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Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Ermittlung der Massenverteilung
eines Körpers Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur dynamischen Ermittlung der
Massenverteilung eines Körpers bezüglich einer Bezugsachse durch Anregen des Körpers
zu translatorischen Schwingungen mittels von außen eingeleiteter Kräfte.
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Bei bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur dynamischen Unwuchtermittlung
wird der zu prüfende Körper in Rotation versetzt und die vorhandenen Unwuchten durch
ihre Fliehkräfte bzw.
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Momente aufgedeckt. Hierzu ist eine besondere Ausbildung der Antriebe
und der Lagerungen für den Wuchtkörper erforderlich, insbesondere dann, wenn schwerere
Wuchtkörper zu prüfen sind. Ein solcher Aufwand wird häufig als nachteilig empfunden.
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Es ist zur Vermeidung dieser Nachteile bereits vorgeschlagen worden,
den Körper zu translatorischen Schwingungen senkrecht zu seiner Achse anzuregen.
Bei ungleichmäßiger Massenverteilung führt er hierbei Pendelbewegungen um die Achse
aus.
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Diese Bewegungen bzw. die hierbei auftretenden Kräfte dienen zur Ermittlung
der Massenverteilung.
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Die Erfindung schafft bei Vermeidung der Nachteile der bekannten
Verfahren und Vorrichtungen ein Verfahren, das es sowohl ermöglicht, die Massenverteilung
von Rotationskörpern als auch von nicht symmetrischen Körpern zu ermitteln. Dies
wird dadurch erreicht, daß die Anregung zu translatorischen Schwingungen, vorzugsweise
eines sinusförmigen Verlaufs, in Richtung der Bezugs achse erfolgt und die dadurch
auftretenden Auswirkungen der Massenverteilung gemessen werden.
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Besonders geeignet zur Durchführung des Verfahrens ist eine Vorrichtung,
bei der eine Einrichtung zur Erzeugung translatorischer Schwingungen derart mit
einer Aufnahmevorrichtung für den Körper, dessen Massenverteilung zu ermitteln ist,
weich gekoppelt ist, daß die translatorischen Schwingungen auf den Körper in Richtung
seiner Bezugsachse für die Massenverteilung übertragen werden und dieser bei ungleichmäßiger
Massenverteilung zu taumelnden Relativbewegungen gegenüber der Schwingungserzeugungseinrichtung
befähigt ist, und daß an der Aufnahmevorrichtung oder am Körper selbst Meßeinrichtungen
zur Ermittlung der Taumelbewegungen unter Ausschluß der translatorischen Schwingungen
selbst angreifen. Bei dieser Vorrichtung wird die Tatsache ausgenutzt, daß der Körper
bei ungleichmäßiger Massenverteilung durch die axialen Schwingungen in taumelnde
Bewegungen versetzt wird, die mit an sich bekannten Mitteln, z. B. weg-, geschwindigkeits-,
beschleunigungsmessenden, mechanischen, elektrischen oder optischen Einrichtungen,
aufgenom-
men und zur Bestimmung der Massenverteilung herangezogen werden können.
Hierbei werden die die Körperbewegungen ermittelnden Einrichtungen zweckmäßigerweise
auf einer Basis, die mit dem Erzeuger der translatorischen Schwingungen starr gekoppelt
ist, derart angeordnet, daß sie die Körperbewegungen am Körper selbst oder an dessen
Aufnahme abtasten. Durch diese Art der Anordnung der Schwingungsaufnehmer wird der
Anteil der translatorischen Schwingungen eliminiert.
