DE2702726A1 - Vorrichtung zum messen der dynamischen belastung eines lagers - Google Patents

Description

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Union Special Corporation 400 North Franklin Street Chicago, Illinois, 60610 U.S.A.

Vorrichtung zum Messen der dynamischen Belastung eines Lagers

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der dynamischen Belastung eines Lagers für ein eine dynamische Last erzeugendes Organ, insbesondere eine schwingende oder umlaufende Welle.

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Es sind zahlreiche Vorrichtungen bekannt, um die Kräfte zu messen, welche durch einen ungenau ausgewuchteten, rotierenden Körper oder eine rotierende Welle erzeugt werden. In diesen Vorrichtungen finden Wandlereinheiten Anwendung, die in Lagerabstutzungen angeordnet sind, welche ihrerseits an beiden Enden des rotierenden Körpers oder der umlaufenden Welle vorgesehen sind. Einige dieser Vorrichtungen enthalten zur Messung der auftretenden Unwuchtkräfte Dehnungsmesstreifen als Wandler, während in anderen Vorrichtungen piezoelektrische Wandlereinheiten für diesen Zweck verwendet werden.

Bei den heute angewandten, hohen Maschinengeschwindigkeiten sind die meisten Wellen in Lagern oder Lagerbuchsen gelagert, welche gewöhnlich die Welle umgebende Öl-Freiräume aufweisen, um das Erreichen der hohen Geschwindigkeiten zu ermöglichen. Die Öl-Freiräume dienen der Schmierung und wirken dadurch einem Wärmeaufbau entgegen. Wenn jedoch ein exzentrischer Antriebsmechanismus an der umlaufenden Welle befestigt ist, um einer damit verbundenen Gelenkverbindung eine Antriebskraft mitzuteilen, treten an dem Lager oder der Lagerbuchse dynamische Belastungen auf. Die dynamische Belastung des Lagers ist die Summe einer Anzahl von Kräften. Bei diesen Kräften handelt es sich um Unwuchtkräfte, welche durch die Unwucht des exzentrischen Antriebsmechanismus hervorgerufen werden. Die durch diese Unwucht erzeugten Kräfte sind in erster Linie harmonische Kräfte. Bei einer zweiten Kraft, die man als Schlag- oder Stosskraft bezeichnet, handelt es sich um rasch variierende Kräfte, welche die Grosse der Unwuchtkraft im Verlauf einer Umdrehung der Welle in nicht-sinusförmiger Weise verändert. Diese Stosskräfte sind hohe harmonische Kräfte, die eine sehr

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kurze Anstiegszeit haben, die etwa ein Bruchteil der Zeit ist, . die die Welle für eine Umdrehung benötigt. Diese Stosskräfte werden dann erzeugt, wenn die Trägheitskräfte der angetriebenen. Gelenkverbindung die Richtung umkehren, wodurch die Welle kräftig quer über den Öl-Freiraum des Lagers hinwegbewegt wird. Beim Messen der dynamischen Belastungen eines Lagers oder einer Lagerbuchse ist es auch erforderlich, die Deformation des Lagers in Rechnung zu stellen, die ebenfalls die Erzeugung eines Feinausgangssignales durch die Wandlereinheiten verursacht. Um daher eine korrekte Ablesung oder Aufzeichnung der einem Lager mitgeteilten Kräfte zu erhalten, muss die Deformation des Lagers eliminiert werden, so dass sich eine Messung lediglich der dynamischen Belastung ergibt, die auf das Lager oder die Lagerbuchse in einer einzigen Ebene einwirkt.

In der US-PS 15 99 922 ist eine piezoelektrische Wandlereinheit beschrieben, dia für die Bestimmung der Unwucht eines rotierenden Körpers geeignet ist. Vorrichtungen dieser Art wurden dazu benutzt, den Betrag der Unwucht eines umlaufenden Körpers zu messen. Diese Vorrichtungen sind jedoch nur in der Lage, die ersten harmonischen Kräfte zu messen, die von der Welle auf das Lager ausgeübt werden. Die diesen Vorrichtungen zugeordneten elektrischen Schaltungen eliminieren oder filtern sämtliche höheren harmonischen Kräfte aus, die über die Welle auf das Lager einwirken. Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung sollen hingegen alle dem Lager oder der Lagerbuchse mitgeteilten Kräfte sowie die Lagerdeformation in Rechnung gestellt und effektiv gemessen werden.

