DE1798041B1 - Pruefeinrichtung zur ermittlung des massentraegheitsmoments - Google Patents

Description

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eine Prüfeinrichtung zur zuverlässigen und genauen proportionalen Signals entsprechende Größe als Ermittlung des Massenträgheitsmoments von Prüf kör- Istwert zwei entgegengesetzten gepolten Eingängen pem auf dem Weg der Eigenfrequenzbestimmung von der Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung zugeführt wird, einem den Prüfkörper tragenden Drehschwingtisch Diese Anordnung hat den Vorteil, daß während einer zu schaffen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß 5 vollen Schwingung zweimal die Amplitude, nämlich dadurch gelöst, daß am Schwingtisch ein elektro- der positive und der negative Spitzenwert, zum Vermechanischer Aufnehmer angeordnet ist, dessen win- gleich mit dem Sollwert zur Verfügung steht,
kelgeschwindigkeitsproportionales Ausgangssignal Zweckmäßig ist, als Stellglied einen photonenge-

über einen Verstärker in mindestens einer am steuerten Widerstand (Raysistor) zu verwenden, der Schwingtisch angreifenden Antriebseinheit ein der io vom Lichtstrom einer mit dem Ausgang der VerWinkelgeschwindigkeit phasengleiches Antriebsmo- gleichseinrichtung verbundenen Lampe gesteuert ment erzeugt. Durch diese Maßnahme wird erreicht, wird. Auf diese einfache und zweckmäßige Weise daß der Schwingtisch mit dem darauf befindlichen kann der am Ausgang der Vergleichseinrichtung anPrüfkörper ungedämpft mit seiner Eigenfrequenz für stehende Gleichspannungswert, der den Lichtstrom der beliebig lange Zeit schwingt. Das zur Bestimmung 15 Lampe verändert, zur Änderung des mit einer Wechder Eigenfrequenz durchgeführte Auszählen von selspannung beaufschlagten Widerstandes verwendet Einzelschwingungen in vorgegebenen Zeitabschnitten werden. Das so ausgebildete Stellglied verändert die bzw. die Bestimmung der für eine bestimmte Anzahl Amplitude der Schwingungen des Schwingtisches,
von Einzelschwingungen erforderlichen Zeitspanne Eine weitere Ausbildung des Erfindungsgedankens

kann nunmehr mit beliebig großer Genauigkeit durch- 20 sieht vor, daß der der Antriebseinheit vorgeschaltete geführt werden. Außerdem hat eine mögliche Abhän- Verstärker zwei entgegengesetzt gepolte Eingänge begigkeit der Eigenfrequenz von der jeweiligen Schwin- sitzt und daß das winkelgeschwindigkeitsproportiogungsamplitude keinen Einfluß auf das Meßergebnis. nale Signal über das Stellglied dem einen Eingang des

Eine weitere Ausgestaltung des Erfindungsgedan- Verstärkers zur Erzeugung einer Beschleunigungskraft kens ist gekennzeichnet durch einen zur Konstanthal- 25 zugeführt wird und das winkelgeschwindigkeitsprotung des Schwingwinkels durch Beeinflussung des An- portionale Signal zugleich über einen einstellbaren triebsmoments dienenden Regelkreis, bestehend aus Widerstand dem anderen Eingang des Verstärkers zur einer das winkelgeschwindigkeitsproportionale Aus- Erzeugung einer Bremskraft zugeführt wird. Durch gangssignal des Aufnehmers in ein drehwinkelpropor- das Gegeneinanderwirken des — gegebenenfalls tionales Signal umwandelnden Integrationseinrich- 30 durch eine Regeleinrichtung beeinflußbaren — Betung, einer gesteuerten Gleichrichtereinrichtung, die schleunigungsmomentes und des einstellbaren Bremseine dem Spitzenwert (Amplitude) des drehwinkel- momentes wird ein sehr günstiges Zeitverhalten der proportionalen Signals entsprechende Größe in mög- Anlage erreicht; wenn nämlich die Amplitude schnell liehst kurzer Zeit erfaßt und als Istwert an eine Soll- herabgeregelt werden soll, wird primär nur das Be-Istwert-Vergleichseinrichtung gibt, und einem mit 35 schleunigungsmoment verringert; eine Verkleinerung dem Ausgang der Vergleichseinrichtung verbundenen der Amplitude erfolgt nur in dem Maß, wie sie durch Stellglied für die Antriebseinheit. Durch die Anord- die Dämpfung des Systems erreicht wird; bei der vornung eines solchermaßen aufgebauten Regelkreises, geschlagenen Anordnung wirkt aber beim Verringern dem als Sollwert die Größe der Schwingungsampli- des Beschleunigungsmomentes weiterhin ein einstelltude (Spitzenwert des drehwinkelproportionalen 40 bares Bremsmoment, das dadurch erzielt wird, daß an Signals) eingegeben wird, wird sich die gewünschte dem entsprechend gepolten Eingang des Verstärkers Schwingungsamplitude schnell einregeln und konstant das Ausgangssignal des Aufnehmers in einstellbarer bleiben. Zum Einstellen der gewünschten Schwin- Größe ansteht.