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Bei einer weiteren zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens
geeigneten Vorrichtung ist diese zur Erzeugung translatorischer Schwingungen derart
mit einer Aufnahmevorrichtung für den Körper, dessen Massenverteilung zu ermitteln
ist, starr gekoppelt, daß die translatorischen Schwingungen auf den Körper in Richtung
seiner Bezugsachse für die Massenverteilung übertragen werden, und sind zur Ermittlung
der bei ungleichmäßiger Massenverteilung auftretenden Spannungen zwischen Schwingungserzeugungseinrichtung
und Körper Meßeinrichtungen vorgesehen. Infolge der starren Kopplung zwischen Körper
und Schwingungserzeugungseinrichtung ist der Körper nicht in der Lage, Bewegungen
relativ zur Schwingungserzeugungseinrichtung auszuführen. Bei ungleichmäßiger Massenverteilung
entstehen demzufolge Spannungen, die mit an sich bekannten Mitteln, z. B. Dehnungsmeßstreifen,
Elektreten usw., ermittelt und zur Bestimmung der Massenverteilung herangezogen
werden können.
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Bei Rotationskörpern dient als Bezugsachse für die Massenverteilung
in der Regel die Rotationsachse, bei nicht symmetrischen Körpern die durch den Soll-Schwerpunkt
gehende Achse.
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In den Abbildungen ist die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
in schematischer Weise dargestellt. Es zeigt Abb. I eine Vorrichtung mit einer für
Taumelbewegungen weichen Kopplung zwischen Schwingungserreger und Prüfkörper, Abb.
2 eine Vorrichtung mit starrer Kopplung zwischen Schwingungserreger und Prüfkörper,
Abb. 2 a eine Ansicht gemäß SchnittA-B in Abb. 2, Abb. 3 eine Prinzipschaltung für
die Vorrichtung nach Abb. 2.
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In Abb. 1 ist der zu prüfende Körper 1 in einer Aufnahmevorrichtung
2 derart eingelagert, daß die Bezugsachse des Körpers, bezüglich der seine Massenverteilung
zu ermitteln ist, senkrecht zur Ebene der Aufnahmevorrichtung durch deren Mittelpunkt
verläuft. Die Bezugs achse fällt mit der Mittelachse einer Übertragungsstange 3
zusammen, mittels der die Aufnahmevorrichtung 2 mit einem Schwingungserreger 4 gekoppelt
ist. Der Schwingungserreger kann in an sich bekannter Weise ausgebildet sein. Beispielsweise
kann als Schwingungserreger ein Magneterreger, ein Kurbeltrieb, eine Nockenwelle
oder ein Kolbenantrieb verwendet werden. Im dargestellten Ausfiihrungsbeispiel besteht
der Schwingungserreger aus einem von einem Drehstrommotor angetriebenen Kurbeltrieb.
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Der Schwingungserreger 4 versetzt die Stange 3 und damit die Aufnahmevorrichtung
2 zusammen mit dem Körper 1 in translatorische Schwingungen in Richtung des Pfeils
P. Die Stange 3 besitzt eine Stelle 3a verminderten Querschnitts. Dies wirkt sich
so aus, daß die translatorischen Schwingungen vom Erreger 4 auf die Aufnahmevorrichtung
2 direkt übertragen werden, aber eine genügend weiche Kopplung für Taumelbewegungen,
die der Körperl mit der Aufnahmevorrichtung 2 ausführt, wenn die Masse des Körpers
1 ungleichmäßig verteilt ist, vorhanden ist.
