DE2528575A1

DE2528575A1 - Verfahren und vorrichtung zum messen und gegebenenfalls zum einstellen der frequenz eines metallischen stabes

Info

Publication number: DE2528575A1
Application number: DE19752528575
Authority: DE
Inventors: Didier Marcel Beaudet; Michel George Berniere
Original assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Current assignee: Societe Anonyme de Telecommunications SAT
Priority date: 1974-07-03
Filing date: 1975-06-26
Publication date: 1976-01-22
Also published as: DE2528575B2; US4012870A; DE2528575C3

Description

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19· Juni 1975 Gza/alt

Societo Anonyme de Toleconnnunicafciom;, 7511'' PariK/Frn

Verfahren und Vorrichtung zum Messen und gegebenenfall zum Einstelle·!! der Frequenz eines metallischen Stabes

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ;inc Vorrichtung zvmi Messen und gegebenes!'all s.« zum Einstellen der Schwingung.'»frequenz einey metallischen, insbesondere feri'oraagne tischen Stabes.

Solche mechanisch schwingenden Stäbe werden insbesondere in Oszillatoren oder elektromechanischen Frequenzfiltervj benutzt.

Bekanntermaßen besitzt ein freier ferromagnetische!- Stab genau definierte mechanische Schv/iugungsfroquenzen, die eine unendlichoFolge von diskreten Werten f , f₉ ... f bilden. Für η = 1 ergibt r.ich die Grunduchwingung , in welcher der Stab in einer Halbwolle ochiiingt. Für η =s 2 ergibt sich die harmonische zweite Ordnung, wobei der Stab in einer Vollwelle schwingt, usvi. für irgendeinen Wert von n. Die Sohwingungsfrequenz des Stabes hängt von seinen geometrischen Parametern ab, insbesondere von seiner Länge, wenn der Durchmesser klein iin Verhältnis zur Länge ist. Genauer gesagt, ist die Schwingungsfrequenz umgekehrt proportional zur Länge des Stabes.

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Zur Messung der Frequenz benutzt man gewöhnlich das Phänomen der Magnetostriktion, genauer gesagt die direkte Wirkung dos longitudinalen Joule-Effekts, nach welchem jculo Anlegung eines magnetischen Feldes oder Veränderung eines angelegten Feldes bei einem ferroniagnetischen Stab eine Veränderung der Länge, d.h. eine longitudinale Druckwelle erzeugt. Dieser Effekt wird insbesondere zur Schall- oder Ultraschallcrzeugung benutzt.

Der Stab, dessen Schwingungsfreqvienz gemessen werden soll, wird einem magnetischen Feld unterworfen, das mit einer veränderlichen Frequenz f moduliert ist. Durch den Joule-Effekt beginnt der Stab longitudinal mit der Frequenz f zu schwingen. Wenn diese Frequenz f in den Bereich einer der Eigenschwingungsfrequenzen des Stabes kommt, beobachtet man ein Resonanzphänomen, und die Schwingungsamplitude des Stabes nimmt erheblich größere Werte (100 bis 1000 mal so groß) an als diejenigen, die durch den Joule-Effekt bewirkt werden. Der Wert f des überlagerten Wechselfeldes ergibt hierbei den Viert der gemessenen Frequenz.

Wenn man eine gewünschte Schwingungsfrequenz erzielen möchte, berechnet man die entsprechende Länge des Stabes, stellt einen ersten Rohling mit angenäherten Abmessungen her und ändert danach die Länge durch nachfolgende Überarbeitungen, während man die Schwingungsfrequenz, des Stabes nach jedem Uberarbeitungsvorgang mißt.

Dieses Verfahren zur Einstellung der Länge eines Stabes ist daher langwierig, ermüdend und kompliziert aufgrund der Schwierigkeiten, die sich bei der genauen Feststellung des Resonanzphänomens ergeben.

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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, diese Unzulänglichkeiten zu vermeiden und ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, welche in einfacher Weise das Messen der Frequenz eines metallischen Stabes und gegebenenfalls das Einstellen seiner Länge zur Erzielung einer gewünschten S chw ingung α frequenz ermögli chen.

Die Erfindung geht ebenfalls von dem Phänomen der Magnetostriktion aus j aber benutzt, den urngekehrten Effekt des longitxidinalen Joule-Effekts, d.h. den Villari-Effekt, nach welchem die Erzeugung einer Druckwelle oder eine Änderung der natürlichen Länge eines ferroinagnetxschen Stabes die Magnetisierung dieses Stabes hervorruft.

Dioser Effekt wird insbesonder e zum Empfang und Nachweis von Ultraschall bemutzt. Hierbei wird der Stab in einer Spule angeordnet. Die die Ultraschallwelle begleitende Druckv/olle übt einen Wechselzug aus, dessen Amplitude gleich dei*jenigen der Druckwolle ist.

