DE2213736B1 - Schaltungsanordnung zur automatischen Ermittlung der Maxima und Minima einer Schwingung und zu deren Regelung - Google Patents

Description

Anordnung erforderlich und durch den Vergleich der Extrem-Istwerte mit den Extrem-Sollwerten und die regelungstechnische Weiterverarbeitung der Differenzwerte kann eine höhere Genauigkeit als bei der bekannten Anordnung erzielt werden.

Der Impuls zur Anschaltung der Extrem-Istwerte bzw. der Differenzwerte an die Auswerteeinrichtung und der Impuls zur Löschung der Spitzenspannungsspeicher wird vorteilhaft von einer Zeitschalteinrichtung gegeben, die über eine Logik nach einem Maximum oder einem Minimum angesteuert (getriggert) wird. In der Logik sind Kippstufen über UND-Glieder mit einem Flip-Flop verbunden, das die Auslösung des Triggersignals steuert.

In der Zeichnung ist ein Aiisführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fi g. 1 die Anwendung der Erfindung zur Messung und Regelung der Extremwerte bei einer dynamischen Werkstoffprüfmaschine,

Fig. 2 und 3 verschiedene Schwingungskurven.

Die Fig. 1 zeigt eine Werkstoffprüfmaschine zur Erzeugung dynamischer Belastungen. Der Prüfkörper 1 ist unter Zwischenschaltung einer Kraftmeßdose 2 an dem nur andeutungsweise dargestellten Rahmen 3 der hydraulisch betriebenen Prüfmaschine befestigt. Am anderen Ende des Prüfkörpers 1 ist eine Masse 4 angebracht, die mit der Kolbenstange 5 des doppelseitig beaufschlagten Kolbens 6 im sogenannten Mittelkraft- oder Vorlastzylinder 7 verbunden ist. Die Kolbenstange 5 ist mit der Kolbenstange 9 des Kolbens 10 im Wechsellastzylinder 11 verbunden. Falls erforderlich, kann zwischen der Kolbenstange 5 und der Kolbenstange 9 ein Übertragungselement eingeschaltet sein. Die Zylinder 7 und 11 sind ebenfalls an dem nur andeutungsweise dargestellten Rahmen 3 befestigt.

Von einer nicht dargestellten Hydraulikanlage wird der Zylinder 11 über Hydraulikleitungen 13 unter Zwischenschaltung eines hydraulischen Servoventil 14 und eines hydraulischen Schaltventils 15 derartig mit Druckmittel versorgt, daß der Kolben 10 abwechselnd auf seiner Oberseite und seiner Unterseite mit Druckmittel beaufschlagt wird, so daß eine vorgegebene Schwingbelastung des Prüfkörpers 1 erzeugt wird. Über die Klemme 12 wird der Amplituden-Sollwert As vorgegeben und in der Vergleichseinrichtung 19 mit dem Amplituden-Istwert^/, der über die Leitung 31 zugeführt wird, verglichen. Eine auftretende Differenz AA wird über den Schalter 37, der über die Leitung 35 von der Zeitschalteinrichtung 33 während der Zeit At geschlossen wird, an eine Auswerteeinrichtung, z. B. z. B. die Regeleinrichtung 39, die als Speicher ausgebildet sein kann, angeschaltet. Der Schalter 37 ist hier ebenso wie der Schalter 36 als mechanischer Schalter der Einfachheit halber dargestellt. Es sei jedoch darauf hingeweisen, daß meist wegen der kurzen Schaltzeiten fast ausschließlich elektronische Schalter verwendet werden. Der von der Zeitschalteinrichtung 33 erzeugte Durchschaltimpuls ist unabhängig von der jeweiligen Frequenz, so daß die Durchschaltezeit At unabhängig von der Frequenz ist und somit in der Regeleinrichtung 39 ein von der Frequenz unabhängiges Signal zur Nachregelung des hydraulischen Zylinders 11 erzeugt wird. Zwischen der Regeleinrichtung 39 und dem Servo-Ventil 14 ist noch ein Verstärker 17 vorgesehen. Der durch den Zylinder 11 erzeugten dynamischen Belastung, die um den Null-Punkt schwingt, kann eine Vorlast oder Mittelkraft überlagert werden. Hierzu wird der Kolben 6 in dem Vorlastzylinder 7 auf einer seiner beiden Seiten mit Hydraulikflüssigkeit von vorgegebenem konstantem oder sich verhältnismäßig langsam änderndem Druck beaufschlagt. Dazu sind im Zylinder 7 an seinen beiden Enden Zu- bzw. Abflußöffnungen 18 für die Hydraulikflüssigkeit vorgesehen. Diese Öffnungen werden über Hydraulikleitungen 21 und ein hydraulisches Servo-Ventil 23 mit der nicht dargestellten Druckmittel Versorgungsanlage verbunden. Das Servo-Ventil 23 wird über den Verstärker 24 so gesteuert, daß die gewünschte Mittelkraft erzeugt wird.

