DE2214689A1 - Schaltungsanordnung zur bildung eines ausgangssignals aus mehreren einzelsignalen - Google Patents

Description

• Vereinigte Flugtechnische Werke-Fokker Gesellschaft mit beschränkter Haftung Schaltungsanordnung zur Bildung eines Ausgangssignals aus mehreren Einzelsignalen Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung zur Bildung eines Ausgangssignals aus mehreren Einzelsignalen, insbesondere zur Ermittlung eines dem jeweiligen Maximallfert einer sich ändernden physikalischen Größe entsprechenden Signals.
• Derartige Schaltungsanordnungen dienen zusammen mit we weiteren Schaltgeräten zum Schutz von Maschinen und Anlagen, bei denen im Betrieb sich laufend ändernde physikalische Größen auf ihren zulässigen inert hin überprüft werden müssen. Ein hnwendungsbeispiel liegt z.B. in der Ermittlung und Überwachung der Spitzenwerte von Materialbelastungen vor, und zwar der Materialspannungen in Säulen von Pressen, z.B.
• Schmiedepressen. Die Ermittlung derartiger Spitzenspannungen ist aber sehr schwierig, da bei den meisten als Rundsäulen ausgebildeten Säulen den Zug- oder Druckspannungen Biegespannungen überlagert sind.
• Bei der Ermittlung von Material spannungen ist es bekannt, Dehnungs meßstreifen zu verwenden. Dies hat den Vorteil, daß am meßort ein relativ geringer Aufwand zu treiben ist, da die Verarbeitung des Meßsignals in entfernten Geräten erfolgt. Dehnungsmeßstreifen eignen sich daher in hervorragender Weise zur Ermittlung der Spannungen in Rundsäulen. Bei Rundsäulen kann der resultierende Spannungsverlauf, der sich z.B. aus der Überlagerung von ob Zug- und Biespannungen oder Drt,ek- und Biegespannungen ergibt, mit genügender Genauigkeit über den Umfang einer Rundsäule als eine von der Nullspannung verschobenen Sinusweil e angenommen werden. Der zu ermittelnde Spitzen-oder Maximalwert der Materialspannung ergibt sich dann aus der Amplitude der Sinuswelle, die um den Betrag der Zug- oder Druckspannung zu vermehren oder zu vermindern ist.
• Obwohl mit Dehnungsmeßstreifen Materialspannungen am jeweiligen Meßort sehr genau zu ermitteln sind, ist es mit den bekannten Methoden nicht zufriedenstellend möglich, den Maximalwert einer sich über den Umfang einer Rundsäule ändernden Material spannung zu ermitteln. Es ist zwar bekannt, mehrere Dehnungsmeßstreifen an einer nrindsäule anzubringen und aus den Meßsignaien das jeweils betragmäßig größte als den Maximalwert anzusehen, aber dics ist nur in dem Sonderfall genau, wenn die Maximalspannung zufällig an einem Meßort auftritt.
• Man kann zwar durch eille Erhöhung der Meßstellen die Genauigkeit erhöhen, aber das erfordert einen erhöhten Aufwand, den das zu erwartende und trotzdem noch ungenau Ergebnis nicht rechtfertigt.
• Der Erfindung liegt daher die Atifgabe zugrunde, die geschilderten Nachtei le zu vermei den und eine Schaltungsanordnung vorzusehen, mit der es aus mehreren Einzelsignalen möglich ist, den Maximalwert einer sich über den Umfang einer Rundsäule ändernden MaterialspanwJng exakt zu ermitteln. Erfindungsgemäß wird diesc Aufgabe dadurch gelöst, daß die Einzelsignale in einem ersten Netzwerk zu einem arithmetischen Mittelwertsignal verarbeitet sind und daß dem arithmetischen Mittelwertsignal ein geometrische Mittelwertsignal zuaddiert ist, aus halben Signaldifferenzen paarweise zusammengefaßter Einzel signale gebildet ist Mit Hilfe der Erfindung ist es z.B. aus vier Einzelsignalen symmetrisch am Umfang einer Rundsäule angebrachter Dehnungsmeßstellen möglich, den an beliebiger Stelle auftretenden Maximalwert der Materialspannung exakt zu ermitteln. Hierbei sind mit der paareisen Zusammenfassung von Einzel signalen die Signale zweier gegenüberliegender Dehnungsmeßstellen gemeint.
