DE2533480A1 - Kompensiervorrichtung fuer den verlagerten schwerpunkt bei schuetteltischen - Google Patents

Description

PatentaiwSBl _s

Dipl.-lng. P. E. Meissner

Dipl.-Ing. H.-J. Presting "~~

Berlin 33 (Grunewald), HerbertstraBe ZZ

SU 1975

MTS SiSTEMS CORPORATION, Eden Prairie, Minnesota, USA.

M. 95.320

Kompensiervorrichtung für den verlagerten Schwerpunkt

bei Schütteltischen

Die Erfindung bezieht sich auf die Steuerung von Schütteltischen mit Mehrfachantrieben und insbesondere auf Einrichtungen zum Kompensieren eines axzentrischen Massenmittelpunkts.

Schütteltisehe zum Testen von Prüflingen mit Mehrfachantrieben sind in der USA-Patentschrift 3i8OO,588 beschrieben. Ausserdem beschreibt die gleichzeitig eingereichte Patentanmeldung "Mehrfachantriebsteuerung" (M 93»318) eine Ausgleichsschaltung zum Einstellen der Kraft eines jeden Antriebes in Beziehung zur Durchschnittekraft. Diese Patentanmeldung gibt eine Verbesserung der Schaltung zum Kompensieren solcher Situationen an, in denen der Massenmittelpunkt der Kombination von Prüfling und Tisch sich ausserhalb des geometrischen Mittepunktes befindet, oder in anderen Worten: gegenüber den Steuerachsen des Tisches versetzt ist.

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Die Erfindung bezieht sich somit auf eine Schaltung zum Steuern von Schüttelgeräten mit Mehrfachantrieb im allgemeinen .rand auf die Kompensation zum Sicherstellen der richtigen Ausrichtung eines Schütteltisches, wenn Massenmittelpunkt von Tisch und Prüfling zusammen vom Tischmittelpunkt und bei einem Eadius zu mindestens einer gesteuerten Achse abweicht, im besonderen.

Ein Kompensationssignal, das eine Funktion der Exzentrizität der Hasse vom Tischmittelpunkt ist, wird abgeleitet und an die Kraftabgleichschaltung gegeben, so dass bei den Antrieben die Steuerung eines jeden so kompensiert wird, dass ein grösserer Belastungsanteil von den Antrieben geführt wird, der näher am Massenmittelpunkt als an Antrieben ist, die weiter von diesem Mittelpunkt entfernt sind. Die Steueranlage nach der Erfindung enthält ein Messen oder Bewerten eines Durchschnittskraftsignal, das vom Durchschnitt der gemessenen Kraft aller Antriebe an einem starren Tisch als Funktion des Aktionsradius des Massenmittelpunkts von jedem Paar gewählter Steuerachsen und auch als Funktion des Badius des Betätigers von diesen Achsen abgeleitet wird, so dass sowohl das Mass der Versetzung der Masse wie auch der Hebelarm oder Aktionsradius des jeweiligen Antriebes als Faktor in der Steuerung enthalten ist.

Dieses Durchschnittskraftsignal wird dann mit der jeweiligen Kraft für den Antrieb verglichen, um ein Kraftausgleichssignal für jeden Antrieb zu erhalten, der ein Bewerten der Kompensation der Exzentrizität des Massenmittelpunkts von der gesteuerten Achse ergibt.

Figur 1 ist eine Draufsicht auf einen Schütteltisch mit versetztem Massenmittepunkt, der durch die Steueranlage nach der Erfindung kompensiert werden kann;

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Figur 2 eine schematische Seitenansicht des Tisches nach Figur und

Figur 3 eine schematische Darstellung der bei der Erfindung verwendeten Steueranlage.

Se Verwendung starrer Schütteltische mit aufgebrachten Prüflingen wird z.B. in der USA-Patentschrift 3,800,588 beschrieben. Die Beschreibung der Steuerung für die einzelnen Servoschleifen zum Steuern des starren Tisches mit Mehrfachantriebe wird in der gleichzeitig eingereichten Patentanmeldung (M 93«318) beschrieben, weshalb eino detailliertes Eingehen auf diese überflüssig ist.

