DE2559987C2

DE2559987C2 - Vorrichtung zum Ermitteln der Steifigkeit eines Bauteils und Schaltung zum Bestimmen eines Gradienten

Info

Publication number: DE2559987C2
Application number: DE2559987A
Authority: DE
Inventors: John Talbot Auckland Boys
Original assignee: SPS TECHNOLOGIES Inc JENKINTOWN PA US
Current assignee: SPS TECHNOLOGIES Inc JENKINTOWN PA US
Priority date: 1974-09-19
Filing date: 1975-09-19
Publication date: 1983-11-24
Also published as: CA1053928A; ZA755960B; BR7506053A; ES440899A1; SE419419B; US4110829A; JPS5818621B2; DE2541928A1; SE7510449L; FR2285604A2; ES455976A1; GB1526948A; MX174655B; AU8500875A; MX160181A; DE2541928B2; AU502364B2; JPS5157492A; FR2285604B2; IT1056121B

Description

20

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs Ϊ und eine Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.

Aus der US-PS 3661 012 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen der Torsionssteifigkeit von Faserbändern bekannt. Von einer hydraulischen Drehmoment-Wandler-Einrichtung wird ein Drehmoment auf das einseitig eingespannte Faserband aufgebracht, bis der Ausgang des Drehmomentwandlers von dem sich nicht mehr weiter verdrehenden Fasermaterial festgehalten wird. Der Schlupf zwischen dem eingeleiteten Drehmoment und dem Haltemoment ist das Maß für die Torsionssteifigkeit des Fasermaterials.

Eine hydraulische Drehmomentwandlereinrichtung ist zum Feststellen der Steifigkeit eines z.B. aus Metall bestehenden Bauteils nicht praktisch nutzbar. Die bekannte Vorrichtung ist ferner nicht in der Lage, sich selbsttätig bei jedem zu prüfenden Bauteil das Maß der Drehbelastung für diesen Bauteil zu wählen, das der jeweilige Prüfkörper vertragen kann. Unabhängig davon liegen bei der Verdrehung faserförmiger Materialien Verhältnisse vor, die nicht mit den Verhältnissen beim Prüfen der Steifigkeit eines starren Bauteils vergleichbar sind. -

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Steifigkeit oder eine signifikante Änderung der Steigung der die Belastung über der Verformung angebenden Kurve eines belasteten Bauteils feststellbar ist, wobei die Vorrichtung in der Lage sein soll, die jeweils auf den Bauteil auszuübende Belastung auszuwählen, ohne dazu einen vorher eingestellten Wert zu benötigen. Die zu schaffende Vorrichtung soll sich vielmehr in jedem Prüffall selbsttätig auf den zu prüfenden Bauteil einstellen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist unabhängig von äußeren Einflüssen in der Lage, bei jedem Bauteil zerstörungsfrei die unterhalb der eigentlichen Bruchgrenze vorhandene Steifigkeit oder eine signifikante Änderung der Steigung der die Belastung über der Verformung angebenden Kurve durch die Belastung des Bauteils festzustellen, ohne daß eine vorherige Einstellung auf bestimmte Kennwerte des Bauteils notwendig ist. Die Vorrichtung ermittelt sich für jeden einzelnen Bauteil den Steifigkeitsverlauf bzw. den Ku^venverlauf aus Belastung und Bewegung, sucht daraus den Punkt der maximalen Steifigkeit oder einer signifikanten Änderung vorausschauend aus und stellt mit dem Steuersignal eine meßbare Größe bereit, die ine Funktion der Steifigkeit des Bauteils darstellt.

Die anmeldungsjemäße Vorrichtung arbeitet mit einer Schaltung zum Bestimmen eines Gradienten. Diese Schaltung ist jedoch nicht nur in Verbindung mit dieser Vorrichtung einsetzbar, sondern kann unabhängig von dieser Vorrichtung überall dort eingesetzt werden, wo ein Gradient zu ermitteln ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Schaltung zum Bestimmen eines Gradienten nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15.

Aus der US-PS 3916 673 ist bereits eine Schaltung zum Bestimmen eines Gradienten mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 15 bekannt. Diese Schaltung dient zum zerstörungsfreien Bestimmen des Spannungs-Dehnungs-Diagrammes von Rohrleitungen, insbesondere Pipelines, wobei in diesem Anwendungsfall das Spannungs-Dehnungs-Diagramm als Druck-Volumen-Diagramm ermittelt wird. Zur Ermittlung dieses Diagrammes wird eine abgeschlossene Rohrleitung mit einer (inkompressiblen) Flüssigkeit gefüllt. Zur Bestimmung der Charakteristika der Rohrleitung wird die Flüssigkeit in der Rohrleitung unter Druck gesetzt, indem die Flüssigkeitsmenge in der Rohrleitung ständig erhöht wird. Hierbei wird der Druck, unter dem die Flüssigkeit steht, ständig gemessen. Ein Druckfühler erzeugt ein Drucksignal, das das Lastsignal im Spannungs-Dehnungs-Diagramm darstellt. Ein Durchflußmengenfühler erzeugt ein Bezugssignal. Diese Meßgrößen werden an die gattungsbildende Schaltung, die in Fig. 5 dieser Druckschrift dargestellt ist, angelegt. Die Bezugsgröße, nämlich das Durchflußmengensignal, steuert den jeweiligen Abtastzeitpunkt einer Abtast- und Halteschaltung. Am Eingang dieser Abtast- und Halteschaltung liegt das Lastsignal an. Jeweils nach einer vorbestimmten Flüssigkeits-Durchflußmenge wird dieses Signal an eine weitere Abtast- und Halteschaltung sowie an einen Eingang einer Gradienten-Registereinrichtung weitergegeben. Auch die zweite Abtast- und Halteschaltung wird in Abhängigkeit von der Durchfiußmenge getaktet. Damit liegt an der Gradienten-Registereinrichtung jeweils ein Drucksignal zu einem momentanen Zeitpunkt und ein Drucksignal, das vor dem Durchfließen einer vorbestimmten Durchflußmenge herrschte, an. Die Gradienten-Registereinrichtung bildet an ihrem Ausgang ein Gradientensignal, das proportional zum Druckunterschied zwischen zwei aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten ist. Durchläuft man mit einem derartigen Gerät das Druck-Volumen-Diagramm bzw. Spannungs-Dehnungs-Diagramm, so bleibt der Gradient im elastischen Bereich des Diagramms zunächst ungefähr konstant, bis er plötzlich bei Erreichen des plastischen Bereiches des Spannungs-Dehnungs-Diagrammes stark abfällt. Daher erlaubt die Analyse des Gradienten einen Rückfluß auf den maximalen Druck, der in der geprüften Rohrleitung auftreten darf, ohne daß eine Zerstörung der Rohrleitung zu befürchten ist. Die bekannte Schaltung bildet also den Gradienten aus der Differenz von zwei zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgenden Abtastwerten. Derartige Werte sind stets mit gewesen Rauschanteilen überlagert. Wird die Kurve mit zwei sehr nahe aneinanderliegenden Abtastwerten abgetastet, so ist die Differenz zwischen den Abtastwerten sehr klein und damit der prozentuale Anteil des Rauschens bei dem ermittelten Gradienten sehr hoch. Dies

hat den Nachteil, daß der auf diese Weise ermittelte Gradient mit großen Rauschschwankungen behaftet ist. Legt man jedoch zur Verminderung der Rauschschwankungen die Abtastwerte weit auseinander, so folgt der Gradient nur in sehr unzulänglicher Weise der abgetasteten Kurve. Daher kann mit der bekannten Schaltung lediglich eine mit relativ großen Fehlern behaftete Gradientenbildung vorgenommen werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 15 so weiterzubilden, daß mit ihr eine zuverlässige Gradientenbestimmung vorgenommen werden kann.

Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 15 durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 15 gelöst.

Der vorliegenden Erfindung liegt der technische Gedanke zugrunde, bei der Gradientenbildung nicht, wie es beim Stand der Technik der Fall war, die Differenz zweier aufeinanderfolgend abgetasteter Lastsignale zu verwenden, sondern als Gradienten eine sich gleichsam entlang der Drehwinkel-Drehmoment-Kurve bewegende Sehne zu verwenden, deren Anfangs- und Endpunkt um eine Mehrzahl von Abtastwerten voneinander beabstandet sind. Dieses Prinzip der Erzeugung einer sich entlang der Kurve bewegenden dynamischen Sehne ermöglicht eine von Rauschanteilen weitgehend befreite Messung, ohne auf eine feinstufige Anpassung der Sehne an die Steigung der Kurve verzichten zu müssen. Durch Ausbildung der Speichereinrichtung zum Speichern des Lastsignales als Schieberegister, das eine Reihe von Drehmomentsignalen speichert, wird also erreicht, daß die Gradienten-Registereinrichtung zum sequentiellen Subtrahieren des gespeicherten Signales von einem momentanen Signal stets den Gradienten aus zwei Signalen bildet, die um eine Mehrzahl von Abtastwerten voneinander beabstandet sind.

Bevorzugte Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in den L'nteransprüchen angegeben.

Zwei Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie ein Ausführungsbeispie! der erfindungsgemäßen Schaltung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine typische Drehmoment-Drehwinkelkurve eines auf Verdrehung belasteten Bauteils.

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer ersten Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 3 ein Blockschaltdiagramm des bei der Vorrichtung gemäß Fig. 2 verwendeten Schaltkreises.

Fie. 4 eine Detailvariante des Blockschaltbildes von Fig. 3.

Fig. 5 eine Ableitung der Diagrammkurve aus Fig. 1.

Fig. 6 eine weitere Ausfiihrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Fig. 7 wiederum eine weitere Ausfuhrungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sowie eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung, und

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8 — 8 in Fig. 7.

Bevor auf die Einzelheiten der Zeichnungen eingegangen wird, sei nachfolgend die der Erfindung zugrundeliegende Theorie zusammengestellt:

Nimmt man an. daß die Kopplung zwischen den Eingangs- und Ausgangselementen gleich oder äquivalent einer elastisch verdrillbaren Welle mit einer praktisch linearen Charakteristik ist. wobei an jedem Ende der Welle ein Differential-Kodierer befestigt ist, und wenn A' die Torsionsfedersteifigkeit der Welle und ψ, und φ₂ die Winkelverschiebungen der beiden Enden der Welle sind, so ist das von der Welle übertragene Drehmoment M

M = k(φ_ί-φ₂)

Wenn das Ende der Welle mit der Winkelverschiebung φ₂ mit dem zu prüfenden Bauteil verbunden wird und das andere Ende an einem Motor oder einem Antriebsglied befestigt wird, dann wird der Gradient der Drehmoment-Drehwinkel-Charakteristik, der das Bauteil folgt, gegeben durch die Beziehung:

άφ;

Diese Gleichung kann nach zwei alternativen Verfahren berechnet werden; nach der ersten Methode wird sie auf folgende Weise entwickelt:

άΜ

₌ Lr J ^m—^- I

at

= A-

at

(U₁ — (O₂

ω,

— \

wobei co,, Oj₂ die Winkelgeschwindigkeiten der beiden Wellenenden sind.

Wenn die Zeiten zwischen aufeinanderfolgenden Signalen oder Impulsen von den Differential-Kodierern der Welle /, und I₂ sind, dann gilt

1 1

OJ₁ W₂

und man erhält auf diese Weise

_/; ₁ZlL άφ₂ /,

Die Zeiten /, und /₂ können elektronisch mit Hilfe der Signale oder Impulse gemessen werden, die man von den Differential-Kodierern erhält, und nach den notwendiaen Berechnungen durch die Vorrichtung zur

άΜ Bestimmung des Gradienten ergibt sich ein zu

proportionales Ausgangssignal.
Als Alternative kann die Gleichung

_ idci,
άφ₂ \άφ₂

berechnet werden, indem man kleine Wert-Differentiale verwendet, wie sich aus der folgenden Gleichung ergibt:

AM Αφ_ι~Αφ₂ - = k -

Αφ₂ " Αφ₂

Wenn Differential-Kodierer mit hoher Auflösung, die in der Größenordnung von 4000 bis 5000 Impulse pro Umdrehung abgeben, benutzt werden, sind Αφ₂ und Δψ, durch Zählen der Impulse direkt meßbar. Wenn z.B. Αφ₂ durch Zählen von 100 Impulsen durch den Kodierer an dem dem Bauteil zugewandten Ende des Beiastungs- und Bewegungsgliedes für die Übertragung des Drehmomentes bestimmt wird, erhält man den Gradienten direkt durch Zählen der Zahl der zusätzlichen Impulse, die von dem Kodierer an dem anderen Ende des Gliedes während der Erzeugung der oben erwähnten 100 Impulse von dem Kodierer an dem dem Bauteil zugewandten Ende erzeugt werden. Wenn z.B. sechs zusätzliche Impulse an dem Kodierer an dem Ende

für den Drehmomenteingang des Gliedes gezählt werden, so gilt:

άΜ

6φ₂ ^-
Auf diese Weise muß die Vorrichtung zur Bestimmung

des Gradienten entweder die Größe

feststellen.

indem sie auf die Zeitintervalle zwischen den von den beiden Kodierern erzeugten Impulse anspricht, oder sie

muß die Größe '-- bestimmen, indem sie ein-

Αφ₂

fach die Zahlen der von den beiden Kodierern erzeugten Impulse zählt, oder indem sie die Zahl der zusätzlichen Impulse mißt, die von dem Kodierer an deni Ende für den Drehmomenteingang erzeugt werden, während der Kodierer an dem dem Bauteil zugewandten Ende eine bestimmte gegebene Zahl von Impulsen, z.B. 100, erzeugt.