• Die Erfindung gestattet auch die Ermittlung des Maximalwertes mit Hilfe von drei Dehnungsmeßstellen und zwar dan, wenn das arithmetische Mittelwertsignal durch ein Signalpaar gebildet wird und wenn die halbe Signaldifferenz eines Signalpaares durch ein um das arithmetische Mittelwertsignal vermindertes Einzelsignal ersetzt wird.
• Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Querschnitt einer Rundsäule Figur 2 den resultierenden Spannungsverlauf am Umfang einer Rundsäule Figur 3 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiel 5 der Erfindung u n d Figur 4 ein Blockschaltbild eines zweier Ausführungsbeispiels der Erfindung.
• In Figur 1 ist der Querschnitt einer Rundsäule 10 dargestellt, an der vier Dehnungsmeßstellen A, A'; B, B' symmetrisch angeordnet sind.
• Figur 2 zeigt dazu den über dein Umfang der Rundsäule 10 aufgetragenen resultierenden Spannungswverlauf, der bei auf Druck- oder Zugspannungen überlagerten Biegespannungen mit genügender Genauigkeit als Sinusfunktion darstellbar ist. Aus dieser Abbildung ist auch zu entnehmen, daß der als Maximalwert bezeichnete Wert D nicht an ei er Dehnungsmeßstelle aufzutreten braucht. Der arithmetische Mittelwert D entspricht hierbei den Wert der Zugspannung, welcher die fliegespannung- mit der Amplitude C überlagert ist.
• Zur Bildung eines Maximalwertes D dient die in der Figur 3 darmax gestellte Schaltungsanordnung. Die Dehnungen an den Meßstellen A, A'; B, ' sind entsprechend mit DA, D; DB, DB bezeichnet.
• In der Schaltungsanordnung nach Figur 3 wird der Maximalwert D max nacii folgender Formel ermittelt: Durch Einsetzen der entsprechenden Signalwerte, und zwar DA ¢ D + C sin α DA' = D + C sin (α + 1800) DB e D + C sin (α + 900) DB' = D + C sin (α' + 2700) läßt sich in einer entsprechenden Rechnung nachweisen, daß Dmax sich zu D + C ergibt. Daraus folgt, daß die Lage der Dehnungsmeßstellen zum jeweils auftretenden Maximalwert beliebig sein kann.
• In der Schaltungsanordnung nach Figur 3 werden die Signale der Dehnungsmeßstellen A, A'; B, B' nach der Aufbereitung in entsprechenden Signal stufen 15, 16, 17, 18 einem Netzwerk 20 zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes zugeleitet. Die Signale DA, DA' bzw. DB DB der gegenüberliegenden Dehnungsmeßstellen sind dann paarweise zusammengefaßt und je einer Subtrahierstufe 21, 22 zugeleitet, wo jeweils die halbe Signaldifferenz gebildet wird. Anschließend gelangen die halben Signal differenzen über je eine Quadrierstufe 23, 24 zu einer ersten Summierstufe 25. Das Summensignal wird dann über eine Radizierstufe 26 einer zweiten Summierstufe 27 zugeleitet, die zur Bildung des dem Maximalwert entsprechenden Ausgangssignals das arithmetische Mittelwertsignal des Netzwerkes 20 erhält. Das ermittelte Ausgangssignal entspricht in jedem Fall dem Maximalwert, da die erste Summierstufe 25 von den Quadrierstufen 23, 24 immer positive Signale erhält.
• Es ist auch möglich, den Maximalwert der in einer Rundsäule auftretenden Materialspannung mit drei bchnungsmeßstel3 en zu ermitteln.