gungsamplitude kann in bekannter Weise der dem Der Antrieb der erfindungsgemäßen Prüfeinrich-

Vergleicher eingegebene Sollwert verändert werden. 45 tung wird an Hand des in der Zeichnung dargestellten Es ist aber auch möglich, daß das winkelgeschwindig- Blockschaltbilds näher erläutert,
keitsproportionale Ausgangssignal — gegebenenfalls An dem nicht dargestellten Schwingtisch greift ein

nach Verstärkung — der Integrationseinrichtung über elektrodynamischer Schwingungsaufnehmer 1 an. einen zur Sollwertveränderung verstellbaren Wider- Durch das nachgeschaltete sogenannte L-C-Glied, Standsabgriff zugeführt wird. 50 bestehend aus der Induktivität 2 und der Kapazität 3

Zweckmäßigerweise besteht die gesteuerte Gleich- werden parasitäre Schwingungen höherer Frequenz richtereinrichtung aus einem Speicher, vorzugsweise unterdrückt. Nach Verstärkung im Verstärker 4 geeinem Kondensator mit Feldeffekt-Transistor und langt das Ausgangssignal des Aufnehmers 1 über einem vorgeschalteten elektronischen Schalter, der Widerstandsanordnungen 5, 5' und 6, 6' zum Eingang jeweils kurzzeitig den Spitzenwert des drehwinkel- 55 eines weiteren Verstärkers 7 und von dort zu zwei am proportionalen Signals auf den Speicher gibt. Am Schwingtisch angreifenden Antriebseinheiten 8, beiAusgang der Gleichrichtereinrichtung steht damit spielsweise elektromagnetischen Vibratoren. Das von eine Gleichspannung an, die der Amplitude proportio- den Einheiten 8 auf den Schwingtisch aufgebrachte nal ist. Vorteilhafterweise wird das winkelgeschwin- Antriebsmoment hat den gleichen Verlauf wie die digkeitsproportionale Signal einem Schmitt-Trigger 60 Winkelgeschwindigkeit des Schwingtisches, die von zugeführt, dem ein monostabiler Multivibrator nach- dem Aufnehmer 1 erfaßt wird. Der Schwingtisch wird geschaltet ist, dessen Ausgang mit dem elektronischen also in seiner Eigenfrequenz angetrieben.
Schalter in Verbindung steht. Das winkelgeschwindigkeitsproportionale Signal

Eine weitere Ausgestaltung des Erfmdungsgedan- wird weiterhin einem Widerstandsabgriff 15 zugeführt kens sieht vor, daß der Ausgang der Integrationsein- 65 und gelangt von dort zu dem Verstärker 16 und der richtung mit zwei Gleichrichtereinrichtungen verbun- Integrationseinrichtung 17. Die Spannung am Ausden ist, von denen jeweils eine dem positiven und gang der Integrationseinrichtung 17 ist dem Drehnegativen Spitzenwert (Amplitude) des drehwinkel- winkel proportional, d. h. der Spitzenwert dieses

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Signals entspricht der Schwingungsamplitude des Signals erforderlich. Dieses Signal wird erzeugt, in-Schwingtisches. Elektronische Schalter 18 und 19 dem das vom Verstärker 16 kommende winkelgegeben jeweils kurzzeitig den positiven und negativen schwindigkeitsproportionale Signal einem die Flan-Spitzenwert des Spannungsverlaufs auf jeweils einen kensteilheit erhöhenden Begrenzer 30 zugeführt wird. Speicher 20 und 21, der aus einem Kondensator mit 5 Das Ausgangssignal des Begrenzers 30, dessen Flan-Feldeffekt-Transistor besteht. Am Ausgang der Spei- ken im Nulldurchgang des winkelgeschwindigkeitscher 20 und 21 ist je ein Gleichspannungssignal vor- proportionalen Signals liegen und damit zeitlich mit handen, dessen Größe dem positiven bzw. negativen dem positiven bzw. negativen Maximum des dreh-Spitzenwert des drehwinkelproportionalen Signals winkelproportionalen Signals zusammenfallen, wird entspricht. Diese Gleichspannungssignale werden den io über die Schmitt-Trigger 31 und 32 und monostabile beiden entgegengesetzt gepolten Eingängen eines Dif- Multivibratoren 33 und 34 den elektronischen Schalferenzverstärkers 22 zugeführt und mit einem eben- tern 18 und 19 zugeführt,
falls zugeführten konstanten Sollwert verglichen. Die Einstellung der gewünschten Schwingungs-