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Obwohl die Erfindung im Nachstehenden lediglich in Verbindung mit einem Versuchsmodell beschrieben wird, bietet sich das theoretische Erfindungskonzept der Vorrichtung dennoch selbst dazu an, mit den entsprechenden Abänderungen breitere Anwendung zu finden. Ein Beispiel für eine solche Anwendung ist die Messung der dynamischen Belastung einer Generatorwelle, die an beiden Enden durch Lager abgestützt ist. Ein Beispiel für ein enger begrenztes Gebiet wären Lagerbuchsen in einem Maschinenrahmen. Diese Lagerbuchsen müssten lediglich maschinell so nachgearbeitet werden, dass sich ein zusätzlicher Freiraum von etwa 3 bis 4,5 mm ergibt, der die Aussenseite des Lagers oder der Lagerbuchse ergibt. Hierdurch entsteht ein ausreichender Freiraum für das Einsetzen der im Nachstehenden beschriebenen, kompakten Ausführungsform von Wandlereinheiten. Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist ausserdem nicht nur in der Lage, dynamische Belastungen zu messen, die von einem schwingenden Organ hervorgerufen werden. Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich auch für solche Anwendungsfälle, bei denen die dynamische Belastung einer umlaufenden Welle oder einer translatorisch verschobenen Welle gemessen werden muss. Die hier beschriebene, ungenau ausgewuchtete Welle steht für irgendeine Welle, die in geeigneter Weise in einer Maschine gelagert ist und an der ein Mechanismus befestigt ist.

In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden piezoelektrische Wandler verwendet. Selbstverständlich können statt diesem Wandlertyp auch andere Wandler Anwendung finden, beispielsweise Differentialumwandler, Dehnungsstreifen, usw., soweit sich diese Wandler für das Aufnehmen einer dynamischen, dem Lager mitgeteilten Last eignen. Erfindungsgemäss wurde eine

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piezoelektrische Lager-Wandlereinheit entwickelt, mit welcher die dynamischen Belastungen analysiert und gemessen werden können, die einem Lager oder einer Lagerbuchse durch einen exzentrischen Antriebsmechanismus mitgeteilt werden. Die Erfindung vermittelt eine Möglichkeit zur direkten Messung von Kräften, die von der ersten harmonischen Schwingung bis zu 500 harmonischen Schwingungen oberhalb der Grundfrequenz einer Maschine reichen, wobei diese Kräfte Lager oder Lagerbüchsen innerhalb der Maschine mitgeteilt werden. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass es eine Relation zwischen dem (in dezibel gemessenen) von einer Maschine erzeugten Geräusch und den hohen harmonischen Kräften gibt, welche auf ein Lager durch ein oszillierendes Organ ausgeübt werden. Infolgedessen wird durch die vorliegende Erfindung eine Einrichtung geschaffen, mit deren Hilfe man das Geräuschpotential verschiedener Mechanismen vergleichen kann. Die Erfindung kann beispielsweise Anwendung finden in Zusammenhang mit einer ungenau ausgewuchteten, umlaufenden Welle, die in einem Lager oder einer Lagerbuchse gehaltert ist. Die rotierende Welle und das Lager oder die Buchse werden beide vollständig durch zwei Paare kleiner piezoelektrischer Wandlereinheiten abgestützt. Die Buchse oder das Lager ist in einer Halterung angeordnet, die jeweils an den Enden der Welle vorgesehen ist. Wenn die Welle umläuft, wird ein Kraftvektor, der die Unwuchtkraft repräsentiert, in sinusförmiger Weise auf die das Lager abstützenden, piezoelektrischen Wandlereinheiten aufgebracht. Dies geht auf die Exzentrizität des Mechanismus zurück. Wenn der Exzentermechanismus eine Gelenkverbindung antreibt, wirken auch Stosskräfte auf das Lager ein, und zwar sehr viel rascher als die Unwuchtkraft im Verlauf einer Umdrehung der Welle. Diese Stosskräfte,