Der Mittelkraftsollwert Ms wird über die Eingangsklemme 16 einer Vergleichseinrichtung 20 zugeführt. In dieser wird der Mittelkraft-Sollwert Ms mit dem über die Leitung 30 zugeführten Mittelkraft-Istwert Mi verglichen. Eine auftretende Differenz AM wird bei geschlossenem Schalter 36, der, wie bereits erwähnt, von der Zeitschalteinrichtung 33 über die Leitung 35 eingeschaltet wird, der Regeleinrichtung 38 zugeführt. Diese Regeleinrichtung 38, die einen Speicher enthalten kann, gibt das Regelsignal über den Verstärker 24 zur Nachregelung der Mittelkraft an das hydraulische Servoventil 23 weiter.

Da der Kolben 6 unter der Wirkung des dynamischen Belastungszylinders 11 eine rasche Schwingbewegung ausführt, ändert sich auch das Zylindervolumen beiderseits des Kolbens 6 bei jedem Schwingungsvorgang rasch. Ein derartig schneller Ausgleich der Hydraulikflüssigkeit über die Leitungen 21 ist nicht möglich. Deshalb sind am Ende des Zylinders Anschlußöffnungen 25 für jeweils einen hydraulischen Speicher 26 vorgesehen. Die Speicher 26 nehmen das durch die Schwingbewegung des Kolbens 6 kurzzeitig verdrängte Druckmittelvolumen auf.

Die Kraftmeßdose 2, die wie angedeutet mittels Dehnmeßstreifen eine der Kraft proportionale Widerstandsänderung erzeugt, ist mit dem Meßverstärker 22 verbunden, an dessen Ausgang eine der Kraft proportionale Signalspannung S entsteht, die dem Spitzenspannungsspeicher 27 zugeleitet wird. Der Spitzenspannungsspeicher 27 besitzt zwei getrennte Speichereinrichtungen, eine für die Oberlast, die maximale Amplitude, und eine für die Unterlast, die minimale Belastung. Die ermittelten Meßwerte für die Ober- und Unterlast werden über die Leitungen 40 einem Zwischenspeicher 28 zugeleitet und dort jeweils getrennt gespeichert. Der Zwischenspeicher 28 ist über die Leitungen 41 mit dem Rechner 29 verbunden, der aus der Oberlast und der Unterlast den Mittelkraft-Istwert Mi und den Amplituden-Istwert Ai errechnet und diese über die Leitungen 30 und 31 den Vergleichseinrichtungen 19 und 20 zugeführt.

Die am Ausgang des Meßverstärkers 22 auftretende Signalspannung S wird über die Leitung 50 den Kippstufen 42 bis 45 zugeleitet. Außerdem wird die am Ausgang des Spitzenspannungsspeichers 27 auftretende Oberlast OL über die Leitung 51 den Kippstufen 42 und 43 und die Unterlast UL über die Leitung 52 den Kippstufen 44 und 45 zugeleitet. Die Kippstufen 42 und 44 sind so eingestellt, daß sie kippen und eine Spannung an ihren Ausgang legen, wenn die Signalspannung S kleiner als die Ober- bzw. Unterlast ist. Umgekehrt sind die Kippstufen 43 und 45 derart eingestellt, daß sie eine Spannung an den Ausgang anschalten, wenn die Signalspannung S größer als die Ober- bzw. Unterlast ist. Die Ausgänge der

