DE1673919C3 - Vorrichtung zum Bestimmen des mechanischen Zustandes von Maschinen - Google Patents

Vorrichtung zum Bestimmen des mechanischen Zustandes von Maschinen

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DE1673919C3
DE1673919C3 DE19681673919 DE1673919A DE1673919C3 DE 1673919 C3 DE1673919 C3 DE 1673919C3 DE 19681673919 DE19681673919 DE 19681673919 DE 1673919 A DE1673919 A DE 1673919A DE 1673919 C3 DE1673919 C3 DE 1673919C3
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Eivind Olav Tumba Soehoel (Schweden)
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    • G01HMEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
    • G01H1/00Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector
    • G01H1/003Measuring characteristics of vibrations in solids by using direct conduction to the detector of rotating machines

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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung /um Bestimi- en des mechanischen Zustandes von Maschinen mit einem Meßfühler, der in der Maschine auftretende mechanisch 2 Schwingungen in elektrische Schwingungen umwände!', mit dem Meßfühler nachgesch. 'teien Filterorganen. i-vipu!sformern und einem Anzeigegerät.
Die Bestimmung des mechanischen Zustandes von Maschinen ist in der Praxis in erster Linie bei der Beurteilung des Zustandes von Maschinenlagern von Bedeutung.
Ein durch einen Fehler erzwungener Lagerausi tusch verursacht bei großen Maschinen zunächst durch den Produktionsausfa'l bedeutende Kosten. Es ist daher notwendig, daß man den Zustand der Lager fortlaufend übet wachen und deren verbleibende Lebensdauer voraussagen b/w. abschätzen kann. Erst dann ist es möglich, bei bestimmten Gelegenheiten, z. B. bei aus anderen Gründen notwendigen Stillstandszeiten der Maschine, Lageraustausche durchzuführen.
Die bisherigen Methoden zur Beurteilung des Lagerzustandes sind folgende:
1. Genaue Ankunftkontrolle und Innehaltung der Lebensdauerempfehlungen der Lagerhersteller;
2. Abhorchen von Lasertreräusi hen mittels Holzstift. Stethoskop od. dgl.;
3. Schwingungsmessungen.
Die erste Methode ist sicher, sie zeigt jedoch keine beginnenden Fehler an. Man legt lediglich eine statistische Erfahrung zugrunde, wobei aus Sicherheitsgründen vom Lagerherstellcr die Lebensdauerempfehlungen sehr niedrig angesetzt werden. Diese Empfehlungen können vielmals überschritten werden, wobei dann jedoch ein erhöhtes Risiko hinsichtlich eines Katastrophenfehlers zu tragen ist. Die »Abhorchmethode« ist eine alte überprüfte Methode, die ein gutes Ergebnis geben kann, falls sie richtig angewandt wird. Die Bedienungsperson muß jedoch selbst Lagergeräusche von übrigen Maschinengeräuschen unterscheiden können, und das Gutachten wird selbstverständlich sehr subjek-
UV.
Die Schwingungsmessungsmethode beruht darauf, daß man Schwingungen in den Lagergehäusen mißt und analysiert. Aber auch hier handelt es sich darum. daß Lagerschwingungen von übrigen Schwingungen abgetrennt werden. Es sind eine Vielzahl von Schwingungsmeßvorrichiungen bekannt, die jedoch, wie die Praxis gezeigt hat. nur eine sehr begrenzte Anwendburkeil haben.
ίο So wird beispielsweise bei einerr in »The General Radio Experimenter. Bd. 35. No. 11. November 1961«. beschriebenen Vibrationsmesser in üblicher Weise ein Geber verwendet, mit dem breitbandig innerhalb des linearen Geoietes des Gebers, d. h. unterhalb der Re-
-ä sonanzfrequenz desselben gearbeitet wird. Alle Meßwerie sind daher repräsentativ, d.h. sie spiegeln die Wirklichkeit wieder. Bei Auftreten eines Stoßes kann man den gesamten Stoßverlauf messen, da es sich um einen relativ langsamen Ablauf desselben handelt. C e Schwingungen werden in Form einer rein elastischen Ausschwingung gemessen und man arbeitet mit reinen harmonischen Schwingungen. Mit dem bekannten Gerät kann man keine Spitzenamplituden messen, da der Geber dem wirklichen Verlauf der /u Beginn eines Stoßes auftretenden Kompressionsfälle nicht folgen kann.