Im folgenden soll die Fig. 1 der Zeichnung erläutert werden, die, wie bereits erwähnt, eine typische Drehmoment-Drehwinkel-Kurve beim Verdrehen eines Bauteils zeigt; die von dem Glied zur Übertragung des Drehmoments und damit von dem Bauteil befolgte Kurve kann in drei Gebiete eingeteilt werden:

I Ein Anfangsgebiet vor dem eigentlichen Verdrehvorgang;

II ein Gebiet während des Verdrehens; und

III ein Gebiet des Fließens und des anschließenden Bruchs des Bauteils.

Im Gebiet I muß die Wirkung äußerer Einflüsse in der Lagerung der Bauteils unberücksichtigt bleiben, und deshalb muß die Vorrichtung darüber informiert werden, daß dieses nicht interessierende Gebiet I verlassen wurde und das Gebiet II erreicht wird. Beispielsweise wird der Eintritt in das Gebiet II durch eine Messung des Drehmomentes festgestellt, was aus den Signalen der Kodierer ableitbar ist. Normalerweise wird die Steigung der Kurve praktisch konstant sein im Gebiet II, d.h. die Kurve wird annähernd eine gerade Linie sein; aber wenn die Kurve im Gebiet II gekrümmt ist, wird die Steigung einen typischen maximalen Wert bei A erreichen.

Wenn der Bauteil über das Gebiet II hinaus gedreht wird, erreicht man das Gebiet III; die Steigung der Kurve beginnt abzunehmen, da der Bauteil anfängt zu fließen. Schließlich wird er am Punkt Y brechen. Der Übergangspunkt X zwischen den Gebieten II und III ist der Punkt, an dem die Steigung um einen bestimmten Bruchteil der maximalen Steigung bei A verringert worden ist. Es wird angestrebt, das Bauteil zur Prüfung der Steifigkeit bis zum Punkt X zu verdrehen, und deshalb muß die Vorrichtung in der Lage sein festzustellen, daß das Gebiet II erreicht worden ist. Anschließend muß sie die momentane Steigung während des Verdrehvorgangs bestimmen und sie kontinuierlich mit dem maximalen Wert bei A vergleichen, um festzustellen, wann der Punkt X erreicht worden ist. Dazu kann irgendeine logische Schaltung verwendet werden, die auf die von den Kodierern empfangenen Signale anspricht. Wenn die Vorrichtung zur Bestimmung der Steigung festgestellt hat, daß der Punkt Λ" erreicht worden ist, gibt sie einen Stop-Befehl ab, so daß die Bedienungsperson den Verdrehvorgang beendet. Als Alternative kann der Stop-Befehl dazu verwendet werden, den Antriebsmotor oder andere Einrichtungen automatisch anzuhalten.

Im folgenden wird Bezug auf Fig. 2 genommen, in der bei 1 ein zu verdrehender Bauteil dargestellt ist; dieser kommt mit einem Bewegungs- und Befestigungsglied 2, z.B. einem Schrauber, in Eingriff, welches mit einer in einem Lager 3 gehaltenen Welle 5 verbunden ist. Die Welle 5 ist ferner in einem weiteren Lager 4 gelagert und trag; einen ersten Differential-Kodierer 6. Die Vorrichtung umfaßt weiterhin ein Lager 7, das eine Welle 8 hält, die einen zweiten Differential-Kodierer 9

ίο trägt. Die Welle 8 ist von einem Motor 10 angetrieben. Die Wellen 5 und 8 sind durch eine Schraubenfeder 11 verbunü'n. Wenn der Motor 10 läuft, dreht er die Welle 8 und diese dreht wiederum die Schraubenfeder 11, die die Welle 5 antreibt. Die Welle 5 dreht das Glied 2,

!5 das den Bauteil verdreht.

Die Kodierer 6 und 9 können vom optischen, elektromagnetischen oder irgendeinem anderen Typ sein, der in der Lage ist, in Verbindung mit festen, auf Licht ansprechenden oder anderen stationären Empfängervorrichtungen (nicht dargestellt) Signale zu erzeugen; dadurch wird eine Reihe von Signalen erzeugt, die in genauen Intervallen auftreten, die der Winkel Verdrehung der Kodierer oder ihren Winkelgeschwindigkeiten und damit den Winkelgeschwindigkeiten der jeweiligen WeI-len 5 und 8 entsprechen. Die Frequenz der von den jeweiligen Kodierern 6 und 9 erzeugten Signale gibt ihre jeweilige Winkelgeschwindigkeit oder eine Funktion davon an. Die Intervalle zwischen den von den Kodierern 6 und 9 erzeugten Signalen können, z.B. mit elektronischen Mitteln, gemessen werden. Aus den Zeitintervallen zwischen den von den jeweiligen Kodierern erzeugten Signalen oder durch Zählen der Anzahl der Signale, wie oben erläutert wurde, kann die Steigung der Drehmoment-Drehwinkel-Kurve bestimmt werden.

Die durch den Betrieb der Kodierer 6 und 9 erzeugten Signale werden auf eine logische Vorrichtung gegeben, die ein »Steuer-Stop«-Signal erzeugt, das den Bedienungsmann informiert, daß der Motor 10 angehalten werden sollte, oder das »Stop«-Signal könnte dazu verwendet werden, den Motor automatisch anzuhalten. Dabei ist folgende Alternative möglich: Das von der logischen Vorrichtung erzeugte Signal ist kein »Stop«- · Signal, sondern es wird dazu verwendet, den Bauteil unter einer praktisch konstanten Belastung zu halten; in diesem Falle könnte das Signal ein Steuersignal sein, das verhindert, daß eine zusätzliche Antriebskraft ausgeübt wird.

Im folgenden wird Bezug auf Fig. 3 genommen, in der die logische Vorrichtung in der Form eines Blockdiagramms dargestellt ist. 6 und 9 bedeuten die beiden Kodierer. Der linke Kodierer gibt Impulse φ₂ ab, und der rechte Kodierer gibt Impulse φ, ab. Die beiden Ströme von Impulsen werden auf eine Schaltung gegeben, die durch einen Block 20 dargestellt ist. Dieser zählt die Anzahl der Impulse ^₁ und φ₂, oder er bestimmt die Zeitintervalle zwischen den Impulsen der jeweiligen Reihen von Impulsen, oder er berechnet die Steigung aus den gemessenen Winkelgeschwindigkeiten, Ein Signal von dem Block 20 wird zu einem Block 21 geführt, der aus einer logischen Schaltung besteht, die entscheidet, ob das Gebiet II erreicht worden ist. Wenn die von dem Block 21 gegebene Antwort zustimmend ist, werden Signale an einen Block 22 gegeben, der aus einer logischen Schaltung besteht, der durch Bestimmung der

Größen

Αφ₂

oder

h-t.

wie oben erwähnt,

eine Funktion der Steigung berechnet.

