DE2331439A1

DE2331439A1 - Schaltungsanordnung zur automatischen ermittlung der maxima und minima einer schwingung

Info

Publication number: DE2331439A1
Application number: DE19732331439
Authority: DE
Inventors: Ivan Dipl Ing Chudey; Carl-Martin Dipl Ing Wawra
Original assignee: Carl Schenck AG
Current assignee: Carl Schenck AG
Priority date: 1973-06-20
Filing date: 1973-06-20
Publication date: 1975-03-13
Also published as: DE2331439C3; DE2331439B2

Description

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Carl Schenck Maschinenfabrik GmbH
19. Juni 1973

"Schaltungsanordnung zur automat!sehen Ermittlung der Maxima und Minima einer Schwingung"

Die Erfindung "betrifft eine Schal tungsanordnung zur automatischen Ermittlung der Maxima und Minima einer als elektrisches Signal vorliegenden Schwingung, deren Extremwerte mittels Jpitzenspannungsspeicher gespeichert werden, insbesondere für Spitzenwertberechner in dynamisehen VJerkstoffprüfmaschineri, wobei die beiden in den Spitzenspannungsspei ehern ge spei ehe et en Extrem-Istwerte während einer konstanten Auswertezeit an eine Auswerteeinrichtung innerhalb einer nach einem Extrem-I stv:ert beginnenden Speicherzeit angeschaltet und die Spitzenspannungsspeicher nach der Speicherzeit gelöscht werden, nach Patent ... (Patentanmeldung F 22 13 66)

Es sind Spitzenwertberechner bekannt. ( DT-OS 2 00ό ²K)l)_y die aus der als elektrische Signalspannung vorliegenden Spannung jeweils eine sogenannte Hüllenfunktion der Maxima und eine der ilinima bilden. Für die Bildung einer Hü11enfunktion sind jeweils zwei Spitzenwertspeieher vorgesehen, so daß insgesamt vier erfoderlich sind. In je zwei Spitzenwert spei ehern wird abwechselnd ein Maximum und ein Minimum gespeichert und die Spitzenwertspeicher werden während der Speicherzeit über eine Logik, bestehend aus ■Vergleichseinrichtungen, Flip-Flop, UIID- und ODER-Glieder an den Ausgang geschaltet.

Während der Bauaufwand dieser bekannten Schaltungsanordnung verhältnismäßig hoch ist und Meßungenauigkeiten wegen einer unterschiedliehen Drift der Verstärker in den beiden SpitzenSpannungsspeichern zu befürchten sind, wird mit der Schaltungsanordnung gemäß dem Hauptpatent bereits eine Verringerung der Anzahl der erforderlichen Schaltelemente erreicht und der Umweg über die Bildung einer .Hüllenfunktion vermieden, wobei die Extrem-Istwerte

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unmittelbar meßtechnisch erfaßt werden. Dazu ist eine Schaltungslogik: vorgesehen, die über Kippstufen, Negationsstufen, UND-Glieder und einen bistabilen Multivibrator eine Zeitschalteinrichtung für das Anschalten der gespeicherten Extrem-Istwerte an die Auswerteeinrichtung in Abhängigkeit von der zu erfassenden Schwingung steuert.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine noch weitere Vereinfachung des Aufbaus zu erreichen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Anschalten der in den Spitzenspannungsspeichern gespeicherten Extrem-Istwerte an die Auswerteeinrichtung durch eine von einem Frequenzgenerator gelieferte Taktfrequenz gesteuert wird, die zugleich über einen Multiplikator die Erregung für die zu erfassende Schwingung steuert. Damit entfallen zusätzliche Zwischenspeicher, denen die ermittelten Meßwerte für die Ober- und Unterlast zugeführt werden müßten, damit diese Werte zum gewünschten Zeitpunkt zur Verfügung stehen.

Wenn das Einhalten einer Resonanzfrequenz erwünscht ist, kann die Frequenz des Frequenzgenerators in Weiterbildung des Erfindungsgedankens in Abhängigkeit von der Phasenlage zweier elektrischer Signale, z. B. Kraft-Istwert und Weg-Istwert gesteuert werden.