Wie im aligemeinen bekannt ist, führen Schaden im Inneren el· er Maschine zu leichten, örtlich begrenzten Schlägen und Stoßen. Beispiele für derartige Schaden sind ein übermäßig großes Lagerspiel, beschädigte und fehlerhalte Lager, die Anwesenheit von Fremdstoffen in dem zur Verwendung kommenden Schmiermittel, eine unmittelbare Anlage der Welle an der Lageroberflaehe von Gleitlagern. Spiel zwischen den Zähnen miteinander kämmender Zahnräder, übermäßiges Spiel zwischen den Steuerorganen /\khsch arbeitender Maschinen usw.
Von der Beruhrungsstelle der mit Schljg laufenden Maschinenelemente gelit eine starke Stoßwelle (Anfangsschwingung) mit sehr kurzer Einschwingzeit nach außen. Die Einschwingen und die Amplitude der Anfangsschwingungen werden entscheidend von der Schallgeschwindigkeit im Werkstoff und von der relativen Rota'.ionsgeschwindigkeii der betreffenden Maschinenelemente bestimmt; von der Masse der Maschineneiemente sind sie somit unabhängig.
Die Anfangsschwingung verursacht im Material der Maschinenelemente eine Viei/ahl verschiedener Stoßschwingungen mit verhältnismäßig hoher Frequenz. Die Amplitude, die frequenz und der Dämpfungszyklus der Stoßschwingungen werden durch die Materialeigenschaften und die Form der Maschinenelemente bestimmt. Die Bestimmung des mechanischen Zustandes einer bestimmten Maschine, die auf der Messung der in der Maschine auftretenden Stoßschwingungen basiert.
wird son durch die Kennlinie der Maschine stark beeinflußt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe man objektiv und zuverlässig den mechanischen Zustand einer sich im Betrieb befindlichen Maschine bestimmen kann, die normalerweise schwingt und Geräusche erzeugt, ohne daß diese Schwingungen und Geräuscherscheinungen irgendeine Einwirkung auf die Bestimmung beispielsweise des Lagerzustandes bzw. der Lagerkondition haben. Die Masse der verschiedenen in der Maschine enthaltenden Maschinenelemente soll ohne Einfluß auf die Zustandsbestimmung bzw. Zustandskontrolle sein, wobei lediglich leicht meßbare oder durch die Konstruk-
tion der Maschine bekannte Größen, beispielsweise die Schallgeschwindigkeit in dem verwendeten Material der Machine und die relativen Drehgeschwindigkeiten der jeweiligen Maschinenteile, einen Einfluß aui das Meßergebnis haben dürfen, da derartige Wene von vorneherein festliegen utid daher bei der endgültigen Auswertung leicht eliminierbar sind.
Beim Umsetzen tier mechanischen Schwingungen in analoge elektrische Schwingungen erzeugen die Anfang ^schwingungen in dem zur Verwendung kommend_-n Meßfühler elektrische Stoßschwingungen. Die Frequenz und die Dämpfung dieser .Stoßschwingungen richten sich nach der Kei -.linie des Meßfühlers und stellen somit bekannte pliysikaf"- m- Größen dar.
Diese Aufgabe wird !»ei eine, vorrichtung der eingangs genannten Art rinn-' c1»· im kennzeichnenden Teil des Anspruchs ! ec?· r.._n Merkmale gelöst. Bei der erfindungsgemäS, Vorrichtung werden nur die üer Resonanzfrer···*../. dts Meßfühlers entsprechenden Impulse angezeigt. " ■ daß sich durch die Maßnahmen:
1. Meßwertaufnehmer gibt praktisch nur die Resonanzfrequenz ab.
2. die nachgeschalteten Filterorgane sind auf dies«.· Resonanzfrequenz abgestimmt.
eine äußerst große Frequenzselektivität ergibt, was praktisch dazu führt, daß nur hochfrequente Schwingungen, die Stoßen entsprechen, angeregt werden. Diese Stöße haben im Vergleicn zu den Eigenschwingungen der zu untersuchenden Maschine, insbesondere be frequenz der Stoßschwingungen als Funktion ihrer Größe.
F i g. 3b die Form des an bestimmten Stellen des Gerätes nach F i g. 3a auftretenden Signals.
Fig.4a ein Gerät zum Messen der maximalen Größe der Stoßschwingungen während einer bestimmten Zeitspanne.
F ι si 4b die Form des an bestimmten Stellen des Geräte', nach F i g. 4a auftretenden Signais.
F : g. 5a ein Gerät zum Bestimmen der Stoßschwingungen zu einem beliebigen Zeitpunkt im Arbeitszyklus der Maschine und
F 1 g. 5b die Form des an bestimmten Stellen des Gerätes nach F i g. 5a auftretenden Signals.