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nämlich die höheren harmonischen Kräfte, gehen auf die Trägheitsumkehr des angetriebenen Gelenkgliedes zurück, so dass die Welle kräftig quer über den öl-Freiraum des Lagers hinweggedrückt wird. Sowohl die Unwuchtkraft als auch die rasch variierenden Stosskräfte werden unmittelbar durch die Paare der piezoelektrischen Wandlereinheiten aufgenommen, welche das Lager und die Welle vollständig abstützen. Es ist bekannt, dass piezoelektrische Wandlereinheiten die ihnen mitgeteilten Kräfte in elektrische Ladungen umwandeln, deren Grosse der angelegten Kraft proportional ist. Diese Ladungen werden mittels piezoelektrischer Kristalle entwickelt, die in allen piezoelektrischen Wandlereinheiten enthalten sind. Jedes Paar oder jede Gruppe der Wandlereinheiten ist mit einer besonderen elektrischen Schaltung verbunden, wodurch die der Lagerdeformation zugeordnete Vektorkomponente in Betracht bezogen und vollständig eliminiert wird. Sobald die der Deformation des Lagers zugeordnete Vektorkomponente unterdrückt ist, werden die verbleibenden Kräfte, nämlich die ünwuchtkraft und die Stosskraft, welche nunmehr durch die piezoelektrischen Kristalle in elektrische Ladungen umgewandelt werden, analysiert und in Wellenform auf dem Schirm eines Oszilloskops dargestellt. Durch eine Untersuchung dieser Wellenformen ist es möglich, die dynamischen, durch ähnliche Mechanismen entwickelten Belastungen zu vergleichen und hierdurch zu bestimmen, welcher Mechanismus sich am besten anwenden lässt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung anzugeben, mit deren Hilfe unmittelbar dynamische Belastungen gemessen werden können, die durch einen bestimmten Mechanismus einem Lager oder einer Lagerbuchse mitgeteilt werden.

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Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass zwischen dem Lager und einer Halterung für dasselbe mehrere Wandlereinheiten zur Aufnahme der dem Lager mitgeteilten, dynamischen Belastungen und zur Umwandlung derselben in eine proportionale elektrische Spannung zugeordnet sind, und dass mit den Wandlereinheiten Mittel zur Unterdrückung scheinbarer, auf eine Deformation des Lagers zurückgehende Ausgangssignale verbunden sind sowie weitere Mittel zum Messen sowohl niederer als auch hoher harmonischer Schv/ingungen der elektrischen Spannung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung bestehen in folgendem mit der erfindungsgemässen Vorrichtung ist es möglich, eine bessere Auflösung der Reaktionskräfte in einem weiten Frequenzbereich, der dem hörbaren Spektrum zugeordnet ist, zu erhalten. Weiterhin kann man aufgrund der erfindungsgemässen Vorrichtung eine Methode entwickeln, die zu einem quantitativen Verständnis der Zusammenhänge zwischen den Einflüssen des der Schmierung dienenden Freiraums und der übertragenen Kräfte führt. Durch die erfindungsgemässe Vorrichtung lassen sich ferner v/eite Bereiche von Kräften in linearer Weise ausmessen. Weiterhin dient die erfindungsgemässe Vorrichtung dazu, diejenigen Büchsen oder Lager festzustellen und zu klassifizieren, welche das stärkste Geräusch erzeugen. Bei alledern sind die von der Erfindung vorgeschlagenen Mittel sehr kompakt, so dass sie auch bei kleinen Lager oder Lagerbuchsen Anwendung finden können, wo nur ein äusserst geringer Platz zur Verfügung steht.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