Kippstufen 42 und 43 für die Oberlast sind mit dem UND-Glied 46, dessen beide Eingänge mit Negationsstufen versehen sind, verbunden. In ähnlicher Weise sind die Kippstufen 44 und 45 für die Unterlast mit dem UND-Glied 47, dessen Eingänge ebenfalls mit Negationsstufen versehen sind, verbunden. Die Ausgänge der UND-Glieder 46 und 47 werden den beiden Eingängen des Flip-Flop 48 zugeführt. Die Funktionsweise dieser Logik ist folgende. Das UND-Glied 46 kann nur dann Spannung an seinen Ausgang schalten, wenn an den Negationsstufen beider Eingänge Null-Potential liegt. Dies ist der Fall, wenn die Signalspannung S mit der am Ausgang des Spitzenspannungsspeichers 27 anliegenden Oberlast OL übereinstimmt. In diesem Fall wird an dem oberen Eingang des Flip-Flop 48 Spannung angelegt und es erscheint ebenso Spannung am Ausgang 54. Sobald die Signalspannung S kleiner wird als der vom Spitzenspannungsspeicher 27 gespeicherte maximale Wert der Oberlast OL kippt die Stufe 42 und schaltet an ihren Ausgang Spannung an, die über die Leitung 53 dem UND-Glied 49 zugeleitet wird. Jetzt liegt an beiden Zuführleitungen 54 und 53 Spannung, das UND-Glied 49 spricht an und schaltet über die Leitung 32 Spannung an das Zeitglied 33 und schaltet diese Zeitschalteinrichtung ein.

Sobald die Signalspannung S und die Unterlast UL übereinstimmen liegt an den Ausgängen der Kippstufen 44 und 45 keine Spannung und das UND-Glied 47 spricht, da seinen beiden Eingängen ebenfalls Negationsstufen vorgeschaltet sind, an und schaltet Spannung an den unteren Eingang des Flip-Flop 48, der jetzt Spannung von der Leitung 54 abschaltet und an die Leitung 55 anschaltet. Ein Kippen der Stufe 42 ergibt jetzt keinen Impuls zur Auslösung der Zeitschalteinrichtung 33. Durch diese Logik wird sichergestellt, daß jeweils nach einem Maximum die Zeitschalteinrichtung ausgelöst wird. Statt dessen kann die Zeitschalteinrichtung ebenso nach Erreichen eines Minimums ausgelöst werden, wenn der Ausgang der Kippstufe 45 und der Ausgang 55 des Flip-Flop 48 einem UND-Glied zugeleitet werden.

Die Zeitschalteinrichtung gibt nach einer kurzen Zeit einen Impuls von der Länge At über die Leitung 35 zu den Schaltern 36 und 37. Hierdurch wird die Differenz AA bzw. AM mit den Regeleinrichtungen 38 und 39 während der Zeit At verbunden, die von der jeweiligen Belastungsfrequenz unabhängig ist. Nach beendeter Durchschaltung wird über die Leitung 34 ein Impuls zur Löschung des Spitzenspannungsspeichers 37 und des Zwischenspeichers 28 gegeben. Die Zeit ti beträgt etwa ein Viertel bis ein Halb der Schwingungsdauer der höchsten Frequenz. Meist dürfte der Wert bei etwa drei Viertel der Schwingungsdauer der höchsten Frequenz liegen. Hierdurch wird sichergestellt, daß die Speicher bei Erreichen des nächsten Minimums wieder aufnahmebereit sind und dieses Minimum speichern bis die neuen Istwerte erreicht und an die Auswerteeinrichtungen weitergegeben wurden.

Die Fi g. 2 und 3 zeigen den Verlauf einer Schwingung, wie sie bei einer dynamischen Prüfmaschine auftreten kann. Als Schwingungskurve wurde ein dreieckförmiger Verlauf gewählt. Oft wird jedoch auch ein sinusförmiger Verlauf der Belastungsfrequenz gewählt. Bei Beginn der Schwingung folgt die Oberlast OL der Signalspannung 5. Nach Erreichen

ίο des Maximums Ml wird die Oberlast OL gespeichert und zwar sowohl von dem Spitzenspannungsspeicher 27 als auch von dem Zwischenspeicher 28 als Spannung OLsp. Der Spitzenspannungsspeicher 27 kann nach der Zeit il wieder gelöscht werden und folgt bis zum nächsten Maximum, dem Maximum M3, der Signalspannung S, bzw. nur dann, wenn diese den Wert überschreitet, den sie nach Löschung des Speichers und Anschalten besessen hatte. Bei der Verwendung eines Zwischenspeichers kann die Auswertung während der beiden Maxima Ml und M3 erfolgen.