Die von dem Differenzverstärker 22 abgegebene amplitude durch den dargestellten Regelkreis erfolgt

Spannung, die ein Maß für Differenz zwischen Soll- 15 durch eine Verstellung des Widerstandsabgriffes 15.

wert und Istwert darstellt, speist eine Lampe 23, deren Zur Bestimmung der Eigenfrequenz des schwingen-

Lichtstrom einen photonengesteuerten Widerstand den Systems ist am Schmitt-Trigger 32 ein Frequenz-

(Raysistor) 6 beeinflußt; die Veränderung des Wider- meßgerät 35 angeschlossen.

Standes 6 ändert die Größe des dem einen Eingang Aus dem Widerstand 40 und dem Kondensator 41 des Verstärkers 7 zugeführten winkelgeschwindig- 20 ist am Ausgang des Verstärkers 4 ein Integrationskeitsproportionalen Signals. Ein weiterer, entgegen- glied aufgebaut, an dessen Ausgang 42 ein Kathodengesetzt gepolter Eingang des Verstärkers 7 wird eben- Strahloszillograph zur Anzeige des Drehwinkelverfalls mit dem winkelgeschwindigkeitsproportionalen laufs angeschlossen werden kann. Beim Anschluß des Signal beaufschlagt, das über den Widerstand 5 ver- Kathodenstrahloszillographen an den Ausgang 43 ändert werden kann. Das auf den erstgenannten Ein- 25 kann der Winkelgeschwindigkeitsverlauf und an den gang des Verstärkers 7 gegebene Signal erzeugt in den Ausgang 44 der Verlauf des Antriebsmoments ange-Vibratoren 8 ein Beschleunigungsmoment, während zeigt werden.

das auf den anderen Eingang des Verstärkers 7 gege- Weitere Anwendungsmöglichkeiten des erfin-

bene Signal ein Bremsmoment erzeugt. dungsgemäßen Schwingantriebs ergeben sich auch

Zur Steuerung der elektronischen Schalter 18 und 30 bei anderen Schwingprüfeinrichtungen, beispielsweise

19 ist ein kurzer Impuls zur Zeit des positiven bzw. solchen, bei denen der Prüfkörper Kippschwingungen

negativen Maximums des drehwinkelproportionalen ausführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 Patentansprüche: ,8· Prüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der der Antriebseinheit (8)

1. Prüfeinrichtung zur Ermittlung des Massen- vorgeschaltete Verstärker (7) zwei entgegengeträgheitsmoments von Prüfkörpern bezogen auf setzt gepolte Eingänge besitzt und daß das winkeleine vorgegebene Achse mit einem zu Drehschwin- 5 geschwindigkeitsproportionale Signal über das gungen in der Eigenfrequenz um die vorgegebene Stellglied (6, 23) dem einen Eingang des VerAchse unter Federwirkung anregbaren Schwing- stärkers (7) zur Erzeugung eines Beschleunigungstisch, dadurch gekennzeichnet, daß moments zugeführt wird und das winkelgeschwinam Schwingtisch ein elektromechanischer Auf- digkeitsproportionale Signal zugleich über einen nehmer (1) angeordnet ist, dessen winkelge- io einstellbaren Widerstand (S) dem anderen Einschwindigkeitsproportionales Ausgangssignal über gang des Verstärkers (7) zur Erzeugung eines einen Verstärker (4) in mindestens einer am Bremsmoments zugeführt wird.
Schwingtisch angreifenden Antriebseinheit (8) ein

der Winkelgeschwindigkeit phasengleiches Antriebsmoment erzeugt. 15

2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zur Konstanthaltung des
Schwingwinkels durch Beeinflussung des Antriebsmoments dienenden Regelkreis, bestehend Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung zur Eraus einer das winkelgeschwindigkeitsproportio- 20 mittlung des Massenträgheitsmoments von Prüfkörnale Ausgangssignal des Aufnehmers (1) in ein pern bezogen auf eine vorgegebene Achse mit einem drehwinkelproportionales Signal umwandelnden zu Drehschwingungen in der Eigenfrequenz um die Integrationseinrichtung (17), einer gesteuerten vorgegebene Achse unter Federwirkung anregbaren Gleichrichtereinrichtung (18, 20 bzw. 19, 21), die Schwingtisch.