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Fig. 1 eine teilweise aufgebrochene Vorrichtung zum Messen der dynamischen Belastung eines Lagers in Gestalt eines Versuchsstandes;

Fig. 1a eine vergrösserte Ansicht eines kleinen, dünnwandigen Lagers mit vier in gleichen Winkelabständen voneinander angeordneten Abflachungen;

Fig. 2 eine Vorderansicht der Vorrichtung mit einer Darstellung der Abstützung einer unausgewuchteten Welle durch zwei einstellbare Ständer oder Halterungen;

Fig. 3 eine Draufsicht des Versuchsstandes;

Fig. 4 eine vergrösserte Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 in Fig. 1;

Fig. 4a eine Teildraufsicht entlang der Linie 4a-4a in Fig. 4;

Fig. 5 einen Teilquerschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 2 und

Fig. 6 eine elektrische Schaltanordnung zur Unterdrückung der Lagerdeformation und Anzeige der dynamischen Belastung eines Lagers.

Bei der im Nachfolgenden beschriebenen Ausführungsform der Erfindung handelt es sich lediglich um ein Versuchsmodell, das

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lediglich dem Zwecke der einfacheren Erklärung dient. Es ist zu beachten, dass bei praktischer Anwendung der Erfindung die (piezoelektrischen) Wandlereinheiten unmittelbar in die Halterungen der Lager an der Maschine selbst eingesetzt werden. In Fig. 1 ist ein Maschinengestell 10 dargestellt, auf dem eine Halterung 12 befestigt ist. Die Halterung 12 weist an ihrem oberen Ende 14 eine erste Öffnung 16 auf. Im Innern dieser Öffnung ist ein dünnwandiges Lager 18 angeordnet, welches beispielsweise die Form einer massiven Bronzebuchse haben kann. Das massive, dünnwandige Lager besteht vorzugsweise aus robustem Metall, vorzugsweise Mueller-Bronze oder äquivalenten Stoffen, und zwar aus zwei Gründen: einmal sind die in Maschinengestellen verwendeten Lager bevorzugt von dünnwandigem Aufbau, so dass sich die Benutzung solcher Lager im Hinblick auf die tatsächlichen, praktischen Gegebenheiten von selbst anbietet; zweitens wird durch den dünnwandigen Aufbau der Durchmesser des Lagers auf ein Minimum reduziert, so dass von dem Lager erzeugte Trägheitskräfte verringert werden. Das dünnwandige Lager 18 weist eine Öffnung oder Bohrung 20 auf, in welcher eine mit Unwucht umlaufende Welle 22 gelagert wird, wenn die piezoelektrischen Wandlereinheiten in Arbeitsstellung zusammengebaut werden. Das in Fig. 1a dargestellte Lager weist an seinem Aussenumfang vier Abflachungen 24,26,28 und 30 auf. Die ebenen Flächen dieser Abflachungen sind jeweils in gegenseitigen Winkelabständen von 90 zueinander angeordnet.

In der Mitte der Halterung 12 ist eine zweite Öffnung 32 vorgesehen. Wie später noch erörtert werden wird, wird auf jede piezoelektrische Wandlereinheit über Druckschrauben 100a, 100b,