Falls jedoch ein Zwischenspeicher 28 nicht verwendet wird, ergibt sich der in Fi g. 3 dargestellte Verlauf der Signalspannung 5 und der Oberlast- und Unter-Iastspannungen OL und UL. Bei dieser Anordnung wird zunächst der niedrigste Wert UL gespeichert und die Oberlast OL folgt der Signalspannung 5. Während dieser Zeit wird über das UND-Glied 46 an den oberen Eingang des Flip-Flop 48 Spannung angelegt, so daß an seinem Ausgang 54 ebenfalls Spannung erscheint. Nach Überschreiten des Maximums Ml kippt die Kippstufe 42 und es wird ebenfalls an die Leitung 53 Spannung angelegt, so daß das UND-Glied 49 ansprechen kann und über die Leitung 32 die Zeitschalteinrichtung 33 einschaltet. Nach einer kurzen Zwischenspeicherzeit bzw. der Zeit, die der Rechner 29 benötigt, werden die Schalter 36 und 37 für die Zeitdauer At geschlossen und die Differenzwerte AA bzw. AM werden den Auswerteeinrichtungen 38 und 39 zugeführt. Statt der Differenzwerte können selbstverständlich auch die Amplituden-Ist- bzw. Mittelkraft-Istwerte den Auswerteeinrichtungen zugeleitet werden. Nach Ablauf der Zeitspanne fl wird von der Zeitschalteinrichtung 33 ein Löschbefehl über die Leitung 34 angeschaltet, der in dem Spitzenspannungsspeicher 27 sowohl die Oberlast- als auch den Unterlastwert löscht. Beide Werte nehmen den nach Ende des Löschbefehls vorhandenen Wert der Signalspannung an. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, folgt die Unterlast nunmehr der Signalspannung, während die Oberlast den Augenblickswert speichert bis die Signalspannung diesen Wert wieder überschreitet. Sobald das Minimum M2 überschritten ist, wird der Unterlastwert UL gespeichert und über die Kippstufen 44 und 45 sowie das UND-Glied 47 wird Spannung an den unteren Eingang des Flip-Flop 48 geschaltet. Dieser kippt in die andere Lage und schaltet Spannung an den Ausgang 55.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1 2 Schaltungsanordnung zur automatischen Messung der Patentansprüche: Amplituden von rechteckförmigen Impulsen einer konstanten Zeitfolge bekannt. Um die infolge von

1. Schaltungsanordnung zur automatischen Er- Einschwingvorgängen an der Vorderflanke auftretenmittlung der Maxima und Minima einer als elek- 5 den Spannungsspitzen nicht zu erfassen, wird die Imtrisches Signal vorliegenden Schwingung, deren pulshöhe zu einem definierten Zeitpunkt nach Beginn Extremwerte mittels Spitzenspannungspeicher der Vorderflanke des Impulses gemessen, dessen Abgespeichert werden, insbesondere für Spitzen- stand von der Vorderflanke ein bestimmter Bruchteil wertberechner in dynamischen Werkstoffprüfma- der gesamten Impulslänge ist. Ebenso wird der NuIlschinen, dadurchgekennzeichnet, daß die 10 wert zu einem definierten Zeitpunkt von der Vorderbeiden (in den Spitzenspannungsspeichern 27 flanke des Impulses aus gemessen. Sowohl der Wert bzw. 28) gespeicherten Extrem-Istwerte während für die Höhe des rechteckförmigen Impulses als auch einer konstanten Auswertezeit (At), gegebenen- der Wert für seine Null-Lage werden in je einem Konfalls unter Zwischenschaltung eines Rechners densator gespeichert. Die Meßzeitpunkte werden von (29), an eine Auswerteeinrichtung (Vergleichs- 15 Impulsgeneratoren, von Vergleichseinrichtungen aus einrichtungen 19 und 20; Regeleinrichtungen 38 Impulslänge und Impulsabstand ermittelt.

und 39) innerhalb einer nach einem Extrem-Ist- Aus der deutschen Auslegeschrifi 1017 278 ist ein

wert beginnenden Speicherzeit (il) angeschaltet Verfahren zur Messung von Strompulsationen be-

und die Spitzenspannungsspeicher nach der Spei- kannt. Gemäß diesem bekannten Verfahren wird mit-

cherzeit (il) gelöscht werden. 20 tels eines Gleichrichters ein Kondensator auf eine dem

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, da- Spitzenwert des Wechselstroms entsprechende Spandurch gekennzeichnet, daß die Extrem-Istwerte nung aufgeladen und mittels eines Potentiometers ein mit den Extrem-Sollwerten (Vergleichseinrich- Anzeigeinstrument auf den Wert 100 eingestellt. Nach tungen 19 und 20) verglichen werden und die Dif- Abschalten des Kondensators zeigt das Anzeigeferenzwerte (AA, AM) an die Regeleinrichtungen 25 instrument den arithmetischen Mittelwert des anlie-(38, 39) angeschaltet werden. genden Stromes an und, wenn das Anzeigeinstrument