Infolge dor .sich ergebenden Längenänd e rung en erhält- der Stab eine Wachse!magnetisierung, die in der den Stab umgehenden Spule eine Wechselspannung gleicher Frequenz induziert.

Das Verfahren gemäß der Erfindung verwendet diesen Effekt in einer unterschiedlichen Art und VJeiac, indem der ferromagnetische Stab freischwebend in einem konstanten Magnetfeld angeordnet, der Stab zur Schwingungserregung einer äußerun Einwirkung ausgesetzt und die sich ergebende Sclxwingungsfrequenz nachgewiesen wird.

Wenn nan lediglich die Schwingungsfrequenz messen will, z.B. um Stäbe in schmalen Frequenzbändern zu klassifizieren, kann die ScIm ingung des Stabes z.B. durch mechanische Mittel, wie z.B. durch einen Hammer, der auf das obere Ende eines freischwebend gehaltenen Stabes schlägt, hervorgerufen werden.

i. f1 '; ■

Bei einer anderen Ausführungsform wird die Schwingung des Stabes durch elektrische Anregung, insbesondere einen Elektroschock bewirkt.

Wenn man gleichzeitig die Länge des Stabes, dessen Frequenz gemessen wird, einstellen möchte, um eine gewünschte Schwinguugsfrequenz zu erzielen, wird die Schwingung des Stabes durch die Einwirkung eines materialentfernenden Werkzeuges auf ein Ende des Stabes bewirkt, wobei die resultierende Schwingungsfrequenz mit der gewünschten Frequenz verglichen und die Einwirkung des Werkzeuges automatisch unterbrochen wird, wenn diese beiden Werte übereinstimmen.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus einem isolierenden vertikalen Zylinder, in dessen Zentrum der Stab durch eine pneumatische Einrichtung freischwebend gehalten ist, aus Mitteln zur Schwingungserregung des Stabes, aus einer Spule, die ein konstantes Magnetfeld erzeugt und an deren Klemmen die Schwingungsfrequenz des Stabes gemessen wird, sowie aus einem selektiven Verstärker, der an die Klemmen der Spule angeschlossen ist.

Wenn lediglich-die Frequenz gemessen werden soll, weist die Vorrichtung der Erfindung eine Vorrichtung zur Messung der Frequenz auf, die am Ausgang des selektiven Verstärkers angeschlossen ist.

Wenn man gleichzeitig die Länge des Stabes einstellen möchte, um eine gewünschte Frequenz zu erzielen, weist die Vorrichtung darüber hinaus einen Vergleicher auf, dessen Ausgangssignal die pneumatische Einrichtung derart steuert, daß sie die Wechselwirkung zwischen dem Werkzeug und dem Ende des Stabes steuert. Diese pneumatische Einrichtung beaufschlagt den Stab mit einer Kraft, die einen ersten erhöhten Wert besitzt, wobei der Stab in einer hohen Position gehalten wird, in welcher er in Kontakt mit dem Werkzeug kommt, wenn das Ausgangssignal des Vergleichers anzeigt, daß die gewünschte

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Frequenz nicht erreicht ist, und die einen zweiten geringen Wert besitzt, wobei der Stab in einer tiefen Position gehalten wird, in welcher er vom Werkzeug entfernt ist, venn der Vergleicher anzeigt, daß die gewünschte Frequenz erreicht ist.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die pneumatische Einrichtung eine Druckluftquelle mit konstantem und regelbarem Durchfluß und Druck und einen Verteilerblock auf, der mit dem unteren Teil des isolierenden, den Stab enthaltenden Zylinders über ein Verbindungselement mit einem inneren, vorzugsweise kreisförmigen Hohlraum verbunden ist, in welchen direkt das untere Ende des isolierenden Zylinders und das obere Ende eines zentralen Luftzufuhrverbindungsrohrcs, das in Verlängerung des isolierenden Zylinders angeordnet ist und mit der Druckluftquelle verbunden werden kann, und mindestens ein seitliches Abfuhrverbindungsrohr, das die Gleichgewichtslage des Stabes bestimmt, münden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der folgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigt:

Figur 1 ein Prinzipschema, teilweise im Schnitt, einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Messen der Frequenz eines metallischen Stabes,

Figur 2 eine abge%vandelte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß Figur 1 und

Figur 3 ein Prinzipschema, teilweise im Schnitt, einar Vorrichtung zum Messen und Einstellen der Frequenz eines metallischen Stabes.