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10Oc und 10Od in gleicher Weise eine Druckkraft aufgebracht. Die Öffnung 32 bietet ausreichend Raum, um die Druckschraube 100c einstellen zu können. Unterhalb der Öffnung 32 ist die Halterung 12 mit einer Gewindestange 34 verbunden. Auf diese Stange sind (vgl. Fig. 2) Muttern 36 und 38 aufgeschraubt, die als Dämpfungsmittel für irgendwelche Vibrationen dienen, die in den Halterungen 12 auftreten könnten. Die Halterung 12 weist weiterhin an ihrer Unterseite 40 zwei seitlich vorstehende Abschnitte 42 und 44 auf. Diese Abschnitte dienen dazu, die Halterung 12 am Maschinengestell 10 zu befestigen. Schraubbolzen mit Muttern 46,48 sind in Schlitze 50 und 52 (vgl. Fig. 3) eingeführt und dienen der festen Verbindung der Halterung 12 mit dem Gestell 10. Zwischen der Halterung 12 und dem Gestell 10 sind Vibrations-Dämpfungsmittel 54 und 56 vorgesehen, die vom Gestell 10 ausgehende Vibrationen absorbieren.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, ist ein horizontal und vertikal verlaufendes Abstützglied 58 vorgesehen, welches in herkömmlicher Weise mit dem Maschinengestell 10 fest verbunden ist. Ein nach oben abstehender Schenkel 60 des Gliedes 58 vermittelt eine Halterung für das Ende 62 der Welle 22. Der Schenkel 60 dient ferner dazu, horizontalen Belastungen oder Kräften entgegenzuwirken, die auf die Welle 22 einwirken können. Unmittelbar an der linken Seite des Schenkels 60 ist auf der Welle 22 ein Kraftübertragungsglied 64 befestigt. Die Befestigung geschieht in herkömmlicher Weise. Das Glied 64 begrenzt die seitliche Bewegung der Welle 22 nach rechts. Konventionelle (nicht dargestellte) Einrichtungen dienen der Übertragung einer Rotations-Antriebskraft auf die Welle 22 durch das Übertragungsglied 64. Eine ebenfalls in herkömmlicher Weise auf

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der Welle 22 befestigte Manschette 66 begrenzt die seitliche Bewegung der Welle 22 in der anderen horizontalen Richtung. Wie am besten aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, ist eine zweite Halterung 12' vorgesehen, die in Aufbau und Zweck mit der Halterung 12 identisch ist. Die Gewindestange 34 ist mit den Halterungen 12 und 12' verschraubt. Diese Gewindestange 34 weist etwa auf ihrer einen Hälfte ein Linksgewinde und auf der anderen Hälfte ein Rechtsgewinde auf. Etwa in der Mitte ihrer Längserstreckung ist die Gewindestange 34 mit einer Mutter einstückig verbunden. Nach Lockerung der Muttern 36,38,36' und 38' und nach Lösung der Schraubbolzen 46,48,46*,48' können die Halterungen 12 und 12* aufeinanderzu oder voneinander wegbewegt werden. Diese Bewegung der Halterungen hängt von der im Uhrzeigersinne oder im Gegenuhrzeigersinne erfolgenden Verdrehung der Mutter 35 ab. Wie am besten aus Fig. 1 und 3 hervorgeht, ist die Verschiebung der Halterungen 12 und 12' durch die seitlichen Begrenzungen der Schlitze 50 und 52 im Gestell 10 begrenzt.

Die Welle 22 (Fig.1,2 und 5) ist drehbar oder oszillierend in dem als dünnwandige Büchse ausgebildeten Lager 18 gelagert. An der Welle ist eine eine dynamische Belastung erzeugende Einrichtung befestigt, die in der Zeichnung allgemein mit dem Bezugszeichen 70 bezeichnet ist. Die Einrichtung 70 ist lediglich ein Beispiel für eine exzentrische Antriebsvorrichtung, die mit einer Welle verbunden ist und die so v/oh 1 Stoss- und Unwuchtkräfte erzeugt. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Welle 22 für eine Anzahl von Wellen einer Maschine repräsentativ ist, welche aufgrund ihrer Rotation, Oszillation oder Translation Geräusch verursachen. Die Einrichtung 70 ist mit

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einem Antriebsmittel verbunden, welches in der Zeichnung allgemein mit dem Bezugszeichen 72 versehen ist. Wiederum ist zu betonen, dass das Antriebsmittel eine beliebige Form haben kann, je nach der Betriebsweise der Maschine. Beispiele für das Antriebsmittel sind die Kurbelwelle in einem Kraftfahrzeugmotor oder der Mechanismus der Stoffschieberstange in einer Nähmaschine. Beide Elemente werden während des Betriebs der Maschine mit Kraft angetrieben.