Die Verbesserungen der vorliegenden Steueranlage enthält das Messen oder Bewerten des Durchschnittskraftsignals zum Kompensieren für ausser dem Mittelpunkt liegenden Massen. Das bewertete Signal kann unmittelbar an einen Eingang der Kraftabgleichvergleichsverstärker nach der gleichzeitig eingereichten Anmeldung "Mehrfachantriebssteueranlage" geführt werden.

Ein. starrer Prüf tisch. 10 schwingt, wie in die Figuren 1 und 2 mit den Antrieben I3A bis I3D gezeigt, die sich unter dem Tisch befinden, und doppeltwirkende hydraulische Antriebe mit Servoventilen sind, die den Hub der Zylinder zu Zeit steuern, um den Tisch in vertikaler Richtung, wie durch den Doppelpfeil in Figur 2 angedeutet, hin- und her. Der Tisch besitzt eine Steigungsachse 11 und eine Rollachse 12, die senkrecht zu einander verlaufen. Die einzelnen Antriebe sind gestrichelt angedeutet, weil sie sich unter dem Tisch befinden. Die Antriebe bewegen den Tisch in rechten Winkeln zur Ebenen, die durch die Achsen 11 und 12 gegeben sind. Diese Antriebe sind in den Figuren 2 und 3

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Kästen dargestellt. Sie entsprechen im allgemeinen denjenigen, die in der erwähnten Patentanmeldung beschrieben werden. Es können auch weitere Antriebe oder N Antriebe verwendet werden.

Der Massenmittelpunkt der Kombination von Tisch und Prüfling 15 und der Versetzungsgrad des Massenmittelpunktes 15 von der Steigungsachse ist durch den JBadius y bezeichnet und der Abstand oder Betrag des Versatzes des Massenmittelpunkts von der Rollachse ist mit χ bezeichnet. Der Antrieb I3A ist von der Hollachse um einen Betrag des Radius a versetzt und von der Steigungsachse um einen Betrag des Badius b. Der Antrieb I3B ist von der Steigungsachse 11 um den Radius c versetzt und von der Rollachse um den Radius d. Der Antrieb 13c ist von der Steigungsachse um den Radius e und von der Rollachse um den Radius f und der Antrieb I3D ist von der ßteigungsachse um den Radius g und von der Rollachse 12 um den Radius h versetzt.

Die einzelnen Antriebe sind in Figur 3 schematisch dargestellt. Jeder Antrieb besitzt einen Wandler zum Liefern von zwei Arten von Rückkopplung. Die eine ist die Hubrückkopplung (LVDT) aus Hubsensoren und die andere die Kraftrückkopplung (ΔΡ), die ein Kraftsignal ist, das durch Abtasten des Differentialdruckes an gegenüberliegenden Seiten des Kolbens bei doppeltwirkenden Antrieben abgeleitet wird, um ein Kraftsignal zu erhalten. Von jedem Antrieb werden einzelne Signale geliefert, die an einer Leitung 20 an die Hubrückkopplungssteuerschaltung 21 und an der Leitung 22 an die Kraftrückkopplungsteuerschaltung 23 geführt wird. Die Rüokkopplungseinrichtungen sind nur eoheeatisch dargestellt, da sie für sich bekannt sind.

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Servoregler Zh dienen zum Steuern der einzelnen Antriebe und liefern die notwendigen Befehlssignale und die Stabilisierungssignale und vergleichen die Befehlssignale mit den Hückkopplungssignalen zum Erzeugen von Steuersignalen an der Leitung 25, die als Eingänge zu den Endverstärkern 26A bis 26D verwendet werden, die wiederum die Ventile 27A bis 2?D zum Steuern jedes einzelnen Antriebes antreiben.

