern electronic components like VCO, analog
entmagnetischer Körper 12 ist in diesem Anwendungsfall 45 Schalter, Dreieck-Sinus-Wandler oder Schaltungen, welche schon in dem zu untersuchenden mechanischen Element, der sinusförmige Ströme durch Impulse annähern, Mikroprozes- In this application, the demagnetic body 12 is 45 switches, triangle-sine converters or circuits, which already process microprocesses in the mechanical element to be examined, which approximate sinusoidal currents by means of pulses.
Antriebsachse 11, eingebaut und meist so magnetisiert, dass 4 soren etc. Drive axis 11, installed and usually magnetized so that 4 sensors etc.
Magnetpole N, S, N, S vorhanden sind und sich die Dipolmo- Das zur Durchführung des Verfahrens benötigte Dreh-mente gegenseitig kompensieren. Das maximal übertragbare magnetfeld kann auch mit anderen Mitteln, wie z. B. mit dre-Drehmoment - der Bezugswert - ist in diesem Falle in erster so henden Permanentmagneten, feststehenden zylindrischen Näherung proportional zum Feldstärkegradienten in Rieh- Magnetspulen oder eisenlosen Helmholtzspulen, als Magnet-tung der Drehachse. Der Feldstärkegradient ist proportional spulen, erreicht werden. Weitere Anwendungen des Verfah-zur Feldstärke und bei der Spulenanordnung nach Figur 3 rens ergeben sich insbesondere auch bei den Fällen, wo das nur wenig lageabhängig. Bei dieser Ausführungsform ist mit einem Bezugswert zu vergleichende Drehmoment als unter dem permanentmagnetischen Körper 3 im Antriebsteil ss abgeleitete Grösse zur indirekten Beurteilung einer weiteren 6 ein Hall-Sensor 9 als Magnetfeldsensor so angebracht, dass physikalischen Grösse dient. Die Erfindung schliesst selbster vornehmlich auf die achsparallele Magnetfeldkompo- verständlich auch die Anwendung einer zusätzlichen, gela-nente des permanentmagnetischen Körpers 3 reagiert. Das gerten Hilfsachse nicht aus. Magnetic poles N, S, N, S are present and the dipole mo- tors that are required to carry out the process compensate each other. The maximum transferable magnetic field can also by other means such. B. with dre-torque - the reference value - is in this case in this permanent magnet, fixed cylindrical approximation proportional to the field strength gradient in Rieh solenoid coils or ironless Helmholtz coils, as magnetization of the axis of rotation. The field strength gradient is proportional coil, can be achieved. Further applications of the field strength method and in the coil arrangement according to FIG. 3 rens also arise in particular in cases where this is only slightly dependent on the position. In this embodiment, a torque to be compared with a reference value is used as a variable derived from the permanent magnetic body 3 in the drive part SS for indirect assessment of a further 6 a Hall sensor 9 as a magnetic field sensor in such a way that physical quantity serves. The invention also includes the use of an additional, permanent element of the permanent magnetic body 3, which, of course, also reacts primarily to the axially parallel magnetic field component. The auxiliary axis does not work.
Signal des Hall-Sensors 9 wird durch eine elektronische Der anspruchsmässige Umfang der Erfindung ist nicht auf Signal of the Hall sensor 9 is by an electronic The demanding scope of the invention is not based on
Schaltung im Steuerteil bezüglich des Umdrehungszustandes 60 die hier beschriebenen Beispiele von Ausführungsformen des Prüflings (synchrones Mitdrehen : ja/nein), wie auch des Verfahrens, der Vorrichtungen oder der Anwendungen bezüglich der Stärke der Magnetisierung des im Zählwerk begrenzt. Circuit in the control part with respect to the state of rotation 60 the examples described here of embodiments of the test specimen (synchronous rotation: yes / no), as well as the method, the devices or the applications with regard to the strength of the magnetization of the in the counter limited.
B B
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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