ίο

Ausgangssignale von dem Block 22 werden zu einem Block 23 geführt. Dieser besteht aus einer weiteren logischen Schaltung, die die Steigungsfunktion mit einer gespeicherten maximalen Steigung vergleicht, die vorher von dem Block 22 bestimmt und in einer Schaltung gespeichert wurde, die durch einen Block 24 angedeutet ist. Der Block 23 gibt zustimmende oder negative Ausgangssignale, und zwar in Abhängigkeit davon, ob der Punkt X in Fig. 1 erreicht worden ist oder nicht. Wenn das Ausgangssignal von dem Block 23 zustimmend ist, ist dieses der oben erwähnte Stop-Befehl, und der Verdrehvorgang wird beendet. Wenn das Ausgangssignal von dem Block 23 negativ ist, wird ein Signal zurück auf den Block 22 gegeben, und dessen Schaltung fährt damit fort, kontinuierlich die Steigungsfunktion zu ergänzen und ein Ausgangssignal an Block 23 abzugeben.

Fig. 4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das die Hauptkomponenten der elektronischen Schaltung zeigt, die durch den Block 22 in Fig. 3 bezeichnet wird. Wie bereits erwähnt, bestimmt der Block 22 die Steigung

-Αφ₂

AM

τ-; oder ~~■ Die in Fig. 4 gezeigte elektro-

Αφ₂ Αφ₂

nische Schaltung berechnet den Ausdruck ——, indem

Αφ ₂

sie die Zahl der von dem Eingangskodierer 9 während eines bestimmtes Wertes Δφ₂ empfangenen Impulses φ_λ mißt. Der gewählte Wert von Αφ₂ wird als Sehnenlänge bezeichnet, weil die Messung äquivalent der Maßnahme ist, die Differenz zwischen den Meßwerten des Drehmomentes (M) über eine Sehne von praktisch konstanter Länge zu nehmen, die kontinuierlich an der Μ-φ-Kurve entlang bewegt wird, wie durch α, ό, und a₂b₂ in Fig. 1 angedeutet wird. Die Projektion der Sehnenlänge auf die <£-Achse wird durch die Charakteristik oder den Inhalt eines Schieberegisters 27 für die Sehnenlänge festgelegt, das jedes Mal bestätigt wird, wenn es einen Auslöseimpuls erhält, wie im folgenden erläutert wird.

Die von dem Eingangskodierer 9 an dem dem Motor zugewandten Ende der Feder 11 empfangenen Impulse (φι) werden direkt unter Berücksichtigung des Drehsinns des Rotors auf ein Restregister 25 gegeben. Dieses Restregister 25 hat die Aufgabe, die φ₁ -Impulse zu speichern.

Die von dem Kodierer 6 von der Feder 11 empfangenen Impulse {φ₂) werden von einem Prüfsystem 28 überprüft, um zu bestimmen, ob der Bauteil in der korrekten Richtung verdreht wird und werden dann dazu verwendet, das Restregister 25 zu verringern. Wenn der Kodierer 6 sich rückwärts drehen sollte, wird der Betrag ucr i\.ucKwartsdrehung gezahlt, und muß durch eine gleiche Vorwärtsdrehung gutgemacht werden, bevor irgendwelche $₂-Impulse auf das Restregister 25 gegeben werden. Sobald ein Impuls φ_ζ das Restregister 25 verringert hat, wird der dadurch gezeigte Wert überprüft. Wenn er größer als Null ist, sind mehr ^₁-Impulse als 0₂-Impulse aufgetreten, und als Ergebnis davon wird ein Signal durch ein Tor 29 sowohl zu einem Register 26 für die Steigung als auch zu einem Schieberegister 27 für die Sehnenlänge geführt; außerdem wird das Restregister 25 verringert. Das Schieberegister 27 für die Sehnenlänge wird jedes Mal betätigt, wenn es einen Impuls φ₂ erhält, der vom Prüfsystem 28 durchgelassen wurde, wie durch den Pfeil 30 angedeutet wird, und wenn das Schieberegister 27 weiterhin einen Impuls durch das Tor 29 erhält, registriert es »1« an seinem Eingang. Wenn es keinen Impuls durch das Tor 29 erhält, registriert es »0«. Jedes Mal, wenn der Ausgang des Schieberegisters 27 »1« registriert, verringert es das Register für die Steigung um einen Impuls. Wenn der Ausgang des Schieberegisters »0« registriert, so hat das keine Auswirkung auf das Register für die Steigung. Dadurch ergibt sich folgende Wirkungsweise: Jedes Mal, wenn das Schieberegister durch die Erzeugung eines Impulses ψ₂ im korrekten Sinne in Betrieb gesetzt wird, ändert sich das Register für die Steigung entweder um einen Punkt oder es ändert sich nicht, und zwar in Abhängigkeit davon, ob positive »Meßwerte« von dem Restregister 25 und dem Ausgang des Schieberegisters 27 vorliegen. Das Schieberegister 27 für die Sehnenlänge hat eine Charakteristik oder einen Inhalt in der Weise, daß die Ablesung des Registers für die Steigung über die effektive Schncnlängc genommen wird. Die Sehnenlänge muß ausreichend lang sein, um die Wirkungen von Unstetigkeiten, d.h. unerwünschten Signalen, die den Grundsignalen überlagert werden, auszumitteln. Ein Drehwinkel von Γ, der z. B. einem Impuls φ₂ entspricht, ist für diesen Zweck zu klein. Es hat sich herausgestellt, daß 20° ein geeigneter Wert des Drehwinkels ist. über den das Drehmoment gemessen werden soll; aber wenn nur z.B. alle 20° Ablesungen vorgenommen wurden, könnte der Drehmoment-Drehwinkel-Kurve nicht gefolgt werden. Deshalb überlappen sich die Sehnen, wie z.B. «, Λ, und a₂b₂ in Fig. 1. und Messungen von

—— über eine 20°-Sehne werden bei jedem </>₂-Impuls Αφ₂

vorgenommen, d.h. bei ungefähr jedem 1° der Drehung. Wenn das Register 26 fur die Steigung im normalen Betrieb ist. ergibt der angezeigte Meßwert des Registers

die Steigung -τ-— für das gerade untersuchte Befesti- Αφ₂

gungselement.

Signale von dem Meßgerät 26 für die Steigung werden auf den Speicher für die maximale Steigung gegeben, d.h. zu dem Block 24 und zu der Vergleichsschaltung in Block 23 (siehe Fig. 3).

Das von dem Block 23 abgegebene Signal, um den Motor 10 anzuhalten, wird erzeugt, wenn das momentane Drehmoment auf z. B. 50 % des erreichten maximalen Drehmomentes gefallen ist. Der Grund dafür ist, daß die Ableitungen der Μ-φ,-Kurve, das ist die in Fig. 5

gezeigte ——d<*₂-Kurve. einen Knickpunkt auf oder άφ₂

nahe bei 50 % des Maximalwertes hat. wie durch X in Fig. 5 angedeutet wird. Dieser Punkt ist auch der steilste Teil der Kurve und damit der Punkt, an dem die Kurve am schnellsten durch eine darübergelegte »Rausch«-Kurve läuft. Der Punkt X ist deshalb der Punkt auf der Kurve, der die größte Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen, d.h. Störsignalen, geben wird.