D.e F i g. 1 zeigt das Schaltdiagramm einer Vorrichtung zum "Bestimmen des mechanischen Zustandes von Maschinen und /ur Auswertung der Stoßschwingungen. die bei der Umsetzung mechanischer Schwingungen in analoge elektrische Schwingungen im Meßfühler ei ze ugt werden. Bei <iem dargestellten Ausfi'hrungsbeispic-1 geht die l'mse;""g mittels eines piezoelektrischen Beschleunigungsmessers mit einer Resonanzfrequenz zwischen 30 und 4OkHz vor s..h. Die aus d-m Beschleunigungsmesser abgehenden Signale werden über die Eingangsklemme A dem Gerät 200 für die Frequenzabtrennung und Feststellung der individuellen StoJschwingiingen zugeleitet. Die individuellen Stoßschwingungen werden darauf zu Einheitsimpulsen integriert, deren Amplituden dem Energieanteil der Stoß-
zogen auf deren niedere Ordnungen, einen huchfre- 30 Schwingungen proportional sind. Vor dem Verlassen quenten Charakter, so daß z. B. Biegeschwingungen d*-"> Gerätes 200 werden die Einheitsimpulse in Impulse keinen Einfluß auf das Meßergebnis ausüben. mit loparithmischen Amplitudenfunktionen umgesetzt.
Bekannte Dämpfungsanpassungen wirken nicht der- Hie logarithmischen Einheitsimpulse gehen von der
art selektiv, da es bisher allgemein üblich war, die Auf- Au .gangsklemme B des Gerätes 200 zu dem MeU- und neH lter gerade so auszubilden, daß deren Frequenzcha- 35 An.ilysenger.it 300 oder ab„r zum Meßgerat 400. und
rakteristik über einen großen Frequenzbereich konstant ist.
Eine vorteilhafte Weiterbildung de- 1. alung ergibt sich aus dem Anspruch 2.
Die Erfindung nutzt demnach die an sich bekannte 40 wenn Tatsache aus, daß ein mit seiner Resonanzfrequenz schwingerdes System, dem ein auf diese Resonanzfrequenz .abgestimmtes Filter /ugenrdnet ist. ein niilierst schmalbandiges Übertragungsverhalten — hinsichtlich dir Frequenz — aufweist, wodurch eine hohe Empfindlichkeit in diesem Frequenzbereich erzielt wird. Diese Erscheinung wird beispielsweise bei einer Vorrichtung gemäß der DT-AS 1 250 138 dazu ausgenutzt. Gradienten statischer Kraftfelder, wie z. B. des Schwerefeldes der Erde, zu messen, denn bei der in dieser Druckschrift beschriebenen Vorrichtung wird ein Körper mit <\ner derartigen Drehzahl in Rotation versetzt, daß ein ausgewählter Srhweregradient diesen zu Resonanzschwingungen veranlaßt, die, bevor eine entsprechende Anzeige ertolgt, als elektrische Signale einen schmalbandigen, d. h. frequenzselektiven Verstärker passieren.
Die ErfiiifSng wird im folgenden beispielsweise an Hand der Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 in schematischer Darstellung ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Bestimmen des mechanischen Zustandes von Maschinen,
Fig.2a12 die Baugruppen der Vorrichtung nach F i g. 1 für die Abtrennung, Feststellung und analoge zwar entweder unmittelbar über den Schalter 101 od τ aber über das Steuergerät 500. Das Gerät 300 dient zusammen mit dem AnzeigeinstiL'nient 103 dem Messen der Erscheinungsfrequenz der Einheitsimpuise.
diese einen bestimmten Pegel überschreiten.
Außerdem kann das Gerät 300. da es mechanisch mii dem Schreiber 113 verbunden ist. dazu verwendet werden, die aufgezeichnete Erselicinungsfrequenz der Einheitsimpulse als Funktion der Amplitude zu analyie-
reri. Das Gerät 400 dient zusammen mit dem Anzeigemstrument 105 oder dem Schreiber 115 zum Messen de· maximalen Amplitude der Einheitsimpulse innerhab einer bestimmten Zeitspanne. Das Steuergerät 500 hai die Aufgabe, mit Hilfe von Synchronisierungsimpul-
sen. die von dem zu messenden Objekt zur Eingangsklemme L gehen, die Einheitsnnpulsc in bestimmten Zeitspannen während des Arbeitszyklus der Maschine abzutrennen. Außerdem kann das Gerät 500 dazu ver
Umwandlung der Stoßschwingungen,
wtrncie" weruen, unier ^.uinnciiu ; <.««.· ...^
seien Verbindung mit dem Schreiber 115 die maximale Amplitude der impulse als Funktion des Arbeitszyklus de Maschine zu analysieren.
