DE1077444B - Anordnung zur Analyse von Schwingungen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Analyse von Schwingungen Es ist bekannt, daß mechanische Schwingungen, die von rotierenden Körpern angeregt werden, häufig unzulässige Geräusche hervorrufen. Solche Geräusche treten z. B. vielfach bei den Stufengetrieben auf, die in Kraftfahrzeugen Verwendung finden. Dariiber hinaus sind auch mitunter die durch Wälzlager verursachten Geräusche unzulässig, und zwar dann, wenn die - mit solchen Lagern ausgerüsteten Maschinen einen besonders leisen Gang haben müssen, wie z. B.
• Tonfilmaufnahmekameras.
• In- vielen Fällen genügt es nicht, die Unzulässigkeit der von den betreffenden rotierenden Körpern angeregten Schwingungen lediglich mit einem breitbandigen Geräuschmesser objektiv (z. B. in Phonwerten) zu bestimmen, sondern es ist eine Analyse des das Geräusch darstellenden Frequenzgemischs erforderlich, sei es; daß man aus einer solchen Analyse Rückschlüsse auf die Ursachen für die einzelnen Fre-- quenzen, sei - es, daß man etwaige von fremden Quellen - stammende Geräusche ausschließen will.
• Die Lösung der vorstehenden Aufgabe, d. h. die Durchführung einer Analyse von Schwingungen, die von rotierenden Körpern angeregt werden, ist erfindungsgemäß nach dem Suchtqnverfahren in der Weise erfolgt, daß eine der auszusiebenden, Frequenz der Schwingung gIeiche oder nahezu gleiche Frequenz von einer von dem--rotierenden Körper angetriebenen Magnettrommel abgenommen wird, auf die eine Sinusschwingung nach dem Magnettonverfahren derart aufgebracht -ist, daß die Zahl der auf dem Umfang der Magnettrommel aufgebrachten Schwingungen dem Verhältnis der zu untersuchenden Frequenz zur Drehzahl der Magnettrommel entspricht: -Es wird bei der Erfindung somit, dem Suchtònverfahren entsprechend, einen Vergleichsschwingung herangezogen, die der auszusiebenden, also der nach der Analyse in erster Linie interessierenden- Frequenz der zu untersuchenden Schwingung gleich ist oder mit ihr wenigstens nahezu iibereinstimmt- und diese Frequenz ist einer mit dem rotierenden Körper umlaufenden Trommel nach dem Magnettonverfahren in der angeführten Weise eingeprägt. Die zu untersuchende- Schwingung wird dabei in weiterer Übereinstimmung mit dem Suchtonverfahren mit der in der beschriebenen Weise gewonnenen - Vergleichsschwin-gung gemischt und die bei dieser Umsetzung gewonnene Oifferenz-Frequenz über ein Filter -geführt und schließlich zur-~Anzeige gebracht.
• Der Abnahmekopf für die nach ffem :Magnettonverfahren aufgebrachte Tonspur ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung relativ zur Bewegung der Trommel verschiebbar angeordnet und die Veränderung der Ausgangsspannung der Mischstufe dient bei dieser Bewegung zur Beurteilung der Schwingungs- phase. Bei dieser Art der Ausbildung der Erfindung ist somit eine völlig objektive Ermittlung ---der auszusiebenden Frequenz der Schwingung noch nicht gegeben.
• Eine völlig objektive Anzeige läßt sich einem weiteren erfinderischen Merkmal entsprechend aber dadurch erreichen, daß entweder die von der-Trommel angenommene Frequenz mit einer höheren Frequenz gemischt und die Summe oder Differenz der beiden ausgesiebt wird (elektrische Umsetzung) oder die dem Abtastkopf entnommene Frequenz um- einen bestimmten Betrag gegenüber dem der TrommeldrehzaEl entsprechenden Betrag dadurch verschoben wird, daß der Abtastkopf mit konstanter Geschwindigkeit renativ zur Bewegungsrichtung der Troinmel umläuft (mechanische Umsetzung). In jedem dieser'- - beiden Fälle wird -die Suchtonschwingung vor ihrer Einführung in denjenigen Mischer, in welchem sie mit der zu untersuchenden Schwingung umgesetzt wird, ihrerseits, und- zwar ebenfalls durch Umsetzung in eine solche Frequenzlage gebracht, die sich in ihrer::EIöhe wesentlich von der zu untersuchenden niedrigeren Frequenz unterscheidet. Das Umsetzungsergebnis - ist dadurch auf den in diesem Fall als Filter in Betracht kommenden Bandpaß abgestimmt, und zwar für alle Tourenzahlen des - rotierenden Körpers, ohne daß eine Filteränderung erforderlich ist.
• Die Magnettrommel kann dabei in an sich bekannter Weise aus einem nichtmagnetischen Zylinder bestehen, dessen Mantelfläche mit einer dünnen Schicht von magnetisierbarem Material überzogen ist. Hierhei werden dann die Abtastmagnete sowie' etwaige Löschköpfe in einem Abstand von etwa 30 Lt von der Trommeloberfläche angebracht.
• Zur wahlweisen Anzeige von Frequenzen der zu untersuchenden Schwingung, die sich in ihrem Verhältnis zur Drehzahl unterscheiden, können in weiteurer erfinderischer- Ausgestaltung mehrere Magnetspuren mit entsprechender Schwingungszahl auf der Trommel nebeneinander angeordnet sein, die von einem axial verschieblichen oder von jeweils einem jeder Spur zugeordneten Köpfen abtastbar sind. Bei axial verschieblicher Anordnung gelangen nacheinander immer wieder die gleichen Schaltelemente, d. h. z. B. das Filter und die Anzeigevorrichtung zur Anwendung. Sind jedoch jeder Spur feste Köpfe zugeordnet, so kann entweder ein- und derselbe Satz von Schaltelementen nacheinander Verwendung finden oder es können mehrere derartige Sätze, und zwar immer für jede Spur einer zur Anwendung kommen. so daß die einzelnen auszusiebenden Frequenzen gleichzeitig zur Anzeige gelangen.