Die hier beschriebene Vorrichtung erfordert keine Vorkenntnisse über eine besondere Drehmoment-Drehwinkel-Charakteristik, weil die Abweichung des momentanen Drehmoments von dem maximalen Drehmo- ment automatisch bestimmt wird, und weil der Verdrehvorgang automatisch gestoppt wird, wenn der Punkt A", an dem die momentane Steigung irgendein vorgegebener Bruchteil. z.B. 50%, der maximalen Steigung ist, erreicht worden ist.

Die oben beschriebene Vorrichtung zum Ermitteln der Steigung des Drehmomentes kann umgewandelt werden zu einem Meßgerät für die lineare Steifigkeit, indem man z. B. die am Ausgang vorliegende Drehung in eine lineare

11 12

Bewegung umwandelt; das kann z.B. mit einem Rota- auf, dann wird die Feder 31 ein Drehmoment auf ähnliche tions-Linear-Umwandler, wie z. B einer mit einem Weise wie die Feder 11 in Fig. 2 übertragen; die Feder 31 Schraubengewinde versehenen .rr.itung, oder einem rotiert jedoch nicht, sondern sie verdrillt sich nur, und Zahnstangentrieb geschehen. Nach einem alternativen sie braucht deshalb nicht dynamisch ausgeglichen zu Vorschlag können lineare Kodierer und eine lineare 5 werden. Die Winkelabweichung zwischen den Wellen Feder, oder andere linear nachgiebige Elemente, die wird von den Kodierern 40 und 41 gemessen und ihre zwischen den die Kodierer tragenden Elementen (Wellen) Signale werden d'rch die logischen Vorrichtungen, die angeordnet werden, verwendet werden. Auf diese Weise in den Fig. 3 und 4 gezeigt sind, weitergegeben und kann der Fließpunkt in einem linearen System auf ahn- auf eine Weise verarbeitet, wie sie bereits beschrieben liehe Weise bestimmt werden, wie es bei der Bestimmung io wurde. Ein weiterer Vorteil der in Fig. 6 gezeigten des Fließpunktes in dem oben erwähnten Torsions- Anordnung ist. daß die axiale Länge der Vorrichtung system der Fall war. Damit kann z.B. der Fließpunkt reduzier' werden kann, da der Getriebekasten 35 vervon Zugproben in einer Vorrichtung für Zugversuche kürzt und im Inneren der als Gehäuse dienenden Feder 31 oder einer Kriechprüfmaschine ohne die Messung von angebracht werden kann, wie man der Darstellung ent-Strecklängen und ohne die Notwendigkeit, separat die 15 nimmt. Weiterhin können auch die Kodierer innerhalb Kraft und die Verschiebung festzustellen, oestirnmt der Feder angeordnet werden. Als Alternativvorschlag werden. kann der Kodierer 40 an dem Eingangsende des GeStatt der Verwendung der Schraubenfeder 11 als Ver- triebekastens angeordnet werden, wie man der Darbindungsglied zwischen den Eingangs- und Ausgangs- stellung entnimmt, und dadurch wird der Einsatz eines wellen ist auch der Einsatz einer Spiralfeder möglich. 20 Kodierers von geringerem Auflösungsvermögen möglich. Als Alternativvorschlag kann auch das Verbindungsglied wodurch Kosten gespart werden.

zur Übertragung des Drehmomentes ein Torsionsstab Die Steigung der Belastungs-Verformungskurve kann oder eine Torsionshülse sein, der bzw. die zwischen den auch mit anderen Mitteln, beispielsweise gemäß DE-OS Eingangs- und Ausgangswellen angeordnet ist oder End- 17 03681 oder US-PS 3643 501, ermittelt werden,
teile hat, die die Eingangs- und Ausgangswellen bilden. 25 Eine weitere Ausfuhrungsform der Vorrichtung ist in Diese Teile können aus Metall, Gummi oder einem den Fig. 7 und 8 dargestellt. Die Vorrichtung besitzt Kunststoff sein, oder sie können aus irgendwelchen dieser einen Schraubenschlüssel 50 und den z.B. luftgetrie-Materialien zusammengesetzt sein. benen Motor 52, dessen Arbeitsweise von einem elektro-Fig. 6 zeigt eine alternative Ausfuhrungsform der magnetischen Ventil 54 gesteuert ist und der eine AnVorrichtung, die statt der in Fig. 2 dargestellten ver- 30 triebswelle 56 über ein Untersetzungegetriebe 58 anwendet werden kann. Nach Fig. 2 wird die Feder 11 treibt. Die Antriebswelle 56 trägt Drehglieder 57 und zusätzlich zu ihrer Verdrillung um ihre Längsachse 59 und ist in einem Lager 60 gelagert. Das Lager 60 gedreht, wenn der Bauteil der in Fig. 1 gezeigten Dreh- kann in einem starren Rahmen 62 befestigt sein.
moment-Drehwinkel-Kurve folgt. In einigen Anwen- Zwischen dem Getriebe 58 und dem Lager 60 ist als dungsfällen kann das unerwünscht sein, und statt dessen 35 Drehmoment-Meßeinrichtung eine Drehmomentzelle 64 könnte der in Fig. 6 gezeigte Apparat abgewandelt vorgesehen, die ein das augenblicklich abgegebene werden, indem eine nicht drehbare Schraubenfeder 31 Drehmoment angebendes Signal erzeugt. Die Drehmodas Drehmoment zwischen einer von einem Motor 33 mentzelle 64 weist ein erstes Befestigungsgrundteil 66 angetriebenen Eingangswelle 32 auf eine Ausgangswelle auf, das die Drehmomentzelle mit dem Getriebe 58 34 überträgt, die so angeordnet ist, daß von ihr der 40 verbindet, und ein zweites Befestigungsgrundteil 68, das Bauteil verdreht wird. Die Eingangswelle 32 ist durch sie mit dem Lager 60 verbindet. Zwischen den Befestieinen Getriebekasten 35, der ein Zahnradgetriebe enthält, gungsgrundteilen 66 und 68 erstrecken sich in axialer das aus zeichnerischen Gründen nur als einfaches Diffe- Richtung mehrere verformbare Streben 70. Verdreht der rential-Zahnradgetriebe 36 dargestellt ist, mit der Aus- Schlüssel 50 ein Bauteil unter Last, so bewirkt das auf gangswelle 34 verbunden. Wenn die Eingangswelle 32 45 ihn wirkende Reaktionsdrehmoment, daß die Streben 70 die Ausgangswelle 34 mit der gleichen Geschwindigkeit sich verwinden, wobei die Größe der Verwindung proantreibt, d.h. wenn das Drehmoment M konstant ist, portional dem Reaktionsdrehmoment ist, das gleich,, so wird keine Bewegung des Zahnradgetriebes 36 auf- jedoch entgegengesetzt dem dem Bauteil erteilten Drehtreten; aber wenn die Eingangswelle beginnt, sich moment ist. Jede Strebe 70 trägt einen Dehnungsmeßschneller zu bewegen als die Ausgangswelle, also ent- 50 streifen 72, der in einer hier nicht gezeigten Wheatsprechend dem Gebiet II in Fig. 1, wird das Zahnrad- stone'schen Brücken schaltung geschaltet ist, um ein getriebe um die gemeinsame Achse der Wellen 32 und 34 elektrisches Signal zu erzeugen, das das augenblickliche, schwingen und die Schwingbewegung auf das Gehäuse an den Bauteil abgegebene Drehmoment angibt. Anstelle des Getriebekastens 35 übertragen. Ein Ende der Feder von Dehnungsmeßstreifen können auch kontaktierende 31 ist mit einer Schlußwand 37 des Getriebekastens 35 55 oder eine sich annähernde Verschiebung angebende Streiverbunden, der so befestigt ist, daß er eine Schwing- fen benutzt werden, um das elektrische Signal zu erbewegung um die gemeinsame Achse der Wellen 32 und zeugen.