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In den Figuren sind identische Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie in den Figuren, insbesondere in Figur 1 dargestellt ist, ist ein Stab I₁ dessen Frequenz gemessen werden soll, in einem isolierenden vertikalen Zylinder 2 angeordnet, in dessen Innerem er ohne Reibung gleiten kann.

Die Kraft, welche den Stab 1 in der Schwebe hält, wird von einer pneumatischen Einrichtung erzeugt, die im wesentlichen eine Drucklüftquelle 6, deren Förderung und Druck konstant sind und auf einen gewünschten Wert geregelt werden können, und

weist

einen Verteilerblock 5 auP^ der einerseits mit der Druckluftquelle 6 und andererseits mit einem in die Atmosphäre mündenden Ausströmungssystem in Verbindung steht. Dieser Verteilerblock 5 ist am unteren Teil des isolierenden Zylinders 2 über ein Verbindungselement 7 angebracht, das einen kreisförmigen Hohlraum 8 aufweist, in welchen das untere Ende des isolierenden Zylinders 2 und das obere Ende eines zentralen Verbindungsrohres 9 sowie ein Ende mindestens eines seitlichen Verbindungsrohres 50 münden, dessen anderes Ende in die freie Luft mündet. Das zentrale Verbindungsrohr- 9_t welches im Verteilerblock 5 angeordnet ist, ist vertikal und mit dem Zentrum des isolierenden Zylinders 2 ausgerichtet und befindet sich daher direkt unter dem Stab 1.

Bei dieser ersten Ausführungsform werden die Mittel zur Schwingungserregung des Stabes 1 von einem Hammer 53 gebildet, der um eine feste Achse 5k schwenkbar ist und durch irgendwelche geeigneten Mittel 55» z.B. einen Elektromagneten, der einen mit dem hinteren Ende des Hammers verbundenen Tauchmagnetkern enthält, betätigt.

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Der Schlag des Hammers 53 auf die Spitze des Stabes 1 läßt diesen schwingen und in dem vertikalen Verbindungsrohr 9 hinuntergehen. Aufgrund des Druckes, welcher von der von der Quelle 6 kommenden Druckluft ausgeübt wird, wird die Geschwindigkeit des Stabes im unteren Teil des Rohres auf Null reduziert und der Stab steigt zu seiner Gleichgewichtsposition zurück.

Das zentrale Verbindungsrohr 9 ist rechtwinklig gekröpft und verlängert sich in einem horizontalen Kanal 511 der on die Druckluftquelle 6 angeschlossen ist. Der Boden dieses zentralen Verbindungsrohres ist auf dem Niveau des Knies mit einem elastischen Anschlag 52 versehen, von dem der Stab gegebenenfalls zurückprallen kann, wenn er in Bewegung gesetzt wird.

Die Verbindungsrohrc 9 und 50 dienen jeweils zur Zufuhr und Abfuhr von Druckluft aus der Quelle 6. Die horizontalen Verbindungsrohre 50 sind im Verbindungselement 7 angeordnet und ihre Position bestimmt die Gleichgewichtsposition dos Stabes 1 im isolierenden Zylinder 2. Ihre Anzahl und/oder ihre Abinessutigen sind sehr wichtig, um ein freies Ausströmen ohne Hindernisse zu ermöglichen.

Eine um den isolierenden Zylinder 2 angeordnete Spule 40, deren Versorgung nicht gezeigt ist, erzeugt ein konstantes Magnetfeld um den Stab 1. Diesem konstanten Magnetfeld überlagert sich das magnetische Wechselfeld, das durch die Schwingung des Stabes erzeugt wird, wenn er vom Hammer getroffen wird. Die Ausgangsklemmen 4l, 42 der Spule 40 sind mit den Eingängen eines Verstärkers 43 verbunden, dessen sehr schmaler Durchlaßbereich um eine Frequenz zentriert ist, die von der Größenordnung derjenigen Frequenz der Stäbe ist, deren Schwingungsfrequenz man messen möchte. Diesem Verstärker 43 folgt ein Bandfilter 44. Das Ausgangssignal des Bandfilters 44 wird auf eine Vorrichtung 56 gegeben, die eine Frequenzmessung erlaubt.

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In der dargestellten Ausführungsform wird die Vorrichtung von einem Frequenzmesser gebildet, der die Frequenz der an den Klemmen kl und 'i2 der Spule induzierten Spannung mißt, die ihm über den Verstärker kj und den Filter kk jedesmal dann übermittelt wird, wenn der Stab in Schwingung versetzt wird und sich auf dem Niveau der Spule 40 befindet, d.h. in einem konstanten Magnetfeld ungeordnet ist, sei es beim Abstieg sei es beim Aufstieg, nachdem er auf den elastischen Anschlag aufgeschlagen ist oder nicht.