Die Fig.2a12 zeigt das Gerät 200 unter Verdeutlichung von Einzelheiten seines Aufbaues. Angefangen mit der Eingangsklemme A en'.hält das Gerät einen Meßverstärker, der als Ladungsverstärkerkreis ausgebikht ist und aus dem Arbeitsverstärker 20Ϊ, dem Kondensator 202 und dem Widerstand 203 zum Stabilisieren des Pegels besteht. Das Signal geht von dem Meßverstärker zu Filterorganen in Form einer Hochfre-
Fig.2b die Formen der an bestimmten Stellen der 65 verstärker zu i-iuerorganen m ruun cmu 1 ■««.■,..-
genannten Vorrichtung (F i g. 2a'·2) auftretenden Signa- quenzsiebkette, die sich aus dem Arbeitsverslärker 204,
Ie, den Kondensatoren 205. 206, 207 und den Widerstän-
F i g. 3a ein Gerät zum Bestimmen der Erscheinungs- den 208 und 209 zusammensetzt. Danach wird das Si-
gnal über den Spannungsteiler 210 verzweigt und' gelangt durch den Eingangswiderstand 211 in einen Vcrgleichsstromkreis, zu dem der Arbehsvcrslärkcr 212. die Grenzdiode 213, der Widerstand 214 und der Kondensator 215 gehören^ Von dem Vergleichssirornkreis gehl das Signal zu dem Differenzverstärker 217 und dem Impulsdehnungskreis 218. Aus dem Impülidehnungskreis wird das Signal über den Widerstand 219 zusammen mit dem über den Widerstand 220 herangeführten konstanten Strom in einen Integnerkreis cingc leitet, der aus dem Arbeiisverstarke- 221 dem Kondensator 222 und der Diode 22? besteht. Der Integrierkreis ist seinerseits in Rückkopplung an den positiven Ein gang Jes Diffcrentialverstarkers 217 und über den Widerstand 216 an den positiven t.ingang des Ver gleichsstromkreises angeschlossen.
Das Signal wird vom Spannungsteiler 210 aus. ferner über den Eingdngswiderstand 224 in einen Pegelsteucrkreis eingeleitet, der aus dem Arb-:itsverstärker 225 und dem Widerstand 226 besteht. Aus dem Pegclsteuerkreis geht das Signal durch den Eingangswidersland 227 zu einem Prazisionsgleichnchter. der sich aus dem Λ rbeitsverstärker 228. dem Widerstand 229 sowie den Dioden 230 und 231 zusammensetzt. Von dem Prä/i sionsgleichrichter läuft das Signal über den Eingangswiderstand 232 zu einem Signal-Iniegrierkreis mit dem Arbeit'.verstärker 233 und dem Kondensator 234. Bevor da? Signal an die Ausgangsklemme B gelangt, durchläuft es einen logarithmischen Stromkreis, /u dem der Eingangswiderstand 235. der Arbeitsverstärker 236 und die logarithmische Rückkopplung 237 gehören. Vom Ausgang des dem Integrierkreis zugeordneten Verstärkers 233 wird das Signal über einen Dämpfungssimulalor dem positiven Eingang des Verstärkers 225 für die Pegelsteuerung zugeführt. Zu dem Dämpfungssimulator gehören der Eingangswiders· and 238. der Arbeilsverstärker 239. die Widerstände 240. 241. 242 und der Kondensator 243. Zwischen den Ausgängen des Verstärkers 225 für die Pegelsteuerung und dem Verstärker 233 des Integrierkreises befindet sich ein Vergleichsstromkreis, in welchem die Eingangs widerstände 244 und 245. der Arbeitsverstärker 246. die Grenzdioden 247. der Widerstand 248 und der Konden sator 249 liegen. Vom Ausgang des Vergleichskreises geht das Signal zum Differentialverstärker 250 und weiter zu dem !mpulsdehnungskreis 251. Die von dem Impulsdehnungskreis abgehenden impulse steuern wiederum den Transistor 252 mit Nulleinstellung und den Impedanzsteuertransistor 253.
: In Fig.2a1"2 erscheinen an einigen Slellen die Bezugsziffern i. 2,3. 4 und 5. Aus F t g. 2b geht die Form hervor, welche die Signale an diesen Stellen haben.