• Das zu analysierende Schwingungsspektrum kann erfindungsgemäß auch auf ein Magnetband aufgenommen werden und die Beziehung zur Drehzahl durch eine oder mehrere zusätzliche Steuerspuren hergestellt werden. Dabei lassen sich Suchtonfrequenzen entweder durch Teilen oder Vervielfachen der Steuerspurfrequenzen gewinnen.
• Weitere Merkmale der Erfindung sind aus der nachstehenden Beschreibung an Hand der Zeichnung ersichtlich. Darin ist nach Art eines Blockschaltbilds ein Ausführungsbeispiel dafür wiedergegeben.
• Nach der Zeichnung wird von dem Prüfling 1, der einen rotierenden Körper, also z. B. das Getriebe eines magnetisch am Gehäuse des Prüflings haftenden Abnehmers 3 das zu untersuchende Frequenzgemisch abgenommen und dem Verstärker 4 sowie der Mischstufe 5 zugeführt. Auf der Welle 2 ist weiterhin die Trommel 6 angebracht, auf deren nicht magnetischem Zylinder in der bereits erwähnten Art eine dünne Schicht von magnetisierbarem Material aufgebracht ist. - Auf der so zustande gebrachten Magnettrommel ist in noch zu schildernder Weise eine Sinusschwingung nach dem Magnettonverfahren aufgebracht. Mit Hilfe des Abtastkopfs 7 wird der Trommel 6 somit eine Vergleichsfrequenz entnommen, die jeweils der Tourenzahl, mit der sich der Prüfling 1 und somit auch die Welle 2 dreht, entspricht. Die über den Abtastkopf 7 entnommene Spannung wird im Mischer 8 mit einer höheren, aus dem Oszillator 9 stammenden Frequenz umgesetzt und über den Hochpaß 10 dem Mischer 5 zugeführt, in welchem die in der geschilderten Weise umgesetzte, vom Abtastkopf 7 gelieferte Vergleichsfreqnenz mit der über den Verstärker 4 anstehenden, zu untersuchenden Frequenz gemischt wird. Die aus dem Mischer 5 austretende Differenz-Frequenz gelangt über den ~ Bandpaß 11 und den Gleichrichter 12 zum Anzeigegerät 13, an welchem die Amplitude der auszusiebenden Frequenz ableshar ist.
• Das Aufbringen der Schwingungen auf die Magnettrommel kann einem besonderen erfinderischen Merkmal entsprechend dadurch zustande gebracht werden, daß die Trommel von einem Motor angetrieben wird, der mit einer Frequenz gespeist ist, die durch Frequenzteilung aus der aufzubringenden Frequenz oder einem Vielfachen von ihr gewonnen ist. Es ist aber auch möglich, die Magnettrommel zu diesem Zweck von einem Motor antreiben zu lassen, wobei die aufzubringende Frequenz durch Vervielfachung der Motorspeisefrequenz gewonnen wird. Um Einschaltstöße bei dieser Magnetisierung zu vermeiden, ist es vorteilhaft, die Amplitude der aufzubringenden Frequenz bei Beginn und am Ende des Aufbringens vom Wert Null bis zum Maximalwert und umgekehrt zu verändern.
• Um die auf die Trommel aufgebrachten Tonspuren nach Belieben auslöschen zu können und die Trommel dadurch für anderweitige Verwendungszwecke vorzubereiten, ist es schließlich noch zweckmäßig, einen axial längs der Trommel verschiebbaren Löschkopf vorzusehen, mit welchem wahlweise jede beliebige Spur gelöscht werden kann. Mit einer solchen Einrichtung ist es dann sowohl möglich, alle Spuren zu löschen, wie auch eine jeweils gewünschte Auswahl von ihnen zu beseitigen, so daß die Trommel an den betreffenden Stellen zur Aufbringung neuer Spuren dienen kann.
• Die Erfindung- ist auf die eingangs geschilderten Anwendungsbeispiele in keiner Weise beschränkt. Sie ist vielmehr in allen Fällen brauchbar, -in denen von rotierenden Körpern angeregte Schwingungen analysiert werden sollen. Solche Anwendungsfälle liegen in großer Zahl bei allen Arten von Verzahnungs getrieben vor, wobei es also völlig gleichgültig ist, ob es sich um Stirnrad- oder Kegelradverzahnungen handelt und ob dieZahnflanken gerade oder gekrümmt verlaufen. Darüber hinaus erschließt sich ein weites Anwendungsgebiet für die Erfindung aber auch bei der Untersuchung von Torsionsschwingungen, wie sie z. B. an den Kurbelwellen von Kolbenmaschinen auftreten. Als Aufnehmer dient bei der Untersuchung solcher Drehschwingungen ein Torsionsschwingungsgeber. Der Suchton wird wieder von einer mit der tordierenden Welle verbundenen Trommel über eine oder mehrere Abtastköpfe geliefert. Hierbei muß jedoch dafür Sorge getragen sein, daß die Trommel die Torsionen nicht mitmacht, daß sie also z. B. zwischen dem die tordierende Welle antreibenden Motor und dem antreibenden Ende dieser Welle angeordnet ist.
• PATENTANSPRt;CHE: 1. Anordnung zur Analyse von Schwingungen, die von rotierenden Körpern angeregt werden, nach dem Suchtonverfahren, dadurch gekcnnzeidinet, daß eine der auszusiebenden Frequenz der Schwingung gleiche oder nahezu gleiche Frequenz von einer von dem rotierenden Körper angetriebenen Magnettrommel abnehmbar ist, auf die eine Sinusschwingung nach dem Magnettonverfahren derart aufgebracht ist, daß die Zahl der auf dem Umfang der Magnettrommel aufgebrachten Schwingungen dem Verhältnis der zu untersuchenden Frequenz zur Drehzahl der Magnettrommel entspricht.