Zweckmäßigerweise wird die vom Frequenzgenerator gelieferte Taktfrequenz einem das Anschalten der gespeicherten Extrem-Istwerte an die Auswerteeinrichtung steuernden Nulldetektor zugeführt. Dieser gibt beim Nulldurchgang der zugeführten Frequenz einen Steuerimpuls ab.

In noch weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen werden, daß dem Nulldetektor ein bistabiler Multivibrator nachgeschaltet 1st, der an seinem Ausgang jeden zweiten Impuls der Taktfrequenz unterdrückt. Damit wird erreicht, daß nur jede zweite Periode der zu erfassenden Schwingung abgetastet wird, was insbesondere beim Resonanzbetrieb vorteilhaft ist, wenn ein Extrem-Istwert in die Auswertezeit fallen könnte.

Zweckmäßig ist, den Multiplikator als Amplitudenmodulator auszuführen, um in einfacher Weise die Erregung für die zu erfassende

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Schwingung in Abhängigkeit von der Takt frequenz zu steuern.

Ein Ausf'dhrungsbeispiel der Erfindung wird in der Beschreibung und Zeichnung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 die Anwendung der Erfindung bei einer dynamischen Werkstoffprüfmaschine und

Fig. 2 den Spannungsverlauf in der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1.

Bei der in Fig. 1 stark vereinfacht dargestellten Prüfmaschine ist ein Prüfkörper 1 über eine Kraftmeßdose 2 am Rahmen 3 der hydraulisch betriebenen Prüfmaschine befestigt. Das andere Ende des Prüfkörpers 1 i'3t mit einer Masse 4 verbunden, an der eine Kolbenstange 5 eines doppelwirkenden Kolbens 6 eines hydraulischen VOR-LA3TZYLINDERS 7 angreift. Die Kolbenstange 5 ist mit einer Kolbenstange 9 eines Kolbens 10 in einem hydraulischen I/echsellastzylinder 11 verbunden. Die Hydraulikzylinder 7 und 11 sind ebenfalls am naschinenrahmen 3 befestigt. Von einer (nicht dargestellten) Hydraulikanlage wird der Zylinder 11 über Hydraulikleitungen IJ>, ein hydraulisches Servoventil lh und ein hydraulisches Schaltvsntil 15 derart 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 eine Klemme 12 wird ein Amplituden-Sollv;ert As vorgegeben und in einer Vergleichseinrichtung 19 mit einem Amplituden-Istwert verglichen. Die so ermittelte Differenz δ A wird über einen Schalter 37 an eine Auswerteeinrichtung, z. B. eine Regeleinrichtung 39* di^e als Speicher ausgebildet sein kann, angeschaltet. Die Zeit δ. t, während der der Schalter 37 geschlossen ist, wird durch eine Zeitschalteinrichtung 33 unabhängig von der jeweiligen Frequenz festgelegt, so daß in der Regeleinrichtung 39 ^ein von der Frequenz unabhängiges Signal zur Nachregelung des hydraulischem Zylinders 11 erzeugt wird. Der Regeleinrichtung 39 ist ein als Aeplltudenmodulator wirkender Multiplikator $0 nachgeschaltet,

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dessen Funktion später noch naher erläutert wird. Zwischen dem Multiplikator- 60 und dem Servo-Ventil i4 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 Vorlast-Zylinder 7 auf einer Seite mit Druckmittel beaufschlagt. Dazu sind im Zylinder 7 an seinen beiden Enden Zu- bzw. Abflußöffnungen 1Ö für das Druckmittel vorgesehen, die über Leitungen 21 und ein hydraulisches Servo-Ventil 23 mit der (nicht dargestellten) Druckmittel-Versorgungsanlage verbunden sind.