Die F i g. 3a zeigt schemalisch ein Gerät zum Messen der Erscheinungsfrequenz der Stoßschwingungen, wenn deren Größe eine bestimmte Grenze überschret- ict, Angefangen mil der Eingangsklemme F enthält das Gerät 300 einen Vergleichsstromkreis mit dem Eingangswiderstand 301. dem Arbeitsverstärker 302 und den Grenzdioden 303. Das Signa! geht vom Ausgang des Vergleichsslromkreises zum Differentialverstärker 304 und wird in den Auslöser am Eingang des monostabilen Flipflop 305 eingeleitet. Aus dem monostabilcn Füpflop gehen die Impulse in einen Integrierkreis. zu dem der Eingangswiderstand 306, der Arbeitsverstärfcer 307. der Kondensator 308 und der iogarithmische Ruckkopplungskreis 309 gehören. Der Integrierkreis ist über die Ausgangsklemme K mit dem Anzeigeinstrument 103 oder auch mit dem Schreiber H3 verbunden.
Die positiven Eingänge des Verstärkers 302 des Vcrglcichskrcises und des Diffcrentialvcrstä'rkcrs 304 haben Verbindung mit dem Spannungsteiler 310. Der Spannungsteiler wiederum kann, durch den Schreiber 113 mechanisch gesteuert werden.
In Fig.3a sind,einige Stellen mit den Bezugsziffern 5. 6. 7, 8 verschen. Die F ί g. 3b zeigt die Formen, welche die Signale an diesen Stellen haben. > < · Die F i g. 4a zeigt ein Gerät /um Messen der maximalen («röße der Stoßschwingungen während einer bestimmten Zeitspanne. Ausgehend von der Eingangsklemme 1 enthält das (»erät 400 einen Vergleichskreis mn dem KingangswiderstaniJ 401, dem Arbeitsversiärker 402 und den Gren/dioden 403. Dac Signal geht von
*5 dem Vcrgleichskreis zu dem Diiferenualverstärker 404 und dem Impulsgcslaltcr 405. Von dem impulsgestalter wird das Signal über den Eingangswi^°rstand 406 in einen integrierkrei«. eingeleitet, der sich aus dem Arbeitsverstärker 407. dem Kondensator- 408. dem vcr änderbaren Widerstand 409 und dem Schalter 410 mit Nulleinsiellung zusammensetzt. Vom Ausgang des Integrierkrciscs geht das Signal über die Ausgangsktcmme M zum Anzeigeinstrument 105 oder zum Hebclschreiber 115. Vom Ausgang des Integrierkreises wird das Signal zu den positiven Eingängen des dem Verglcichski is zugeordnclen Verstärkers 402 und des Differentialverstarkers 404 zurückgeleitet.
In F i g. 4a sind einige Stellen mit 5.9, 10.11 bezeichnet. Die Formen der Signale an dieser Stellen sind in Fig.4bwiedergegeben.
Die F i g. 5a zeigt ein Gerät 500 zum Abtrennen der Stoßschwingungen während einer bestimmten Zeitspanne des Arbeitszyklus der Maschine. Das Signal wird vom Mauptgerät 200 entweder über den Schalte:
101 zugeleitet, oder es geht unmittelbar oder über das Gerät 500 /vm Gerat 400. Ausgehend von der Eingangsklcmme G enthält das Gerät 500 einen Signalauswertckrcis. der aus dem Widerstand 501. dein Feldeffekttransistor 502 und dem Arbeitsverstärker 503 mit direkter Rückkopplung besteht. Das ausgewertete Signal läuft vom Ausgang des Verstärkers 503 zur Ausgangsklemme H. Die Synchronisierimpulse werden von der Eingangsklemme L dem Sägezahn-Impulsgeneralor 504 zugeleitet. Das Signal geht von dem Sägezahn-Impulsgenerator über den Eingangswiderstand 505 in einen Vergleichskreis, der sich aus dem Arbeitsverstärker 506 und den Grenzdioden 507 zusammensetzt. Danach durchläuft das Signal den Differentialverstärker 508 und das monostabile Flipflop 509. Das monostabile Flipflop steuert wiederum den Auswertelransistor 502. Die positiven Eingänge des Verstärkers 506 und des Differentialverstärkers 508 sind mit dem Spannungsteiler 510 verbunden. Der Spannungsteiler 510 kann durch den Hebelschreiber 115 mechanisch gesteuert werden.
InFi g. 5a sind einige Stellen mit den Bezugsziffern 5.12.13.54. 15.16 und 17 bezeichnet- Die F i g. 5b gibt die Formen wieder, weiche die Signale an diesen Stellen haben.
Nachstehend wird die Arbeitsweise der Vorrichtung
zum Bestimmen des mechanischen Zustandes von Maschinen im einzelnen beschrieben.