Claims (1)

1. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abnahmekopf relativ zur Bewegung der Trommel verschiebbar angeordnet ist und die Veränderung der Ausgangsspannung der Mischstufe bei dieser Bewegung zur Beurteilung der Schwingungsphase dient.

   3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Trommel abgenommene Frequenz mit einer höheren Frequenz gemischt und die Summe oder Differenz der beiden ausgesiebt wird.

   4. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Abtastkopf entnommene Frequenz um einen bestimmten Betrag gegenüber dem der Trommeldrehzahl entsprechenden Betrag dadurch verschoben wird, daß der Ahtastkopf mit konstanter Geschwindigkeit relativ zur Bewegungsrichtung der Trommel umläuft.

   5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnettrommel aus einem nichtmagnetischen Zylinder besteht, dessen Mantelfläche mit einer dünnen Schicht von magnetisierbarem Material überzogen ist.

   6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur wahlweisen Anzeige von Frequenzen der Schwingung, die sich in ihrem Verhältnis zur Drehzahl unterscheiden, mehrere Magnetspuren mit entsprechender Schwingungszahl auf der Trommel nebeneinander angeordnet sind, die von einem axial verschieblichen oder von jeweils jeder Spur zugeordneten festen Köpfen abtastbar sind.

   7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zu analysierende Schwingungsspektrum auf Magnetband aufgenommen wird und die Beziehung der Drehzahl durch eine oder mehrere zusätzliche Steuerspuren hergestellt wird.

   8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Suchtonfrequenzen durch Teilen oder Vervielfachen der Steuerspurfrequenzen gewonnen werden.

   9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Aufsprechens der Schwingung auf die Magnettrommel diese von einem Motor angetrieben wird, der mit einer Frequenz gespeist ist, welche durch Frequenzteilung aus der aufzusprechenden Frequenz oder einem Vielfachen von ihr gewonnen ist.

   10. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke des Aufsprechens der Schwingung auf die Magnettrommel diese von einem Motor angetrieben wird, wobei die aufzu sprechende Frequenz durch Vervielfachung der Motorspeisefrequenz gewonnen wird.

   11. Anordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der aufzusprechenden Frequenz bei Beginn und am Ende des Aufsprechens vom Wert Null bis zum Maximalwert und umgekehrt verändert wird.

   12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein axial längs der Trommel verschiebbarer Löschkopf vorgesehen ist, mit dem wahlweise jede beliebige Spur gelöscht werden kann.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Erdöl und Kohle, 9 (1956), S. 756.