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder entsprechend geeicht ist, kann die Strompulsation di-2, dadurch gekennzeichnet, daß über eine Zeit- rekt in Prozenten abgelesen werden. Mit dieser schalteinrichtung (33) die Extrem-Istwerte bzw. bekannten Schaltungsanordnung kann jedoch der die Differenz der Extrem-Istwerte zu den Extrem- 30 Absolutwert der Spitzenspannung nicht ermittelt wer-Sollwerten kurzzeitig während der Auswer- den. Außerdem ist es nicht möglich, den Minimalwert tezeit (At) an die Regeleinrichtungen (38,39) an- festzustellen.

geschaltet (über mechanische oder elektronische Weiterhin sind Spitzenwertberechner bekannt, Schalter 36,37) und nach Ablauf der Speicherzeit (deutsche Offenlegungsschrift 2006491) die aus der (il) der Spitzenspannungsspeicher (27 bzw. 28) 35 als elektrische Signalspannung vorliegenden Spangelöscht werden. nung jeweils eine sogenannte Hüllenfunktion der Ma-

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, da- xima und eine der Minima bilden. Für die Bildung durch gekennzeichnet, daß die Zeitschalteinrich- einer Hüllenfunktion sind jeweils zwei Spitzenwerttung (33) von einer Logik (42 bis 49) eingeschaltet speicher vorgesehen, so daß insgesamt vier erforderwird, die aus Kippstufen (42 bis 45) besteht, wobei _4O lieh sind. In je zwei Spitzenwertspeichern wird abjeweils zwei (42, 43) für das Maximum und zwei wechselnd ein Maximum und ein Minimum gespeiweitere (44, 45) für das Minimum zusammenge- chert und die Spitzenwertspeicher werden während faßt sind, die über Negationsstufen jeweils mit ei- der Speicherzeit über eine Logik, bestehend aus Vernem UND-Glied (46, 47) und deren Ausgänge gleichseinrichtungen, Flip-Flop, UND- und ODER-mit einem Flip-Flop-Element (48) verbunden sind ₄₅ Glieder an den Ausgang geschaltet.

derart, daß bei Spannungsgleichheit zwischen Si- Der Aufwand dieser bekannten Einrichtung ist ver-

gnalspannung (S) und Speicherspannung (OL, hältnismäßig hoch und bringt auch gewisse Meßunge- UL) und bei einem Maximum-Istwert der obere nauigkeiten wegen einer unterschiedlichen Drift der Teil des Flip-Flops und bei einem Minimum-Ist- Verstärker in den beiden Spitzenspannungsspeichern. wert der untere Teil des Flip-Flops eingeschaltet ₅₀ Aufgabe der Erfindung ist es, die Verringerung der ist und, daß nach einem Maximum (bzw. Mini- erforderlichen Schaltelemente zu erreichen sowie den mum) und anschließendem Kippen der entspre- Umweg über die Bildung einer Hüllenfunktion zu verchenden Kippstufe (42 bei Maximum; 45 bei Mi- meiden und die Extrem-Istwerte unmittelbar meßnimum) über ein UND-Glied (49) Spannung an technisch zu erfassen. Diese Aufgabe wird gemäß der die Zeitschalteinrichtung angeschaltet wird. 55 Erfindung dadurch gelöst, daß die beiden in den Spit

zenspannungsspeichern gespeicherten Extrem-Istwerte während einer konstanten Auswertezeit, gege-

benenfalls unter Zwischenschaltung eines Rechners,

an eine Auswerteeinrichtung (Regeleinrichtung) in-60 nerhalb einer nach einem Extrem-Istwert gegebenen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsan- Speicherzeit angeschaltet und die Spitzenspannungsordnung zur automatischen Ermittlung der Maxima speicher nach der Speicherzeit gelöscht werden,
und Minima einer als elektrisches Signal vorliegenden Besonders vorteilhaft ist es, wenn in Regelkreisen

Schwingung, deren Extremwerte mittels Spitzenspan- die Extrem-Istwerte mit den Sollwerten verglichen nungsspeicher gespeichert werden, insbesondere für 6₅ werden und die Differenzwerte an die Auswerteein-Spitzenwertberechner in dynamischen Werkstoff- richtungen angeschaltet werden.
Prüfmaschinen und zur Regelung der Schwingung. Durch diese Schaltungsanordnung ist praktisch nur

Aus der deutschen Auslegeschrift 1616 078 ist eine die Hälfte der Speichereinrichtungen der bekannten