Bei einer nicht dargestellten abgeänderten Form dieses Ausführungsbeispieles, vorausgesetzt, der Stab 1 fällt in dem zentralen Verbindungsrohr hinaü und verläßt daher das konstante Magnetfeld, kann der Frequenzmesser durch einen Zeitmesser ersetzt werden, der die Zeit mißt, die notwendig ist, um eine vorbestimmte Anzahl von Null-Durchgängen des an den Klemmen der Spule anstehenden Signales, wenn cer Stab diese durchquert, zu zählen, wodurch sich eine Messung der Frequenz ergibt.

In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, in welcher die äußere. Einwirkung zur Schvingungserregung des Stabes durch einen Elektroschock verursacht wird. Zu diesem Zweck ist um die erste Spule ^O eine zweite Spule oder Ililfsspule 57 angeordnet. Diese Hilfsspule wird von einem Impulsgeber 58 gespeist. Die anderen Elemente und Schaltungen sind mit denen der ersten Ausfuhrungsform identisch und sind mit den gleichen Dezugszeichen versehen, wobei ihre Funktionsweise ebenfalls identisch ist.

Bei dieser Ausfuhrungsform wird die Schwingung des Stabes 1 durch Anlegen eines Impulses starker Intensität und kurzer Dauer, der von einem Impulsgeber bekannter Bauart geliefert wird, an die Hilfsspxile 57 hervorgerufen. Der resultierende Elektroschock läßt den Stab schwingen, ohne daß er den isolierenden Zylinder verläßt, so daß am Boden des Verbindungsrohres 9 kein Anschlag mehr erforderlich ist. Die Frequenz

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der on den Klemmen der Spule ¹W auftretenden Spannring wird von dem Frequenzmesser 56 nachgewiesen, nachdem diese Spannung vom Verstärker 43 verstärkt und vom Filter kk gefiltert worden ist.

Bei einer abgeänderten Ausführungsform kann die elektrische Erregung des Stabes dadurch erzielt werden, daß anstelle eines kurzen Inipulst-κ großer Intensität an die Hilfsspule 57 ein Strom veränd-eilieber Frequenz angelegt wird. Weiterhin kann man auch die Hilfsspule weglassen und den .Stab dadurch zum Schwingen erregen, daß man der* Versorgung der ersten Spule 4θ eine Spannung veränderlicher Frequenz überlagert.

In Figur 3 ist ein vollständigeres Ausführungsbeispiel dargestellt, mit welchem nicht nur die Messung der Sohwingungsfrequenz eines metallischen Stabes möglich ist, sondern mit welcher ebenfalls die Länge eingestellt werden kann, um einen gewünschten Frequenzwert zu erzielen.

Wie in den Figuren 1 und 2 ist der Stab I₁ dessen Länge gegebenenfalls eingestellt werden soll, in einem isolierenden vertikalen Zylinder 2 angeordnet, in dessen Innerem er ohne Reibung gleiten kann. Oberhalb dieses Zylinders 2 ist ein Werkzeug 3 angeordnet, das zur Veränderung der Länge des Staber; benutzt wird. Beispielsweise kann eine Drehschleifscheibe 3 benutzt werden, die auf der Abtriebswelle eines Motors k mit üblicher Drehzahl gelagert ist. Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann die Schleifscheibe durch eine ebene Oberfläche ersetzt werden.

Das Meßsystem der Frequenz, das von der Spule 40, dem Verstärker Ί3 und dem selektiven Filter· k^Ll gebildet wird, ist mit dem in den Figuren 1 und 2 dargestellten System identisch.

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Im Gegensatz dazu wird im vorlicgonden Fall das Au κ gang .«■■;-signal dc3 Filters ^llh auf einen Eingang h'j eines Vergleichers 48 gegeben, dessen anderer Eingang 46 ein KeferniizE.i.gna.1 empfängt, das \ron einer Jleferenzquelle 47 geliefert wird. Dn;; Aufigangf?» signal des Vergleichers 48, das auf der Leitung 49 erscheint, wird zur Steuerung der pneumatischen Einrichtung, i/olcho den Stab freischwebend hält, derart benutzt, daß es die Wechselwirkung zwischen dem Y/erkzeug 3 und dem oberen Ende des Stab«.«·

I steuert;.

Diese pneumatische Einrichtung besteht im wesentlichen aus einer Druckluftquelle 6 mit konstantem und regelbarem Durchfluß und Druck und aus einem Verteilerblock 5» welcher luit dem unteren Ende des isolierenden Zylinders 2 über ein Verbindungselement 7 verbunden ist, das einen inneren, vorzugsweise kreisförmigen Hohlraum 8 aufweist, in welchen direkt das untere Ende des isolierenden Zylinders 2 und das obere Ende einen zentralen Verbxndungsrohres 9 und eines seitlicher. Verbxndungsrohres 10 einmünden. Das zentrale Verbindungsrohr mündet in der Verlängerung des isolierenden Zylinders ein und. kann durch Mittel an die Druckluftquelle angeschlossen werden» die im nachfolgenden beschrieben werden.