Ein Meßfühler in Form eines piezoelektrischen Beschleunigungsmessers mit einer Resonanzfrequenz von 30 bis 40 kHz setzt die mechanischen Schwingungen in analoge elektrische Schwingungen um. Während des Umsetzens gehen von den Stellen, an denen Schläge auftreten, anfängliche Stoßwellen aus, die in dem Meßsystem des Beschleunigungsmessers in dessen Reson-
to;
anzfrequenzbereich mechanische Stoßschwingiingen .hervorrufen. Diese mechanischen Stoßschwingungcn bilden danach einen Teil des elektrischen Schwingungsbildes, das von dem Beschleunigungsmesser ausgeht und über die Eingangsklcmme A (F i g. 2a1) des Haupi- $ jrätcs, 200 dem aus den Bauteilen 201, 202 und 203 bestehenden Ladungsverstärkerkreis zugeleitet wird. Danach geht das Signal durch'die Hochfrequcnzsiebkette mit den Bauteilen 204, 200. 206, 207,208 und 209. Die Trennfrequenz der Hochfrequenzsiebkette ist auf 3OkHz eingestellt; das gefilterte Signal enthält daher kn wesentlichen diejenigen elektrischen Stoßschwingungen, die den im Beschleunigungsmesser auftretenden mechanischen Stoßschwingungen analog sind.
Infolge der hochfrequenten mechanischen Schwingungen in der Maschine einerseits und den kleinen Stoßschwingungen mit großer Erscheinungsfrequenz im Beschleunigungsmesser andererseits bildet sich bei der Resonanzfrequenz eine kontinuierliche Schwingung mit verhältnismäßig kleinen Amplituden. Da es Schwierigkeiten bereitet, die individuellen Stoßschwingungen aus dem kontinuierlichen Schwingungsbild herauszutrennen, wird die Wirkung der kontinuierlichen Schwingungen mittels eines Diskriminatorsystems ausgeschaltet. Die Funktion des Diskriminatorsyslems basiert auf dem Pegel 95 bis 100 °/o. den die Amplituden in dem gefilterten Signal erreichen. Der Pegei wird hierbei als Bezugsgröße verwendet, wenn diejenigen Stoßschwingungen abgetrennt werden, deren Amplituden den Pegel überschreiten. Der Pegel wird mittels eines Vergleichskreises gemessen (Bauteile 211.212.213 214, 215und216).Die erhaltenenlmpulsewerden im Differehtialverstärker 217 verstärkt und in dem Impulsdehnungskreis 218 in negative Impulse gedehnt, deren kleinste Länge 00 000 = 33.3 Mikrosekundcn auv machs.
Die gedehnten Impulse l.iufen über den Widerstand 219 zusammen mil dem vom Widerstand 220 /ugeführten positiven Strom zum Integrierkreis (Bauteile 221. 222 und 223), dessen Ausgang wiederum /um positiven F.ingang des Differentialvcrstärkers 217 zurückmeldtet ist. Bei einem Signal mit einer Frequenz /wischen 30 und 40 kHz. Signalform 1. erzielt man am Abgang des Integrierkreises einen Pegel, welcher dem Pegel von 95 bis 100% entspricht den die positiven Amplituden, Signalform 2. erreichen. Dieses Pegeisignal wird an einen zweiten Vergleichskreis (Bauteile 244,245.246. 247.248 lind 249) weitergegeben und dort mit dem Signal verglichen, das von der Siebkette über den Pegeisieuer-Kreis (Bauteile 223,226 und 227) ankommt.
Der Vergleichskreis erzeugt nunmehr jedes Mal dann negative Impulse, wenn die Amplituden vom Pegelsteuerkreis den zuvor erwähnten Pegel von 95 bis 100 % überschreiten. Die Impulse von dem Vergieichsireis werden in dem Differentialverstärker 250 weiter verstärkt und in dem Impulsdehnungskreis auf eise Mindestlänge von 333 Mikro?akunden gedehnt. Für eine Stoßschwingung von 30 bis 40 kHz wird auf diese Weise von dem Impulsdehnungskreis ein kontinuierlicher Impuls erzeugt, vorausgesetzt, daß die Amplitude der Sioßschwingungen am Ausgang des Pegelsteuerkreises den Pegel von 55 bis 100 % übersteigt. Die Ver wendurig dieser Impulse zur Steuerung der übrigen Funktionen ist weiter unten beschrieben.