• Dabei ist es notwendig, daß zwei Dehnungsmeßstellen sich genau gegenüberliegen. Figur 4 zeiet eine Schaltungsanordnung für drei Einzelsignale, wobei auf das Signal DB vcrzichtet wurde. Zur Bildung des arithmetischen Mittelwertsignals erden nur die Einzelsignale DA, DA' herangezogen, den man kann nachweisen, daß der aus DA und DA gebildete arithmetische Mittelwert mit dem aus DA, DA'; DB, DB' gebildeten Mittelwert identisch ist. Weiterhin ist es möglich nachzuweisen, daß eine halbe Signaldifferenz, z.B D13 - 13 mit der Differenz DB - D 2 identisch ist. Dadurch ist es möglich, auf das Einzelsignal der vierte Dehnungsmeßstelle B' zu verzichten. Die Schaltungsanordnung wird dann gegenüber der nach Figur 3 einfacher, da auf die Signal stufe 18 zur Signalaufbereitung verzichtet werden kann. Außerdem kann das Netzwerk 2C zur Bildung des arithmetischen Mittelwertes einfacher aufgebaut werden.
• Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist es - wie bereits erwähnt - möglich, aus wenigen Einzelsignalen den Maximalwert eines sich ändernden Signalverlaufs zu ermitteln. Dabei ist es vollkommen unwichtig, ob der Maximalwert als Einzelsignal erfaßt ist oder nicht.
• Dic Erfindung gestattet es daher mit relativ einfachen Mitteln, Materialspannungen in Rundsäulen von Pressen zu überwachen und mit Hilfe weiterer Geräte auf den zulässigen ert zu überprüfen.
• - Patentansprüche -

Claims (6)

1. P a t e n t a n s p r ü e h e 1. ) Schaltungsanordi-iung zur Bildung eines Ausgangssignals aus mehreren Einzel signalen, insbesondere zur Ermittlung eines dem jeweiligen Maximalwert einer sich ändernden physikalisclsen Größe entsprechenden Signals, dadurch p e k e n n -z e i c h n e t , daß die Einzelsignale (DA, DA'; Db, D13') in in einem Netzwerk (20) zu einem arithmetischen Mittelwertsignal verarbeitet sind, und daß dem arithmetischen Mittelwertsignal ein geometrisches Mittelwertsignal in einer Summierstufe (27) zuaddiert ist, das aus halben Signal differenzen paarweise zusammengefaßter Einzelsignale (DA, DA'; Drs, D') gebildet wird.
2. 2.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß das arithmetische Mittelwertsignal durch ein Signalpaar (DA, DA) gebildet ist und daß die halbe Signaldifferenz eines Signalpaares (DB, DB') durch eine um das arithmetische Mittelwertsignal (D) vermindertes Einzelsignal (DB) ersetzt ist.
3. 3.) Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, insbesondere zur Ermittlung von Maximalspannungen in Rundsäulen von Pressen, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß auf dem Umfang einer Rundsäulc (lO) vier Dehnungsmeßstellen- A, A'; B, B' symmetrisch angeordnet sind, deren in entsprechenden Signalstufen (15, 16, 17, 18) aufbereitete Signale die Einzelsignale darstellen.
4. 4.) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß ein Signalpaar (DA, DA'; DB, DB') aus den Einzelsignalen zweier gegenüberliegender Dehnungsmeßstreifen gebildet wird.
5. 5.) Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß jeweils zwei zu einem Signalpaar (Aß D1; DB, DB) zusammengefaßte Einzelsignale je einer Subtrahierstufe (21, 22) zur Bildung von halben Signaldifferenzen zugeleitet sind und daß die halben Signaldifferenzen über je eine Quadrierstufe (23, 24) zu einer ersten Summierstufe (25) gelangen.
6. 6.) Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das in der ersten Summierstufe (25) ermittelte Signal über eine Radizierstufe (26) zu einer zweiten Summierstufe (27) geleitet ist, die zur Bildung des Ausgangssignals (Dmax) weiterhin das in Netzwerk (20) gebildete arithmetische Mittelwertsignal erhält.