34 ausführen kann; die Befestigung der Schlußwand 37 Ein Fühler in Form eines Annäherungsdetektors 74

erfolgt über ein Lager 42. Das andere Ende der Feder ist durch das Gehäuse des Motors 52 hindurchgreifend ist an einer stationären Befestigungsplatte 38 angeordnet, 60 neben und in radialem Abstand von sich drehenden

in der die Ausgangswelle 34 in einem Lager 39 frei Flügeln 76 des Motors angeordnet, wie dies Fig. 8

drehbar ist. Die Eingangswelle 32 trägt einen Diffe- zeigt. Der Annäherungsdetektor 74 ist eine Induktions-

rentialkodierer 40, der dem Kodierer 9 in Fig. 2 äqui- spule, die ein elektrisches Signal erzeugt, wenn Metall

valent ist, und die Ausgangswelle 34 trägt einen Diffe- durch ihr magnetisches Feld hindurchgeht. Drehen sich

rentialkodierer 41, der dem Kodierer 6 in Fig. 2 äqui- 65 die Flügel 76, so werden Signale von dem Annäherungs-

valent ist. Wenn man sich dem Punkt X nähert, und detektor 74 erzeugt, die die Drehwinkeländerungen des

es tritt eine Änderung im Betrag der Differential- Schlüssels 50 angeben. Ihre Größe hängt von der Anzahl

Rotation zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen der Flügel 76 des Motors 52 und dem Untersetzungs-

verhältnis des Getriebes 58 ab Selbstverständlich kann der Annäherungsdetektor auch mit einem der Zahnräder des Getriebes 58 zusammenwirken.

Fig. 7 zeigt die Schaltung für den Meßteil der Vorrichtung. Das Ausgangssignal von der Drehuiomentzelle 64 (augenblickliches Drehmoment) wird über einen Verstärker 78 gegeben, der die Amplitude des Signals verstärkt. Vom Verstärker 78 wird das Signal durch einen Schieberegisterspeicher 80, 82, 84, 86 der, da die Schaltung analog ist, eine Reihe von ladungsgekoppelten Abtast- und" Halteschaltungen aufweist, hindurchgegeben. Das Schieberegister wird von Signalen getaktet, die den Drehwinkeländerungen des Befestigungsmittels proportional sind. Dazu werden die Signale des Annäherungsdetektors 74, die die Form von Nadelimpulsen haben, durch einen Rechteckgenerator 88 hindurchgegeben, der die Signale umformt und über einen Sehnenlängenteiler 90 an einen analogen Schaltertreiber 92 gibt, der aufeinanderfolgend die Abtast- und Halteschaltungen taktet. Der Sehnenlängen teiler 90 ist eine Teilerschaltung, die elektronisch die Impulse vom Rechteckgenerator 88 durch 1.2, 4, 8, 16 oder 32 teilt, so daß jeder Impuls oder jeder zweite Impuls oder jeder vierte Impuls usw., zum Takten des Schieberegisters benutzt wird. Durch Wahl des geeigneten Teilerverhältnisses in dem Sehnenlängenteiler 90 kann die Sehnenlänge in der Drehmoment/ Drehwinkel-Kurve, über der der Drehmomentgradient gemessen wird, also die Sehnenlänge α und b in Fig. 1, eingestellt werden.

Der Schaltertreiber 92 stellt sicher, daß jede Abtast- und Halteschaltung ihr gespeichertes Signal jeweils entladen hat, bevor sie ein neues Signal erhält. Der analoge Schaltertreiber 92 taktet nacheinander die Abtast- und Halteschdltungen, indem er zuerst die Schaltung 86, dann die Schaltung 84, dann die Schaltung 82 und schließlich die Schaltung 80 ansteuert. Die Abtast- und Halteschaltung 86 hat daher ihr gespeichertes Signal entladen, bevor sie ein neues Signal von der Abtast- und Halteschaltung 84 erhält. Das Ausgangssignal der Abtast- und Halteschaltung 86 gibt das Drehmoment für eine bestimmte Drehwinkeländerung an und wird an ein Gradientenregister- oder ein Vergleicherglied 94 geführt (Differentialverstärker), das außerdem ein Signal vom Verstärker 78 erhält, das das augenblickliche Drehmoment angibt. Das Vergleicherglied 94 subtrahiert die Signale voneinander und gibt ein Ausgangssignal ab, das den augenblicklichen Drehmomentgradienten für den gerade verdrehten Bauteil angibt. Das Gradientensignal vom Vergleicherglied 94 wird über einen Gradientensignal-Verstärker 96 gegeben, der dieses Signal auf eine für die übrigen Teile der Schaltung geeignete Amplitude verstärkt.

Vom Gradientensignal-Verstärker 96 wird das augenblickliche Gradientensignal an eine Einrichtung zur Bestimmung des maximalen Gradienten und außerdem an eine Einrichtung zum Vergleichen des maximalen und augenblicklichen Gradientensignals gegeben. Die Einrichtung zur Bestimmung des maximalen Gradienten weist ein Vergleicherglied 100 für den maximalen Gradienten auf, das Eingangssignale vom Verstärker 96 und von einer Abtast- und Halteschaltung 102 erhält, die auch Signale vom Verstärker 96 erhält. Die Abtast- und Halteschaltung 102 speichert ein Signal, das den maximalen Gradienten angibt, der vor dem augenblicklichen Ausgangssignal vom Gradientensignal-Verstärker in dem Anziehvorgang vorlag. Das Vergleicherglied 100 bestimmt, ob das augenblickliche Gradientensignal vom Verstärker 96 oder das zuvor gespeicherte Signal von der Abtast- und Halteschaltung 102 größer ist. Ist da augenblickliche Giadientensignal größer, so gibt da Vergleicherglied 100 ein Ausgangssignal an ein UND Glied 104, das außerdem Signale von dem analogei Schaltertreiber 92 erhält, wenn dieser Taktsignale an di< Abtast- und Halteschaltung 84 gibt. Werden beide Signali von dem UND-Glied 104 erbalten, so gibt es ein Takt signal an die Abtast- und Halteschaltung 102, wodurci dies« ein neues Signal von dem Verstärker 96 aufnehmer