Aufgrund des nicht oder nur ungenau ausgewuchteten Körpers, nämlich der an der Welle 22 befestigten Einrichtung 70 verursacht beim Umlauf der Welle der der Unwuchtkraft zugeordnete Unwuchtkraftvektor ein Aufsetzen der Welle auf dem Innendurchmesser des Lagers. Dieser Unwuchtkraftvektor wird in sinusförmiger Weise an jeden der piezoelektrischen Wandlereinheiten im Verlauf einer Umdrehung der Welle angelegt. Der Stosskraftvektor resultiert daraus, dass die Welle sich kräftig über den Öl-Freiraum des Lagers hinwegbewegt und in das Lager schlägt, wodurch am Lager eine Stosskraft auftritt. Dieser Stosskraftvektor verändert die Sinuswellenform der Unwuchtkraft in eine nicht-sinusförmige Welle. Die Stosskräfte, welche an dem dünnwandigen Lager 18 auftreten, sind die Hauptursache für das Geräusch der Maschinen. Durch Gleichsetzen dieser Stoss- oder hochharmonischen Kräfte mit dem hörbaren Spektrum ist es möglich, ein quantitatives Verständnis der Einflüsse des Schmier-Zwischenraums auf die übertragene Kraft zu erhalten.

Das Spektrum der Stosskräfte enthält erwartungsgemäss Frequenzen, die bis zu 500 harmonischen Schwingungen über der Maschinengrundfrequenz hinaufreichen. Die Amplituden dieser hohen

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Frequenzen sind erfahrungsgemäss ziemlich klein. Diese kleinen Amplituden ermöglichen es, piezoelektrische Wandlereinheiten zu verwenden. Ein Vorteil dieser Wandlereinheiten ist ferner, dass eine Ladung von etwa 10 V pro etwa 500 g der den piezoelektrischen Kristall mitgeteilten Kraft entwickelt werden kann. Oa die Stosskraft eine so geringe Grosse hat ist es offensichtlich, warum diese Art von Wandler verwendet wird. Ein weiterer Vorteil der Verwendung piezoelektrischer Wandlereinheiten besteht in der Tatsache, dass piezoelektrische Kristalle in verschiedenen Lageranordnungen wieder verwendet werden können. Schliesslich ist es ein Vorteil piezoelektrischer Kristalle, dass sie auf die angelegten Kräfte in linearer Weise ansprechen.

Die Verwendung piezoelektrischer Wandler bringt jedoch einen Nachteil mit sich, der darin besteht, dass solche Wandler in der Praxis schwierig zu montieren sind. Um hier Abhilfe zu schaffen, sind vier ebene Abflachungen 24,26,28 und 30 präzise an das kleine, dünnwandige Lager 18 angearbeitet, wie dies am besten aus den Fig. 1 und 1a hervorgeht. Diese vier Abflachungen an dem äusseren Lagerumfang vermitteln eine Montagebasis für vier piezoelektrische Wandlereinheiten 96a,96b,96c und 96d. In die Halterung 12 sind die Druckschrauben 100a, 100b, 100c und 10Od eingeschraubt. Jede dieser Druckschrauben befindet sich in einer Ebene, die senkrecht zu der entsprechenden Abflachung des dünnwandigen Lagers ist. Die Druckschrauben stellen ein Mittel dar, um auf jeden der piezoelektrischen Wandlereinheiten eine Druckkraft aufzubringen. Durch diese senkrecht zu der betreffenden Abflachung und deshalb senkrecht zur darauf montierten, piezoelektrischen Wandlereinheit ge-

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richteten Druckkraft wird die Gefahr eines Zerbrechens des in der Wandlereinheit enthaltenen, piezoelektrischen Kristalls erheblich herabgesetzt. Ausserdem halten die Druckschrauben die Wandlereinheiten während des Stillstands der Vorrichtung am Platz.