Das seitliche Verbindungsrohr 10 ist seitlich geneigt und mündet auf der oberen Stirnfläche des Blockes auf einer Seite des zentralen Verbxndungsrohres 9- Das zentrale bzw. seitliche Verbindungsrohr 9 bzw. 10 dient jeweils der Zufuhr bzw. der Abfuhr der von der Quelle 6 kommenden Druckluft. Das untere Ende des zentralen Verbxndungsrohres 9 endet in einem zentralen Ilohlraumjll, an dessen Boden eine Auflagestütze 12 angeordnet ist, die verhindert, daß der Stab zur Seite fällt, indem sein oberes Ende mit dem zentralen Verbindungsrohr in Eingriff gehalten wird, wenn der Stab sich in der unteren Position befindet. Dieser zentrale Hohlraum

II steht einerseits mit einem ersten seitlichen Hohlraum

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über einen Kanal l'l und andererseits mit einem Kanal. 1 [3 in λ^Γ er bindung, der soinerseit-s mit einer ersten Abfuhrleitung j G :in Verbindung steht, die einen Durchflußregler 37 enthält. Der seitliche Hohlraxim 13 enthält eine Vorrichtung 1.8 7.MV Durohflußrogelung, hier von einer Madenschraubc dargestellt, und 5JtehI über einen Kanal 19 »nit einer Druckluftzufuhrleitung 20 in Verbindung.

Dar. .'(itlicho Verbindungsrohr 10 steht mit ecineni unteren linde mit einem zvoiten seitlichen Hohlrp.uin 21 in Verbindung, der rii)i<· Vorrichtung 22 z.ur Durchflußregelung enthalt, liier di-.rgo.'-i el_11 von eir.er Hadenschraube, und der mit einen) 3ir.n;-l 2.3 in Verbindung steht, dor seinerseits an eine zweite Abfuhr! oitung 17 angeschlouson ist.

Die Druckluftzufuhr erfolgt λ^γοπ dei" Hochdruckquellc 6 über ein Mat. n etventll J-O, da;.= normalerweise geöffnet ist und an de.^r:;;(;n Ausgan;·; ein Filter 31 angeschlossen ist·

Da.'· fr,; iiiirnetKcn und dae Anhalten der gesamten Vorrichtung erfo.i..rl mit Ililfo der gestrichelt dcirgö.stellten Schaltverbindui'.'j 3^' ι die in KeILe mit einem Ein- und Ausschaltknopf migoni rliirt i.stt

Der Filter 31 ist mit einem Druckregler 32 verbunden, dem ceinircoits ein DurchflufSregler 33 folgt. Der in der /iuiuhrlcitun™ 20 existierende Druck wird von einem Manometer 'Jh überprüft. Day Ausströmen ei'folgt über ein zweites, iiorraalerweis*: geschlossenes, selektiv gesteuertes Magnetventil ^5, was hiernach gezeigt wird, an welchem eine Abfuhrleitung 36, die durch die Vereinigung der Abfuhrleitungen l6 und 17 gebildet wird, endet.

Die Vorrichtung weist darüber hinaus Einbaumittel des Stabes in seiner anfänglichen natürlichen Länge und Ausbaumittel

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des Stabes in seiner endgültigen Länge auf, die nicht Toil

der vorliegenden Erfindung sind und daher nicht beschrieben werden.

Nach dor Beschreibung des Aufbaus der Vorrichtung wird «iiiimchr ihre Funktioiiswoise beschrieben.

Der Stab 1 in dom isolierenden Zylinder 2 wird an seinem unteren Ende einer kouütantcn Druckkraft ausgesetzt, die notwendig und hinreichend i.';t, um ihn in einer gegen die Schlei f oberfläche abgestützten Lage zu haltenο

Die Größe dieser Kraft, die von der dem zentralen Hohlraum zugeführten Druckluft herrührt und auf das untere Ende des Stabes über das zentrale Verbindungsrohr 9 einwirkt, wird mit Hilfe von verschiedenen Hegelung.svorrichtungen 32, 33 i" der Zufuhrleitung 20 und mit Hilfe der Mndenschraube' l8 geregelt«

\ Auf das obere Ende des Stabes 1 übt jedes Schleifkorn der Scheibe, solange der Stab in Berührung mit der Scheibe ist, eine Druckkraft aus, die als konstant angenommen werden kann. Die Vereinigung all dieser individuellen Kräfte ergibt jedoch eine resultierende zufällige Kraft, die entsprechend dem Aufbau des Stabes variiert.