Zum Gleichmachen und Stabilisieren der Kraft jedes Antriebes, damit er einen Kraftanteil f führen kann, ist in der erwähnten Patentanmeldung ausgeführt, dass ein Durchschnittskraftsignal erzeugt wird. Die Kraftrückkopplungsschaltung 23 liefert einzelne Kraftsignale F mit dem jeweiligen Index des zugehörigen Antriebes an den Leitungen 3QA bis 3QD. Diese Signale werden an einen Durchschnittsverstärker 31 geführt, der die Eingangssignale storniert und die gesamte Summe durch die Zahl der Eingänge teilt, um so einen Ausgang zu erhalten, der die Durchschnittskraft oder ¥ anzeigt, die sich wie folgt ergibt:

F = ^FA ^{+ F}B ^{+ F}C * ^FD . Bei den N Antrieben würde dann ein h

einzelnes Signal von jedem Antrieb und die Gesamtsumme der einzelnen Signale geteilt durch N oder der Zahl der Antriebe sein.

Das Durchschnittskrafteignal F wird an der Leitung 32 erzeugt und durch Führen dteses Signals durch einstellbare Vervielfacherverstärker 33A bis 33D und 3*tA bis 3*fD modifiziert oder bewertet. Die Verstärker 33 und 3h liefern die Signale an die Summierer 35A bis 35D und dann an die Leitungen 36A bis 36D und an die 8uamier- oder VergleicheTeretärker 3?A bis 3?D, die wiederum je einen zweiten Eingang zur Aufnahme eines der Kraftrückkopplungsignale besitzen, bei denen die tatsächliche Kraft von einem der

-e-

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Antriebe an den Leitungen 38A bis 38D angelegt wird. Biese Eingänge sind so dargestellt, dass die Signale mit der Antriebsrückkopplung verbunden sind. Die Signale der Vergleichsverstärker 37A bis 37D werden an die Leitungen ^tQA bis 4OD gegeben und werden in Eingänge der jeweiligen Endsuramierverstärker 26A bis 2öD geführt, die die Kraftausgleichs- oder verstärkten Differenzsignale an die Servoventile der jeweiligen Antriebe legen.

Die Verstärker 33A bis 33D und 3^tA bis 3*fcD sind die Verstärker, die die Mess- oder Bewertungsfaktoren ergeben, die zum Einstellen des Durchschnittskraftsignals für das Kompensieren der aus der Mitte geratenen Masse notwendig sind. Das Summieren der Momente um die ßollachse 12 erfolgt zu

(1) F_Aa + F_ßd - F_cf - F_Dh = Fx

Wenn die Mengen diese Werte einnehmen, stellt der Ausdruck F, die tatsächliche Kraft für jeden Antrieb dar, wie sie durch den Indexbuchstaben bezeichnet ist, und dieser stellt den Eadius des Antriebes von der Bollachse dar. F ist die tatsächliche Durchschnittskraft, die von den Antrieben ausgeübt wird und χ ist der Abstand des Massenmittelpunkts 15 von der Eollachse

Die Addition der Momente am Tisch 10 um die Steigungsachse 11 ergibt:

(2) F_Ab + F_Qe - F_B· - F_Dg = Fy

Die Mengen der Gleichung werden in Figur 1 dargestellt. Die Gleichungen zeigen die einzelnen Kräfte F an, die von jedem Antrieb staamen und mit dem jeweiligen Index bezeichnet sind,

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mal dem Abstand des Massenmittelpunktes 15 von der Steigungsachse. F ist die Durchschnittskraft.

Beim Anordnen der Antriebe auf dem Tisch kann im allgemeinen angenommen werden, dass die Antriebe zur Steigungs- und zur Bollachse symmetrisch liegen, wie es Figur 1 zeigt. Bei einer Annahme einer praktisch symmetrischen Anordnung der Antriebe kann die Kompensation der Geometrie der Antriebe (das ist die verschiedenen Hebelarme um die jeweilige Achse) gleichseitig so erfolgen, dass die Wirkung für die aus der Mitte versetzten Masse kompensiert wird. Bei einer praktisch symmetrischen Antriebsausbildung kann angenommen werden, dass jedes erzeugte Moment Λ/h der aus der Mitte versetzten Belastung annimmt. Es ist somit:

3) i"_A ^a «SE ^Fc^{f =} SE

F„d = Fx Fh = Fx

^B X" ^D k

F_Ab =

Bei symmetrischer Anordnung der Antriebe, d.h. a=b=f=h, fällt der geometrische Antriebskorrekturfaktor aus der Gleichung (1) heraus und bei b=c=e=g fallen die Ausdrücke aus der Gleichung (2) heraus. Der Korrekturfaktor an den Antrieben zum Kompensieren der geometrischen Wirkungen von um eine Achse herum angeordneten Prüflingen ist mit K und um die andere Achse herum mit C bezeichnet.