Das Servo-Ventil 23 wird über einen Verstärker 24 so gesteuert, daß die gewünschte Vorlast oder Mittelkraft erzeugt wird. Der Mittelkraft-Sollwert Ms wird über eine Eingangsklemrne 16 einer Vergleichseinrichtung 20 zugeführt, in der der Sollwert Ms mit einem Mittelkraft-Istwert Mi verglichen wird. Eine auftretende Differenz Λ. M wird über einen Schalter 36, der ebenfalls von der Zeitschalteinrichtung 33 geschaltet wird, einer Regeleinrichtung 38 zugeführt. Die Regeleinrichtung 38, die einen Speicher enthalten kann, gibt ein Regelsignal über den VerstärKer 24 an das Servo-Ventil 23.

Die Schalter 36 und 37 sind wegen der erforderlichen kurzen Schaltzeiten vorzugsweise als elektronische Schalter ausgeführt. Damit der Kolben unter der Wirkung der dynamischen Last eine rasche Schwingbewegung ausführen kann, sind an den Zylinderenden Anschlußöffnungen 25 für jeweils einen hydraulischen Speicher vorgesehen, die das durch die Schwingbewegung des Kolbens 6 kurzzeitig verdrängte Druckmittel-Volumen aufnehmen.

Die Kraftmeßdose 2, die beispielsweise mittels Dehnungsmeßstreifen eine der Kraft proportionale Widerstandsänderung erzeugt, ist mit einem Meßverstärker 22 verbunden, an dessen Ausgang ein der Kraft proportionales Spannungssignal S ansteht, das zwei Spitzenspannungsspeichern 27 zugeführt wird. Einer der beiden Speicher 27 ist für die Speicherung der Oberlast 0_L,der andere für die Unterlast U₁. bestimmt. Die Ausgänge der beiden Speicher 27 sind mit Rechnern in den Vergleichseinrichtungen I9 und 20 verbunden,

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wo aus der Oberlast 0_T und der Unterlast U_T ein Istwert der Amplitude bzw. ein Istwert der Mittelkraft errechnet und jeweils mit dem zugehörigen Sollwert verglichen wird.

Ein Prequenzgenerator 59 erzeugt eine Taktfrequenz, aus der in einem Null-Detektor 6l ein Taktsignal gewonnen wird. Dieses Signal wird einem bistabilen Multi-Vibrator 62 zugeführt, der an seinem Ausgang jeden zweiten Signal-Impuls unterdrückt, so daß nur eine Abtastung jeder zweiten Periode erfolgt. Der Ausgang des bistabilen Multi-Viorators 62 steht mit der Zeitschalt-Einrichtung 33 in Verbindung, die die Schalter 36 und 37 steuert und damit die Konstante Auswertezeit Δ. t festlegt. Außerdem schaltet die Zeitschalt-Einrichtung eine weitere Zeitschalt-Einrichtung 63, die die Speichel· 27 löscht.

Der Frequenz-Generator 59 speist den Multiplikator 60, der eine Amplituden-Modulation des Ausgangssignals des Regelverstärkers 39 ausführt. Dadurch erfolgt die Schwingungserregung des Kolbens IG üoer die Ventile 14, 15 mit der vom Generator 59 vorgegebenen Frequenz. Der bistabile Multi-Vibrator 62 könnte auch weggelassen werden, so daß dann ein Abtastsignal während jeder Periode gegeben wird.

In Figur 2 ist der Spannungsverlauf S am Ausgang der Kraftmeßdose einer dynamischen Prüfmaschine dargestellt, wobei als vereinfachtes Eeispiel ein dreieckförmiger Verlauf dargestellt wurde; bei den meisten Anwendungsfällen ist der Schwingungsverlauf sinusförmig. Der typische Spannungsverlauf i^t in Figur 2 am deutlichsten nach dem ersten Löschvorgang (Spannungsspitze von Uy nach oben und Ci nach unten) zu ernennen. Die Unterlast U_L folgt der abfallenden Spannung S bis zu einem Minimum und bleibt dann in dem entsprechenden Teil des Speichers 27 auf diesem Wert. Sobald die Spannung S wieder über ihren nach dem Löschvorgang vorliegenden Wert ansteigt, folp:t ihr die überlast Cv bis zu einem Maximum. Danach wird auch die überlast in dem hierfür vorgesehenen Teil des Speichers 27 gespeichert.