Aufgrund dieser zufälligen Kraft schwingt der Stab in irgendeinem Vielfachen oder Untcrvielfachen der Eigenfrequenz des Stabes, für die an dem Ende des Stabes ein Schwingungsknoten auftritt. Die Schwingungsfrequenz verändert sich gleichzeitig mit der Länge, und zwar in einer umgekehrt proportionalen Weise.

Die mechanische Schwingung des Stabes erzeugt eine Wechselmagnetisierung dieses Stabes, welche eine Wechselspannung gleicher Frequenz an den Klemmen der auf dem isolierenden Zylinder 2 angeordneten Spule ^O induziert.

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Venn diese Frequenz, welche in dem Maße ansteigt, in welchem die Lange des Stabes sich verringert, den unteren Schwellwevt des Verstärkers 43 erreicht, liefert dieser ein Ausgangssignal, das dem Bandfilter 44 übertragen und dann auf den Eingang 4 5 des Vergleichers 48 gegeben wird. Uie.sor Vergleicher 48 empfängt andererseits an seiner Klemme 46 ein lief crenas i grial , da« dor gewünschten Sehwingungsfrequens entspricht. Solange die
Schwingung sf rcqueiiz unterhalb des gewünschten Viertes bleibt, bleibt das cn der Klenmio 45 anliegende Signal unterhalb dr.s
Scliv:ellv:ertos, der dxxreh die Kcfei'enzqucllo 47 vorbestimnit ist, und der Verglsichcr Ί8 liefert, koiii Ausgangesigiml auf die
Leitxmg 4°· Das Magnetventil 35 wird daher nicht angeregt und bleibt geschlossen. Folglich kann die auf der Leitung 20 ankommende Druckluft nicht entweichen und fährt fort, auf di-s
untere Ende des Stabes einzuwirken, um uen Stab in Berührung mit dor Schlcifoberflache zu halten. Wsnn die Schwingung»-
frequenz gleich dem gewünschten Wert oder größer wird, ist
das Ausgangssigrml des Vergleichers 48 nicht mehr Null und
steuert die Öffnung des Magnetventils 35· Dui-ch Öffnung dieses Wagnetventils wird die Abfiuarleitung 36 mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht. Dies hat eine wesentliche Verringerung der Kraft zur Folge, die auf das untere Ende des Stabes einwirkt, da die Druckluft nunmehr einerseits über das seitliche Verb indmi.tr .s.rohr 10, den seitlichen Hohlraum 21 und die Leitung 17 und andererseits über den zentralen Hohlraum 11, den Kanal 15 und die Leitung l6 entweichen kann, Der Stab 1 geht daher in seine unter3 Stellung über, in welcher er nicht mehr in Berührung mit der Schleifoberfläche ist.

Bei einer nicht dargestellten Ausführung»form kann die pneumatische Kraft mit zwei Werten, die es ermöglichen, den Stab in einer oberen und einer unteren Stellung zu halten, dadurch erzielt werden, daß das Einlaßmagnetventil 3° mit Hilfe des
Ausgangssignals des Vergleichei's 48 derart gesteuert wird,
daß es einen Drrick schafft, welcher den Stab in seiner oberen

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Position in Abwesenheit des Ausgangssignals des Vergleichers hält, und daß es den Druck bei Auftreten eines Aucgangssignals am Vergleicher derart unterbricht, daß der Stab in seine untere Position übergeht, wobei das Ausströmen bei Atmosphärriick >ick oder einem anderen Druck geschieht.

Die vorliegende Erfindung schafft also ein einfaches Mittel zum Messen der Schwingungsfrequenz eines metallischen Stabes. Darüber hinaus erlaubt die Erfindung in dem Falle, in welchem die gemessene Frequenz nicht der gewünschten Frequenz entspricht eine einfache automatische Einstellung der Größe des Stabes, um die gewünschte Schwingungsfrequenz zu erzielen.

Die Schwingungsfrequenz des Stabes entspricht um so beisor dem gewünschten Wert, je schmaler der Durchlaßbereich des selektiven Verstärkers ist. Darüber hinaus kann mit einem schmalen DurcUlaßbereich vermieden v/erden, daß im Frequenzgang des Verstärkers Schwingungsfrequenzen der anderen möglichen Schwingungsarton mit Frequenzen, die vielfache der zentralen Frequenz des verstärkten Bandea sind, vermischt werden. Hierdurch eziiält man ein gutes Signal-Rauschverhältriis, in der Größenordnung von 10, was in der Praxis ausreichend ist.