Das Signal wird vom Ausgang des Pegclsteuerkreises über den Widerstand 227 dem Präzisionsgleichrichter (Bauteile 228. 229. 230 und 231) zugeleitet. Das aus dem Gleichrichter austretende Signal wird in einem Integrierkreis (Bauteile 232, 233 und 234) integriert. Danach wird das Signal yorn Ausgang des Inlegrierkreises über den Dämpfungssimulator (B_jleilc 238, 239, 240, 24l, 242 und 243) dem positiven Eingang des Verstärkers 225 für die Pegelstcuerung zugeleitet; ferner ist Vorsorge getroffen, daß,der Integrierkreis 232, 233 und 234 nur dann wirksam wird, wenn die Steuerimpulse vom lmpulsdehnungskrcis 251 den Feldeffekttransistor 252 geschlossen halten. Die vom lmpulsdohnungskrcis ίο 251 ausgehenden Impulse steuern gleichzeitig den Feldeffekttransistor 253, welcher wiederum die Rückkopplung<impedanz 240. 241, 242 und 243 im Dämpfungssimuiator steuert. Das Signal erhält am Ausgang des Pegelsteuerkreises die Signalform 3 und am Ausgang des Dämpfungssimulators die Signalform 4. Dies führt am Ausgang des Integrierkreises 232, 233 und 234 zu Impulsen, deren Amplituden proportional sind einer Teilintegration der beiden ersten oder drei ersten halben Zyklen in den individuellen Stoßschwingungen, deao ren Amplituden gemäß der Signalform 5 den Pegel von 95 bis 100 % überschreiten.
Mit Hilfe des beschriebenen Dämpfungssimulators ist es ferner möglich, die individuellen Stoßschwingungen abzutrennen, obgleich diese, wie aus den Signalformon 1. 3. 4 und 5 hervorgeht, in gewissem Umfang in-L.iiander übergehen. Bevor die Impulse aus dem Integrierkrei 232. 233 und 234 zur Ausgangsklemme B weggeleitei werden, werden sie mittels des Arbeitsverstärkers 236, des Widerstandes 235 und der logarithmisehen Rückkopplung 237 in logarithmische Amplitudenfunktionen umgesetzt.
In dem in F i g. 3a dargestellten Gerät 300 für die Analyse der F.rscheinungsfrequenz der Stoßschwingungen als Funktion ihrer Größe werden die logarithmisehen, integrierten Impulse vom Hauptgerät 200 aus an die Kingangsklemme Fherangeführt. Die Signale haben hier die Form 5 (F i g. 3b). Das Signal geht darauf von der Kingangsklemme über den Widers.and 301 /um Vergleichskreis (Bauteile Ϊ02 und 303) Der positive eingang des Vergleichskreises wird durch den Spannungsteiler 310 gesteuert. Am Ausgang des Veiglcichskreises erhält man dann einen negativen Impuls (Signalform 7) für jeden Fingangsimpuls. der den eingestellten Pegel. Sig··.·. 'orm 6. des Spannungsteilers 310 ♦5 überschreitet. Die Impulse werden im Differentialverstärker 304 weiter verstärkt und in den Auslöser am Fingang des monostabilen Flipfiops 305 eingeleitet. Die Impulse, Signalform 8. die man im monostabilen Γ-,,ρ-Πορ bei konstanter Amplitude und Schwingungsdauer erhalt, werden darauf über den Widerstand 306 an den lnlegrierkreis (Bauteile 307 und 308} weer-^egeben. welcher wiederum über den logarithmisch 1 Rückkopplungskreis 309 in Rückkopplung geschaltet ist. Durch diese Anordnung erhält man an der Ausganssklemme K ein Signal bei einem Spannungspegel, welcher dem Logarithmus der mittleren Anzahl pro Zeiteinheil oberhalb des gewählten Steuerpegels zugeführler Impu'isc proportional ist. Die Erscheinungsfrequcnz kann ihrerseits am Anzeigeinstrument fO3 abgelesen So oder mittels des Hebelschreibers 113 registriert werden. Zur Analyse der Amplitudenverte>Iung kann der Spannungsteiler 310 vom Hebeischreiber 113 mechanisch gesteuert werden.