ίο kann, das den größeren Gradienten darstellt. Ist dei augenblickliche Gradient kleiner als der gespeicherte so gibt das Vergleicherglied 100 und auch das UND-Glied 104 kein Ausgangssignal ab, so daß die Abtastung Halteschaltung 102 kein neues Gradientensigna]

!5 aufnehmen kann. Durch Benutzung des Taktsignals vom analogen Schaltertreiber 92 für die Abtast- und Halteschaltung 84 wird eine Zeitverzögerung erreicht, die die Durchführung des Vergleichs ermöglicht, bevor ein Taktsignal durch das UND-Glied 104 gegeben und ein neues Gradientensignal erzeugt werden kann.

Diis Signal zum Anhalten oder Abstellen des Motors wird erzeugt, wenn das momentane Drehmoment auf z. B. 50% des erreichten maximalen Drehmomentes gefallen ist, d.h. der Giadient in dem im wesentlichen linearen Bereich der M-$₂-Kurve liegt. Der Grund dafür ist, daß die Ableitung der Μ-φ₂-Κ\ιτ\ε gemäß Fig. 2, d.h.

die -'-——άφ₂-Kurve einen Knickpunkt auf oder nahe

<:l q>2

bei 50% des Maximalwertes hat, wie durch X in Fig. 2 angedeutet wird. Dieser Punkt ist auch der steilste Teil der Kurve und damit der Punkt, an dem die Kurve am schnellsten durch eine darübergelegte »Rausch«- Kurve läuft. Aus Fig. 2 ist auch zu erkennen, daß der Punkt A' innerhalb eines Bereiches von etwa 25% bei etwa 75% des maximalen Wertes liegt und eine voreingestellte Beziehung, die einen Wert innerhalb dieses Bereiches benutzt, kann zum Anhalten des das Befestigungselement antreibenden Motors verwendet werden. Der Punkt X ist deshalb der Punkt auf der Kurve, der die größte Unempfindlichkeit gegenüber Rauschen, d.h. Störsignalen, hat.

Die zuvor erläuterte Einrichtung zum Vergleich des maximalen und augenblicklichen Gradientensignals ermöglicht, daß das den maximalen Gradienten angebende Signal, während es von der Abtast- und Halteschaltung 102 an das Vergleicherglied 100 gegeben wird, aufgespalten und an eine Teilerschaltung 106 gegeben wird, die dieses Signal in einem voreingestellten Verhältnis teilt, um den Punkt X auf der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Kurve zu bestimmen. Ist das voreingestellte Verhiiitnis 50%, so teilt die Teilerschaltung 106 das gespeicherte maximale Gradientensignal zur Hälfte und gibt das Signal an ein vergleichendes Schaltglied 98, wo es mit dem augenblicklichen Gradientensignal vom Verstärker 96 verglichen wird, das ebenfalls an das Schalliglied 98 gelangt. Sind die Signale für das Schaltglied '!>8 gleich oder ist das Gradientensignal kleiner als das geteilte maximale Gradientensignal, so gibt das Schaltglied ein Ausgangssignal an ein weiteres UND-Glied 108 ab. Das Ausgangssignal des Schaltgliedes 98 kanriiiinmittelbar über einen Ventil-Treiberverstärker 110 gegeben werden, der dieses Signal auf eine größere Amplitude bringt, um damit das elektromagnetische Ventil 54 zu schließen und den Motor 52 stillzusetzen.

Um jedoch sicherzustellen, daß das Schaltglied 98 nicht in unerwünschter Weise ein noch im Abschnitt I liegendes Ausgangssignal (Fig. 1) erzeugt, wird das UND-Glied 108 benutzt, das ein zusätzliches Eingangssignal von einem

Anschmiegungsdrehmoment-Vergleicher 112 erhält. Die augenblicklichen Drehmomentsigna¹- werden vom Verstärker 78 auch an den VergLi-he, 112 gegeben, der außerdem ein Signal von einem eingestellten Anschmiegungsdrehmoment-Signalgenei-ator 114 erhält. Dieser kann ein Potentiometer zur Erzeugung eines bestimmten Eingangssignals seiß, das das Drehmoment angibt, das etwa dem Drehmoment an dem Punkt entspricht, der den Übergang vom Abschnitt I zum Abschnitt II in der in Fig. 1 gezeigten Kurve bildet. Die Einstellung des Signalgenerators 114 muß nicht genau dem Anschmiegungspunkt angeben, sondern kann eine Annähening sein, z. B. etwa 20 % des Drehmomentwertes, der an dem Anziehpunkt erwartet wird. Übersteigt das augenblickliche Drehmomentsignal vom Verstärker 78 das vom Signalgenerator 114 erzeugte Signal, so gibt der Vergleicher 112 ein Ausgangssignal an das UND-Glied 108, wodurch dieses das Signal vom Schaltglied 98 an den Ventiltreiber-Verstärker 110 weitergibt. Das Ausgangssignal vom Ventiltreiber-Verstärker 110 wird an das Steuerventil 54 gegeben, wodurch dieses geschlossen und der Motor 52 stillgesetzt wird. Auf diese Weise können vom Schaltglied 98 in unerwünschter Weise erzeugte Signale im Abschnitt I nicht zum Schließen des Steuerventils 54 führen.