Wenn vom Frequenz-Generator 59 über den Null-Detektor 6l und gege^ebenenfalls den bistabilen Multi-Vibrator 62 ein Signal Kommt, schließt die Zeitschalt-Einrichtung ^'j> die Schalter 3o und 37

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und legt damit den Beginn der Auswertezeit Λ t fest. Die Differenzwerte Δ A bzw./i M werden den Auswerte-Einrichtungen 38 und ^9 zugeführt. Nach Ablauf der Auswertezeit werden die Schalter j>6 und yi wieder geöffnet und die Speicher 2? erhalten über die Zeitschalteinrichtung y6 ein Löschsignal. Beide Teile des Speichers 27 nehmen den nach dem Löschvorgang vorhandenen Wert der Spannung S an. Danach wiederholt sich der Geschriebene Ablauf.

In Figur 2 ist der Spannungsverlauf dargestellt, der sich ohne Verwendung des oistabilen Multi-Vibrators 62 einstellt, das heißt nach jeder Schwingungsperiode der Spannung S erfolgt eine Auswertung und Löschung. Da die vom Generator 59 erzeugte Impuls-Frequenz der Frequenz der Spannung S gleich ist, erfolgt nach jeder Periode, das heiSt nach jeweils einem Minimum und Maximum einer Auswertung. Wenn der bistabile MuIti-Vibrator 62 aus der Impuls-Frequenz jedes zweite Signal unterdrückt, erfolgt eine Auswertung erst nach zwei Perioden, das heißt nach zwei Minima und zwei Maxima. Dadurch wird sichergestellt, daß auch beim Zusammentreffen eines Extrem-Wertes der Spannung S mit dem Zeitabschnitt Δ t in dem Speicher 27 ein auswertbarer Extrem-Wert vorhanden ist.

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Claims

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Patentansprüche ;

Iy Schaltungsanordnung zur automatischen Ermittlung der Maxima und Minima einer als elektrisches Signal vorliegenden Schwingung, deren Extrem-Werte mittels Spitzenspannungsspeichern gespeichert werden, insbesondere für Spitzenwert-Berechner in dynamischen Werkstoffprüfmaschinen, wobei die beiden in den Spitzenspannungsspeichern gespeicherten Extrem-Istwerte während einer konstanten Auswertezeit an einer Auswerte-Einrichtung innerhalb einer nach einem Extrem-Istwert beginnenden Speicherzeit angeschaltet und die Spitzenspannungsspeicher nach der Speicherzeit gelöscht werden,

nach Patent (Patentanmeldung

P 22 I3 736.6-35), dadurch gekennzeichnet, daß das Anschalten der in den Spitzenspannungsspeichern (27) gespeicherten Extrem-Istwerte an die Auswerte-Einrichtung (19, 20; 38, 39) durch eine von einem Frequenz-Generator (59) gelieferte Taktfrequenz gesteuert wird, die zugleich über einen Multiplikator (60) die Erregung für die zu erfassende Schwingung steuert.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Frequenz-Genrators (59) in Abhängigkeit von der Phasenlage zweier elektrischer Signale gesteuert wird, z. B. Kraft-Istwert und Weg-Istwert.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vom Frequenz-Generator (59) gelieferte Taktfrequenz einem das Anschalten der gespeicherten Extrem-Istwerte an die Auswerte-Einrichtung (19, 20; 38, 39) steuernden Null-Detektor (6l) zugeführt wird.

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4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch ge-Kennzeichnet, daß dem Null-Detektor (61) ein bistabilei* Multi-Vibrator (62) nachgeschaltet ist, der an seinem Ausgang .jeden zweiten Impuls der
Taktfrequenz unterdrückt.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dais der Multiplikator (60) als Amplitudenmodulator ausgeführt ist.

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