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Über die Stange 3 ist eine Basis 5 starr mit dem Erreger 4 verbunden,
so daß sie die translatorischen Schwingungen desselben mit ausführt. Auf ihr sind
elektromagnetische Tauchspulen 6, 7 angeordnet, von der die eine, 7, um 903 versetzt
dargestellt ist. Die Tauchspulen tasten mit ihren Tastgliedern 6a, 7 a die Taumelbewegungen
der Aufnahmevorrichtung 2 relativ zur Basis 5 ab. Die translatorischen Schwingungen
selbst bleiben hierbei ohne Auswirkung auf die Tauchspulen, da diese die translatorischen
Schwingungen mit ausführen. Durch die Bewegungen der Tastglieder 6 a, 7 a wird in
den Tauchspulen 6, 7 ein Strom im Takt der Taumelbewegungen erzeugt bzw. moduliert,
der jeweils der Drehspule eines wattmetrischen Meßinstruments 8 bzw. 9 zugeführt
wird. Die Feldspulen der beiden wattmetrischen Instrumente 8, 9 werden durch einen
Strom beaufschlagt der in einem GeneratorlO, der mit dem Erreger 4 gekuppelt ist,
phasentreu mit der Erregung erzeugt wird. Die Anzeige der Instrumente 8, 9 ist ein
Maß für die Massenverteilung im Körper 1. Die Anordnung der Tauchspulen 6, 7 auf
zwei sich kreuzenden Diagonalen ermöglicht die Ermittlung der Massenverteilung in
zwei Koordinaten. Wenn nur eine Ermittlung in einer Koordinate erforderlich ist,
kann
die Meßanordnung für eine Diagonale entfallen.
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Der Körper ist entsprechend in die Aufnahmevorrichtung einzulegen.
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Auch bei Verwendung einer Meßanordnung für nur eine Diagonale ist
eine Ermittlung in zwei Koordinaten möglich, wenn man den Körper nach der ersten
Ermittlung um 900 in der Aufnahme dreht und sodann ein zweites Mal die Messung durchführt.
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In Abb. 2 ist der Körper 21 in der Aufnahmevorrichtung 22 derart
eingelagert, daß seine Bezugsachse, bezüglich der die Massenverteilung zu ermitteln
ist, senkrecht zur Ermittlungsebene und der dazu parallelen Ebene der Aufnahmevorrichtung
zusammenfallend mit der Mittelachse der Übertragungsstange 23 liegt. Die Aufnahmevorrichtung
ist über die Ubertragungsstange 23 starr mit dem Schwingungserreger 24 gekoppelt.
Durch den Erreger 24 wird der Körper 21 zu translatorischen Schwingungen in Richtung
des Pfeils P angeregt.
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Bei dieser Vorrichtung ist der Körper nicht zu Relativbewegungen
gegenüber dem Erreger 24 befähigt. Infolge ungleichmäßiger Massenverteilung treten
jedoch in der Stange 23 Kräfte auf, die mittels der auf der Oberfläche der Stange
um 900 gegeneinander versetzt angebrachten Dehnungsmeßstreifen an b, c, d (Abb.
2 a) in Wechselspannungen bzw.
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Wechselströme umgesetzt werden. Je zwei einander diagonal gegenüberliegende
Dehnungsmeßstreifena, b bzw. c, d sind zu einer an sich bekannten Meßbrücke zusammengeschaltet,
deren Eingangsklemmen an einer Gleichspannungsquelle liegen und deren Ausgangsklemmen
über einen Verstärker 25 und einen Gleichrichter26 mit der Drehspule eines Drehspulinstruments
27 verbunden sind.
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In Abb. 3 ist die Schaltungsanordnung für eine Diagonale dargestellt.
Die Anordnung für die andere Diagonale ist die gleiche; es treten lediglich die
in den Klammern angegebenen Dehnungsmeßstreifen an Stelle der direkt angegebenen.
Auch hier ist eine Ermittlung in zwei Koordinaten bei Verwendung einer Anordnung
für nur eine Diagonale analog zu dem zuvor Gesagten möglich.
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In beiden als Ausführungsbeispiel angegebenen Vorrichtungen kann
die Massenverteilung eines Körpers entweder in zwei Komponenten (Diagonalen) oder
in einer Komponente ermittelt werden. Ebenso können in jeder Vorrichtung bei entsprechender
Schaltung an Stelle der angegebenen Meßinstrumente diejenigen der anderen Vorrichtung
verwendet werden. Desgleichen sind in analoger Anwendung andere Arten von Schwingungsaufnehmern,
z. B. weg-, geschwindigkeits-, beschleunigungs- oder kraftmessende, anwendbar.