Weiterhin ist ein Rücksetzschalter 116 vorgesehen, der Signale löscht und die Vorrichtung für einen neuen Verdrehvorgang mit einem anderen Bauteil vorbereitet.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung zum Ermitteln der Steigung des Drehmomentes bei der Verdrehung eines Bauteils kann umgewandelt werden zu einem Meßgerät zum Ennuteln der linearen Steifigkeit des Bauteils, indem man z. B. die vom Motor abgegebene Drehbewegung in eine lineare Bewegung des Bslastungs- und Bewegungsgliedes umwandelt. Das kann z.B. mit einem Rotations-Linearumwandler, z.B. einer mit einem Schraubengewindt versehenen Vorrichtung oder einem Zahnstangengetriebe geschehen. Zu diesem Zweck werden dann auch lineare Kodierer und eine lineare Feder oder andere linear nachgiebige Elemente, die zwischen den die Kodierer tragenden Elementen angeordnet werden, verwendet werden. Auf diese Weise kann der Fließpunkt oder der Punkt der maximalen Steifigkeit unterhalb des Fließpunktes in einem linearen System auf ähnliche Weise bestimmt werden, wie es bei der Bestimmung des Fließpunktes oder eines signifikanten Wertes in der Belastungs-Verformungskurve des oben beschriebenen Torsionssystems der Fall war. Damit kann z.B. der Fließpunkt oder die maximale Steifigkeit oder eine signifikante Änderung der Belastungs/Verformungskurve von Zugproben in einer Vorrichtung für Zugversuche oder einer Kriechprüfmaschine ohne die Messung von Strecklängen und ohne die Notwendigkeit, separat und die Bewegungswerte festzustellen, bestimmt werden. Darin liegt einer der wesentlichsten Vorteile der Vorrichtung, da dann eine zerstörungsfreie Prüfung der Bauteile und ein individuelles Feststellen der maximalen Steifigkeit von Bauteilen erzielbar ist, ohne daß eine spezielle Einstellung der Vorrichtung vorher notwendig wäre.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ermitteln der Steifigkeit oder einer signifikanten Änderung der Steigung der die Belastung über der Verformung angebenden Kurve eines belasteten Bauteils, mit einem auf dem Bauteil einwirkenden Belastungs- und Bewegungsglied und einem über eine elastische Kupplung damit verbundenen, antreibbaren Arbeitsglied, und mit einem Schaltkreis, in dem aufgrund der Bewegungsschritte und Belastungsänderungen über Fühleinrichtungen erzeugte Signale verarbeitbar sind, gekennzeichnet durch einen ersten Schaltkreisteil (78 bis 94) zur Erzeugung eines sich ändernden Signals, das is dem Belastungsgradienten der an dem Bauteil abgegebenen Belastung entspricht, durch einen zweiten Schaltkreisteil (100 bis 104), der auf das Gradientensignal anspricht und unter Berücksichtigung der Bewegungsschritte daraus ein Informationssignal erzeugt und speichert, das dem über den in etwa linearen Teil der Belastungs-Verformungs-Kurve liegenden Belastungsgradienten entspricht, und durch ein vergleichendes Schaltglied (98) zum Vergleichen des Gradientensignals und des Informationssignals und zum Erzeugen eines Steuersignals, wenn das Gradientensignal sich auf einen vorbestimmten prozentualen, eine Funktion der Steifigkeit des Bauteils oder die signifikante Änderung der Belastungs-Verformungs-Kurve darstellenden Wert des Informationssignals geändert hat.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Belastung des Bauteils ein Drehmoment erzeugbar ist und der Gradient aus den in der Kupplung (64, 70) auftretenden Drehmomentänderungen bei der Verdrehung des Bauteils und den Drehbewegungsänderungen des Antriebsgliedes ermittelt wird, wobei das erzeugte Steuersignal eine Funktion der Verdrehsteifigkint des Bauteils darstellt.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Meß- und Abgabe-Einrichtung (64) zum Erzeugen des dem augenblicklich an den Bauteil abgegebenen Drehmoment entsprechenden Signals, durch eine Speichereinrichtung (80 bis 86) zum Speichern einer Folge von Signalen, und durch eine von den Drehbewegungsänderungen des Antriebsgliedes getaktete Gradienten-Registriereinrichtung (88 bis 94) zum aufeinanderfolgenden Subtrahieren des augenblicklichen Drehmomentsignals von einem gespeicherten Signal und zum Erzeugen eines dem Drehmoment-Gradienten entsprechenden Signals.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (80 bis 86) auf Signale anspricht, die mit konstanten Drehbewegungsänderungen des Antriebsteils erzeugt werden, um nacheinander die gespeicherten Signale an die Gradientenregistrbreinrichtung (88 bis 94) zu geben.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichereinrichtung (80 bis 86) ein Schieberegister aufweist, das auf Signale anspricht, die von einem mit dem Antriebsglied verbundenen Impulsgenerator (74) erzeugbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5. dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (64) eine das augenblickliche Drehmoment als Signal angebende Drehmomentzelle aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentzelle einen sich um seine Achse verdrehbaren Teil (70), wie eine Torsionshülse oder einen Torsionsstab, aufweist, dem Dehnungsmeßstreifen (72) zugeordnet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Zwecke der Ermittlung der linearen Steifigkeit des Bauteils zwischen dem Antriebsglied und dem Belastungs- und Bewegungsglied ein die Drehbewegung und das Drehmoment des Antriebsgliedes in eine lineare Bewegung und eine lineare Belastung für den Bauteil umwandelnde, verformbare Kupplung angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplung einen Rotations-Linear-Umwandler, wie eine mit einem Schraubgewinde ausgestattete Vorrichtung oder ein Zahnstangengetriebe tnthält.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß im ersten Schaltkreisteil (78 bis 94) ein Vergleichsglied (94) zur Ermittlung des größten, aufgetretenen Drehmoment-Gradienten auiweist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das gespeicherte Informationssignal dem größten, aufgetretenen Belastungsgradienten, insbesondere dem Drehmoment-Gradienten, entspricht.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das vergleichende Schaltglied (98) das Steuersignal erzeugt, wenn das Gradientensignal weniger als 50% des Informationssignals beträgt.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreisteil (78 bis 94) eine Einrichtung (90. 92) zum Erzeugen der Gradientensignale entsprechend bestimmter, konstanter Sehnenlängen (0. b) in der Drehmoment-Drehbewegungs-Kurve aufweist, wobei die einzelnen Sehnenlängen sich überlappen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (64) zur Erzeugung des Belastungssignals eine Fühleinrichtung an jedem Ende der verformbaren Kupplung aufweist.

15. Schaltung zum Bestimmen eines Gradienten mit folgenden Merkmalen:

einer Einrichtung zum Erzeugen eines Lastsignales,

einer Speichereinrichtung zum Speichern des Lastsignales und

einer Gradienten-Registereinrichtung zum sequentiellen Subtrahieren des gespeicherten Signales von· einem momentanen Signal und zum Erzeugen eines Ausgangssignales, das den Gradienten darstellt,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Schaltung (80, 82, 84, 86, 92, 94) einen Drehmoment-Drehwinkel-Gradienten erzeugt,

daß das Lastsignal ein Drehmomentsignal ist, das ein an ein Drehteil angelegtes Drehmoment darstellt, und

daß die Speichereinrichtung (80, 82. 84, 86) ein Schieberegister (80 bis 86) ist, das eine Reihe von Drehmomentsignalen speichert.

16. Schaltung nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (80 bis 86) auf Drehwinkelsignale anspricht, die bei konstanten

Drehwinkelwegen des Drehteiles erzeugt werden, um in sequentieller Weise eine= ler gespeicherten Signale der Gradienten-Regi_.,re^...ichtung (94) zuzuführen.

17. Schaltung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (80 bis 86) aus einer Reihe von Abtast- und Halteschaltungen (80 bis 86) besteht.

18. Schaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß das Schieberegister (80 bis 86) sequentiell getaktet wird.

'

19. Schaltung nach einem der Ansprüche 16—18, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelsignale durch einen mit dem Drehteil drehbaren Pulsgenerator erzeugt werden.