eine dem Spitzenwert (Amplitude) des drehwin- 25 Derartige Prüfeinrichtungen sind bekannt. Der auf kelproportionalen Signals entsprechende Größe dem Schwingtisch befestigte Prüfkörper wird dabei in möglichst kurzer Zeit erfaßt und als Istwert an zusammen mit dem Schwingtisch angestoßen und eine Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung (22) gibt, führt Drehschwingungen in der Eigenfrequenz des und einem mit dem Ausgang der Vergleichsein- Systems aus. Die Eigenfrequenz ergibt sich aus der richtung (22) verbundenen Stellglied (23, 6) für 30 Federkennzahl der mit dem Schwingtisch verbundie Antriebseinheit (8). denen Federn und dem Massenträgheitsmoment der

3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch aus Schwingtisch und Prüfkörper gebildeten gekennzeichnet, daß das winkelgeschwindigkeits- Schwingmasse. Da die Federkennzahl und das Masproportionale Ausgangssignal — gegebenenfalls senträgheitsmoment des Schwingtischs bekannt ist, nach Verstärkung — der Integrationseinrichtung 35 läßt sich in bekannter Weise aus der Eigenfrequenz (17) über einen zur Sollwert-Veränderung ver- das Massenträgheitsmoment des Prüfkörpers um die stellbaren Widerstandsabgriff (15) zugeführt wird. Drehachse ermitteln.

4. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch Bei Uhren mit elektrisch angetriebener Unruh ist gekennzeichnet, daß die gesteuerte Gleichrichter- es bekannt die Unruhschwingungen dadurch aufeinrichtung aus einem Speicher (20 bzw. 21), vor- 40 rechtzuerhalten, daß eine Steuerspule eine Antriebszugsweise einem Kondensator mit Feldeffekt- spule steuert. Eine derartige Einrichtung ist jedoch Transistor und einem vorgeschalteten elektroni- bei Prüfeinrichtungen der in Rede stehenden Art sehen Schalter (18 bzw. 19) besteht, der jeweils nicht anwendbar.

kurzzeitig den Spitzenwert des winkelgeschwin- Die genaue Ermittlung von Massenträgheitsmo-

digkeitsproportionalen Signals auf den Speicher 45 menten hat sich vor allem beim Bau von Raumflug-

(20 bzw. 21) gibt. körpern als außerordentlich wichtig erwiesen; diese

5. Prüfeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch Flugkörper führen häufig während des Fluges zur gekennzeichnet, daß zur Steuerung des elektroni- Stabilisation eine Drehbewegung um eine vorgegeschen Schalters das winkelgeschwindigkeitspro- bene Achse aus.

portionale Signal einem Schmitt-Trigger (31) zu- 50 Es hat sich gezeigt, daß die Drehschwingungen bei

geführt wird, dem ein monostabiler Multivibrator der Prüfung solcher Prüfkörper so stark gedämpft

(33) nachgeschaltet ist, dessen Ausgang mit dem sind, daß die Schwingungen in kurzer Zeit abklingen,

elektronischen Schalter (18) in Verbindung steht. Die Dämpfung wird durch eine Vielzahl von Einflüs-

6. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2 und 4, da- sen verursacht, wie z. B. Luftreibung, mechanische durch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Inte- 55 Reibung und dergl. Mit guter Näherung läßt sich die grationseinrichtung (17) mit zwei Gleichrichter- Dämpfung als ein winkelgeschwindigkeitsproportioeinrichtungen verbunden ist, von denen jeweils nales Moment darstellen.

eine dem positiven und negativen Spitzenwert Bei den bekannten Prüfeinrichtungen wirkt sich

(Amplitude) des winkelgeschwindigkeitspropor- diese unvermeidbare Dämpfung nachteilig auf die

tionalen Signals entsprechende Größe als Istwert 60 Messung aus. Es steht jeweils nur eine begrenzte An-

zwei entgegengesetzt gepolten Eingängen der Soll- zahl von Einzelschwingungen bis zum völligen Ab-

Istwert-Vergleichseinrichtung (22) zugeführt wird. klingen zur Frequenzermittlung zur Verfügung, so

7. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch daß die Frequenzermittlung notwendigerweise ungekennzeichnet, daß als Stellglied ein photonen- genau ist; außerdem ändert sich die Eigenfrequenz gesteuerter Widerstand (Raysistor 6) verwendet 65 des schwingenden Systems mit der Schwingungswird, der vom Lichtstrom einer mit dem Ausgang amplitude, was ebenfalls eine genaue Frequenzder Vergleichseinrichtung (22) verbundenen bestimmung unmöglich macht.

Lampe (23) gesteuert wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht demnach darin,