In dem in Fig.4a dargestellten Gerät zum Messen der M&ximaigrößc der Stoßschwingungen während einer bestimmten Zeitspanne werden die vom Hauptgerät 200 zugeleiteten Impulse. Signalform 5, der Eingangsklemme I zugeleitet. Das Signal läuft danach über
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den Eingangswiderstand 402 zum Vergleichskreis (Bauteile 402 und 403). Die aus dem Vergleichskreis austretenden Impulse, Signalform 10, werden im Differentialverstärker 404 verstärkt und im Impulsgestaiter 405 in negative Impulse, Signalform 11, umgesetzt. Vom Impulsgestalter werden die Impulse über den Widerstand 406 zum Integrierkreis (Bauteile 407 und 408) weitergeleitet, dessen Ausgang, Signalform 9, wiederum zum positiven Eingang des Vergleichskreises zurückgeleitet ist. Der Spannungsteiler 409 dient dem Ausgleich der Wirkung des Integrierkreises, der Schalter 410 der Steuerung der ausgewählten Zeitspanne und der Nullstellung des Integrierkreises. Dies führt dazu, daß man ar der Ausgangsklemme M eine Spannung erhält, deren Größe gleich ist der maximalen Amplitude der während der gewählten Zeitspanne zugeführten Impulse. Die Größe der Amplitude kann wiederum auf dem Anzeigeinstrument 105 abgelesen oder vom Hebelschreiber 115 registriert werden.
In dem in Fig.5a dargestellten Gerät 500 zum Ab trennen der Stoßschwingungen in bestimmten Zeitspannen im Arbeitszyklus der Maschine werden die vom Hauptgeräl 200 zugeführten Impulse, Signalform 1, über den Schalter 101 dem einzelnen Eingang C des Gerätes 500 zugeleitet. Das Signal durch'äuft darauf einen Signalauswertekreis, zu dem der Widerstand 501. der Feldeffekttransistor 502 und der Arbeitsverstärker 503 mit direkter Rückkopplung gehören, und geht zur Ausgangsklemme H. Das Signal kann nur dann hindurchgehen, wenn der Feldeffekttransistor 502 geschlossen ist.
Von der Maschin** werden Synchrorsisierimpulse (z. B. mittels einer Fotozeiie) über die Eingangsklemme L an den synchronisierbaren Sägezahn-Generator 504, S Signalform 13, gegeben, um den Signalauswertekreis zu steuern. Die synchronisierte Sägezahnspannung, Signalfoi'm 14, wird danach über den Widerstand 505 einem Vergleichskreis (Bauteile 506 und 507) zugeleitet. Der positive Eingang des Vergleichskreises wird durch'
ίο den Spannungsteiler 510, Signalform 15, gesteuert. Am Ausgang des Vergleichskreises erhält man danach Signale, die sich immer dann ändern, wenn die Sägezahnspannung durch den auf dem Spannungsteiler, Signalform 16, eingestellten Pegel hindurchgeht. Diese Impul se werden im Differentialverstärker 508 weiter verstärkt und dem Auslöser am Eingang des monostabilen Flipflops 509 zugeleitet. Die aus den: monostabilen Flipflop austretenden Impulse, Signaiform 17, steuern dann den Feldeffekttransistor 502 und somit den Si-
ao gnalauswertekreis, so daß nur diejenigen Abschnitte des aus dem Gerät 200 abgehenden Signals, die mit' dem gewählten Zeitpunkt im Arbeitszyklus übereinstimmen, hindurchgehen können (Signalform 12). Die Impulse, welche in dieser Weise das Gerät 500 passie-
ren, können danach mittels des weiter oben beschriebenen Gerätes 400 gemessen und vom Hebelschreiber 115 registriert werden. Der Spannungsteiler 510 kann vom Hebelschreiber 115 mechanisch gesteuert werden; dies dient dem Zweck, eine Analyse eines vollständigen
Arbeitszyklus der Maschine durchzuführen.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Vorrichtung zum Bestimmen des mechanischen Zustandes von Maschinen mit einem Meßfühler, der in der Maschine auftretende mechanische Schwingungen in elektrische Schwingungen umwandet', mit dem Meßfühler nachgeschalteten Filierorganen. Impulsformern und einem Anzeigegerät, d a durch gekennzeichnet, daß der Meßfühler die Filterorgane (204 bis 209) mit den in seinem Resonanzbereich liegenden elektrischen Schwingungen speist, und daß die Fiiterorgane einen der Resonanzfrequenz des Meßfühlers enuprechenden Durchlaßbereich aufweisen.
2. Vorrichtung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß den Filterorganen (204 bis 209) über einen durch Steuerungsimpulse wirksam werdenden integrierkreis (232. 233,234) ein sich teilweise über-Iappe-de Stoßschwingung η (1. 3, 4. 5 in Fig.2b) abtrennbar machender Dämpfur.gssimulator (238 bis 243) nachgeschahet ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Verstärkers (225) zur Pegelsteuerung η Verbindung steht.
DE19681673919 1968-03-08 1968-03-08 Vorrichtung zum Bestimmen des mechanischen Zustandes von Maschinen Expired DE1673919C3 (de)

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