Der ferromagnetische Stab kanu z.B. die Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von h,5 nim und einer Länge von 19 mm aufweisen. Der Druck der Druckluf tquell e ist ungefähr 2, Bar und das Ausströmen findet bei Atmosphärondruck statt. Der Abstand zwischen dem unteren Ende des isolierenden Zylinders und der oberen Fläche des Vertoilerblockas liegt in der Größenordnung von 1 min. Andererseits ist das Spiel zwischen dem Stab

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und dem isolierenden Zylinder in #ler Größenordnung von 5/100 mm. Dieses Spiel kann größer sein, wenn man es wünscht, ohne hierbei 0,2 mm zu übersteigen.

Die Rotationsgeschwindxglceit des Scheibenträgers und der Durchmesser dieses Trägers sollten derart geregelt sein, daß die

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Geschvindigkeit der Scheibe auf dor Höhe des Stabes ?,vjxsobeu 1 m/s und 25 n/n _t vorzugsweise 23 m/s 3.iegt.

Der Durchlaßbereich mit 3 db des selektiven Verstärkers hängt, von der für die Regelung der Frequenz gewünschten Genauigkeit ab und entspricht vorzugsweise 0,01 % des gewüiiHChten Froquonzwertes.

Schließlich ermöglicht die Erfindung die Einstellung irgendeiner Schwingiingsfrequenx, und die out.sprecliende Exnptellung. der Länge des Stabes, durch Iic-:gc;l\mg der zentralen Frequenz des Durchlfißberei dies des selektiven Verstärkers.

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Claims

Patentanspruchο

( 1 .} Verfahren zum Mer;.':en und gegebenenfalls zum Verändern der Ei gen schwingung si* requcnz eines metallischen, insbesondere eines ferromagnetische«. Stabes, dadurch gokennzoi clinc. I. , daß der Stab frei schwebend in ein konstantes Magnetfeld i'/:liracht, einer üxißfirtMi Einwirkung zur Scliwin^uii^f erz^u^mig nur,,uor,etzt und die resultierende Schwingung«!" requunz gegossen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, <laß die Schwingung des Stabes durch einen liiochanicchon Stoß oaf eines seiner Enden bewirkt -wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung des Stabes durch elektrische Erregung» inshe&ondere einen Elektroschock, bewirkt wird.

^i. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem die Schv.'iiigun; Hfrequenz des StcAbe.s verändert wird, indem d.i.P Lange des Stnl-es derart u ing ο st e3.lt wird, daß eine rewüiis ch te Schv.3.ji,'.;i:,;f;nfrequcnz erzielt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingung des Stabes durch Einwirkung einen material entfernenden Werkzeugs auf ein Ende des Stabes bewirkt wild, die aus der Einwirkung des Werkzeuges resultierende Scliv.'ingungsfrequenz mit dem gewünschten Wert verglichen wird, und daß die Einwirkung des Uerkzeugs automatisch unterbrochen wird, wenn die nachgewiesene Scbwingungsfrequenz dem gewünschten Wert entspricht.

5· Vorrichtung durch Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch l_t gekennzeichnet durch einen isolierenden vertikalen Zylinder (2), in dessen Zentrum ein Stab (l) durch eine pneumatische Einrichtung freischwebend gehalten ist,

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Mittel (53 ι 5'*, 55» 57j 58) zur Schwingungsorregung de.s Stabes (i)» eine Spule CiO), die ein konstantes Magnetfeld ory.L-ugt und an deren Klemmen (h i , 42.) die Schwingungsfrecjucii:'. tk·.¹; .Stabe:« (l) iii"icl]j;ev;iQKC)) wird, sowie durch einen se] .oktiveii Verstärke!' Cl3)i der an die Klemmen ClI, h.l) da· Spule CiO) angeschlossen ist.

6. V;.r.ric]) (u j)i; nach Anspruch 5» dadurch gekennf-oiehnot , daß d.'.o jjnoiiiüfitisclit! Hinrichtung eine Iiruckluftquelle (6) mit koiiü tau L:ein und rcgolbarei'i Durchfluß tind Druck und einen VortcJ Lt'ibiock ('j) aufvreist, der mit dem unteren Teil de& isol i<i f'jiü^r'Ti, floii Stab (l) oiithaltcndon Zylinders (2) ütoor oin Ve r'iiiidiiiij.seleiüent (7) init einem inneren, vorzugsv.'eiae lcri; Lsi örrii,"en Hohlj'aum (8) verbunden i:;t, in welchen dii'i:kt (In? untere Ende des isolierenden Zylinders (2) und das obere linde eines zentralen Luftzufuhn'erbindungsrohrcti (9) j das in Vorlangeiing des isolierenden Zylinders (Ti) angeordnet j nt und mit der Druckluftquelle (6) verbunden werden 1-ann, und mindestens ein seitliches Abfuhrvorbindung.sroln (50), das die Gloichgewichtslago dos Stabe;; ( J ) best i.iniiit, einmünden.

7« Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6 ausschließlich ζ,ιΐιη Messen der Schv-?iiig.imgsfrcaquenz de& Stabes, dadurch gekennzeichnet, daß eine an die Klemmen dos sölc-ktiven Verstäi ];ers (43) angeschlossene Vorrichtung Cl'i, 56) vorgesehen ist, welche eine direkte Messung der Sclrwingungsfrequenz des Stabes (i) ormögliclit.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7* dadurch gekennzeichnet, daß das zur Schwingungserregung des Stabes (l) vorgesehene Mittel aus einem Hammer (53) besteht, der auf das obere

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Ende dos Stabes (l) schlägt, und daß das zentrale Ver-

dos Stabes (l) unter dor Einwirkung dos Haminors (53) begrenzen.

9- Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Begrenzung der Abwärtsbov/egung aus einem Knie des zentralen Vci-bi.iulungsrohres (9) bestellen, wobei lier Boden der, Verbindungsrohres (9) auf dem Niveau des Knies mit einem elastischen Anschlag (52) versehen ist»

10» Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß das zur Schwingungserregung des Stabes (l) vorgesehene Mittel aus einer zweiten Spule (57) besteht, welche die erste Spule CiO) umgibt xind mit einem Impulsgeber (58) verbunden ist, der in die zweite Spule (57) einen Impuls großer Intensität und sehr kurzer Dauer schickt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die^orrichtung (p6) zur Messung der Frequenz aus einem Frequenzmesser besteht.

ί-2. Vorrichtung nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung (56) zur Messung der Frequenz aus einem Zeitmesser besteht, der die Zeit mißt, Vielehe notwendig ist, um eine vo!"bestimmte Anzahl von Null-Durchgängen ofeD an den Klemmen ('il, (?2) der ersten Spule CiO) auftretenden Signals zu zählen.

13· Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 6 zum Messen und Verändern der Schwingungsfrequenz zur Erzielung eines gewünschten Wertes, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Schwingungserregung des Stabes (l) vorgesehene Mittel aus einem Schleifwerkzeug besteht, insbesondere

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einer Schleifscheibe (3)» die sich in einer horizontalen Ebene dreht, welches in der Nähe des oberen Endes der.; Zylinders (2) angeordnet ist, und daß außerdem ein Vergleicher (Ί8) vorgesehen ist, der den gemessenen Frequenzwert mit dem gewünschten V/crt vergleicht und urf-^on Λιιρ-gangsEJgnal die Wechselwirkung zwischen dem l.'ci'ki-'oug (3) und dem Ende des Stabes (l) steuert, indem es die Öffnung und Schließung des zentralen Luf tzufulinxTbincluiiKsrfili.-f.fi (S¹) und des seitlichen Abfulirvcrbiiidungsrohres (lO) der hydrnuliKchcn Einrichtung steuert, je nachdem, ob der gewünschte Wert erreicht ist oder nicht.

h . Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, dui> das untere Endo des zentralen VerbinduiigErchre,'.- (9) in einen zentralen im Verteilerblock (5) angeordneten Hohlraum (11) mündet, der einerseits mit einem ertton seitlichen Hohlraum (13), der cm die Druclc luft quelle (6) konstantmi Druckes angeschlossen ist und eine üurchflußrcge1 vorrichtung (iß) enthält, angescblost'cn ist, und aiuierej'-seit.«? mit de;:i Abf uhrsys tem in Verbindung steht, vähj-end das untere Ende des seitlichen Vorbindungsrohrci-: in einen zweiten seitliehen im Verteilerblock angeordnet πι Hob].ram·: mündet, der mit dem Abfuhri;yrt.em in Verbindung steht und eiiii'j Durchflußregelvorrichtung (22) enthält.

15· Vorrichtung nach Anspruch l'i, dadvirch gel.".ennzeichnet, daß die DurcliiluBregelvorriclitungcüi aus Madenrjchrauhcn (l8, 22) best- ehe η.

16. Vorrichtung nach Anspruch 13₅ dadurch gskeun^eiclniot, daß die Spule (4θ) auf dem oberen Teil des isolierenden Zylijilers (2) in einer Stellung, die der oberen Stellung des 'Jtabes (l) entspricht, angeordnet ist, und daß das seii !'chn Verbindungsrohr an einer Stelle, welche die untere Stellung des Stabes definiert, einmündet.

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