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Zins Durchführen der notwendigen Kompensation werden die jeweiligen Korrektlirfaktoren K und Q zum Bewerten des Durchschnittskraftsignals am Eingang eines jeden Vergleichsverstärkers 37A bis 37D benutzt.

Der Ausgang jedes Verstärkers 33A bis 33D ist K₆F, KLF, KF und K-F, worin K die gewünschte geeichte Verstärkung des Verstärkers darstellt. Unter Vernachlässigen der geforderten Korrektur für die um die andere Achse versebzten Masse ergibt diese korrigierte Durchschnittskraft addiert zur jeweiligen Kraft des Antriebes das gewünschte Korrektursignal (F, - KF = gewünschte Korrektur). In einem besonderen Fall würde man zu der Gleichung F - KF = gewünschte Korrektur gelangen. Bei einer Korrektur Null wird die Gleichung KF = F χ und somit für die Rollachsenkorrektur K. = χ .

ha.

Dieser Korrekturfaktor für das Versetzen der Masse um die andere Achse wird in derselben Weise erhalten und der Wert von G^rnit dem Ausgang des Verstärkers 3*tA würde in G. = i_ sein. Die beiden Konekturfaktoren K und G würden dann additiv sein und durch Summieren am Summierer wird das Signal an der Leitung zu (G_A + K_A) F .

Für jeden Verstärker 33B, 33C und 33D und 3*fB, 3kQ und würden sich Φ=»™ι die folgenden Faktoren ergeben«

und G₀=J^. Die Eingänge der Summierungsveretärker 35A bis 35D besitzen solche Polarität, dass sie das richtige Signal an der jeweiligen Leitung hOk bis ²IOB geben, um ein Signal zu er-

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halten, das das Ventil des Antriebes in der richtigen fiichtung betätigt, um die Antriebe auf den richtigen Kraftwert zu bringen. Die Signale enthalten die Korrekturfaktoren für die aus der Mitte geratenen Masse wie auch die geometrischen Charakteristiken. Die Signale an den Leitungen *tOA bis hOD stellen den Unterschied der von jedem Antrieb ausgeübten Kraft von der Durchschnittskraft des Antriebes nach dem Bewerten dieser Kraft zum Kompensieren der Masse dar, die ausserhalb der Mitte liegt.

Im allgemeinen Fall ist der Faktor für die Korrektur des Durchschnittssignals C. = __x , worin C die Konstante, χ der Abstand von der Achse der Masse, a der Abstand von der Achse zum Antrieb i und N die Zahl der Antriebe, die von der Achse mit Abstand angeordnet sind und das Gerät schwingen lassen. Wenn die Geometrie des Antriebes nicht ganz symmetrisch ist, ist die Annahme von gleichen Anteilen der Belastung oder Drehmomente nicht genau gültig. Die Verteilung zum Drehmomentabgleich oder Kraftausgleich kann so optimal sein, dass die mindeste Variante zwischen dem an schwersten und am leichtesten belastetem Antrieb in der beschriebenen Form erzeugt wird. Die symmetrische Anordnung vereinfacht jedoch die Steuerung der Anlage und deren Einstellung.

Jeder Verstärker kann in seinem Verstärkungsgrad einstellbar sein, der zum richtigen Ausgleich der Signale verwendet wird. Die Verstärker 26A bis 26D entsprechen den Verstärkern 100 in der genanten Patentanmeldung und die Verstärker 37A bis 37D hier entsprechen den Verstärkern 85 dort.

ZUSAMMENFASSUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage mit einem Schütteltisch mit einer Schaltung zum Kompensieren der Kräfte, die erzeugt werden,

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wenn der Massenmittelpunkt eines Prüflings zusammen mit dem tragenden Tisch von der Mitte des Schütteltisches entfernt ist. Wenn der Prüfling aus der Mitte gerät, und die Kraft an alle Antriebe am Tisch gegeben wird, versucht der Tisch zu kippen, oder sich aus seiner Bewegungsebene heraus schräg zu legen. Die Einrichtung nach der Erfindung erbrxngt eine Kraftausgleichsschaltung, die die Kompensationen für den Betrag der Exzentrizität des Massenmittelpunkts der Kombination von Tisch und Prüfling enthalt.

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Claims (1)

1. " 2533A80

   12.12.1975 Patentansprüche

   1. Kompensiervorrichtung für den verlagerten Schwerpunkt bei Schütteltischen mit mehreren Einrichtungen, die eine Prüfvorrichtung zum Bewegen in einer Schüttelbahn verschieben, wobei die Prüfvorrichtung mindestens eine Achse, um die die Verschiebung gesteuert werden kann, und einen Massenmittelpunkt besitzt, der von der Achse versetzt ist, wobei mehrere Einrichtungen auch an Punkten wirken, die von der einen Achse entfernt sind und so gesteuert werden, daß sie in ihrer Schüttelbahn hin- und herschwingen, an jedem Antrieb getrennte Signale erzeugt werden, die die an die Prüfvorrichtung von der Einrichtung angelegten Kraft anzeigen, und ein Signal die an der Prüfvorrichtung durch die Einrichtungen angelegte Durchschnittskraft anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung das Durchschnittskraftsignal zum Steuern jeder Einrichtung als Funktion des Abstandes des Massenmittelpunkts getrennt modifiziert und von der Achse und dem Abstand versetzt ist, und daß die jeweiligen Einrichtungen außerhalb der Achse in bezug auf den Abstand von der Achse der anderen Einrichtungen liegt.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuer- und eine Vergleichseinrichtung für die von jeder Einrichtung ausgeübten Kraft mit dem getrennt modifizierten Durchschnittskraftsignal für diese Einrichtung ein Kraftausgleichsignal in der Einrichtung zum Steuern des Darstellens der Differenz zwischen der tatsächlichen an die Vorrichtung angelegte Kraft und dem getrennt modifizierten Durchschnittskraftsignal liefern.

   3. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenmittelpunkt auch von einer zweiten

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   Achse versetzt ist, die zur ersten senkrecht verläuft und mindestens eine der Einrichtungen an der Prüfvorrichtung ν an einer Stelle wirkt, die von der zweiten Achse entfernt „ ist, daß die zweite Einrichtung, die das Durchschnittskraftsignal getrennt modifiziert, für jede Einrichtung, die von der zweiten Achse um einen Faktor entfernt ist, der eine Funktion des Abstandes des Massenmittelpunkts ist, von der zweiten Achse und dem Abstand entfernt ist, und daß die Einrichtung von der zweiten Achse in Beziehung zum Abstand einer anderen Einrichtung von der zweiten Achse entfernt ist.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Summiereinrichtung das erstgenannte modifizierte Durchschnittskraftsignal summiert und ihr Ausgang an der Steuerung der einen Einrichtung liegt.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung einen Vergleichsverstärker enthält.

   6. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Liefern des Durchschnitt skraftsignals einen Durchschnittsverstärker enthält, der Kraftsignale von jeder Einrichtung aufnimmt und ein Ausgangssignal liefert, das die Summe der Eingänge geteilt durch deren Zahl darstellt.

   7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Modifizieren eine Einrichtung zum Vervielfachen des Durchschnittskraftsignals mit einem konstanten Faktor enthält.

   8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Massenmittelpunkt von der einen Achse um den Abstand χ

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   entfernt ist und der Vervielfacher für jede Vorrichtung die Durchschnittskraftsignale um einen Faktor vervielfacht, der etwa gleich χ ist, worin N die Zahl der

   Na

   Verschiebeeinrichtungen und a der Abstand von der Achse des entsprechenden gesteuerten Antriebes ist.

   Dipl.-lng.~H. J. Frosting

   Patejntarjwaii

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