Im Zusammenhang mit Fig. 4 werden nun die Teile beschrieben, aus denen die piezoelektrischen Wandlereinheiten zusammengesetzt sind. Dabei wird lediglich auf die Wandlereinheit 26a Bezug genommen, da alle Einheiten gleich ausgebildet sind. Wie früher bereits erwähnt, ist die Welle 22 in dem dünnwandigen Lager 18 gelagert, wobei die Abflachungen 24,26,28 und 30 senkrecht zu den entsprechenden Druchschrauben liegen, die in die Halterung 12 eingeschraubt sind. Eine elektrisch nichtleitende Lasche 102 ist an der Oberseite der Abflachung 24 des Lagers 18 angeordnet. Auf der Oberseite der Lasche 102 befindet sich die erste von zwei elektrisch leitenden Elektroden 104. Auf der Oberseite der Elektrode 104 ist ein piezoelektrischer Kristall 106 angeordnet. Die zweite der elektrisch leitenden Elektroden 108 liegt über dem Kristall 106. Auf dieser Elektrode 108 ist wiederum eine nichtleitende Lasche 110 angeordnet, so dass die Wandlereinheit von der Druckschraube 100a und von der Halterung 12 sowie vom Lager 18 elektrisch isoliert ist. Wie in Fig. 4a dargestellt, haben die elektrisch leitenden Elektroden 104 und 108 sowie die elektrisch isolierenden Laschen 102 und 110 jeweils einen nach der Seite hin verlaufenden Teil 112. Der Zweck dieses Teiles 112 liegt darin, elektrische Anschlussdrähte 114 und 116 mit den Elektroden 104 und 103 verbinden zu können. Die Drähte 114 und 116 bilden einen Teil einer elektrischen Schaltung, die weiter unten noch

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beschrieben werden wird. Um die piezoelektrische Wandlereinheit 96a weiterhin zu isolieren, ist ausserdem noch ein Isolierglied 118 vorgesehen. Dieses Glied besitzt eine allgemein kreiszylindrische Form und umgibt die Laschen und Elektroden sowie den Kristall 106. Der Umfang des Isoliergliedes 118 weist einen vertikalen Schlitz 120 auf, der den Durchtritt der seitlich vorstehenden Teile 112 der Laschen und Elektroden gestattet. Das Glied 118 dient nicht nur dem Zweck der elektrischen Isolation sondern unterstützt auch die Herstellung der korrekten, vertikalen Orientierung der entsprechenden Einzelteile bei ihrem Zusammenbau. Weiterhin trägt das Glied 118 auch dazu bei, ein mögliches Zerbrechen des piezoelektrischen Kristalls 106 zu verhüten.

In Fig. 4 ist weiterhin ein Kraft-Ausrichtmittel dargestellt, dessen Teile nun beschrieben werden. Auf die Oberseite der zweiten, nicht-leitenden Lasche 110 ist ein Schuh 122 aufgesetzt. Dieser Schuh ist an seiner Oberseite mit einer konvexen Fläche 124 ausgebildet, während die Unterseite 126 eben ist. Das untere Ende der bereits erwähnten Druckschraube 100a ist mit einer konkaven Fläche 127 versehen, die mit der konvexen Fläche 124 des Schuhs 122 zusammenwirkt.

Eine Gewindebohrung 128 ist so genau als möglich in der Halterung 12 ausgebildet, um eine möglichst genaue senkrechte Ausrichtung der Druckschraube 100a relativ zur Abflachung 24 des' Lagers 18 zu erreichen und aufrecht zu halten. Es kann jedoch vorkommen, dass b^eim Bearbeiten dieser Teile und Flächen die Druckschraube 100a doch nicht genau senkrecht zur Abflachung 24 verläuft. Ferner bestehen Piezokristall bekanntlich aus

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einem keramikartigen Material, welches sehr spröde und zerbrechlich ist. Wenn die Wandlereinheit zusammengedrückt wird, was durch das Ausüben einer Druckkraft durch die Schraube 10Oa erfolgt, erweist sich die Anordnung des piezoelektrischen Kristalls 106 als kritisch. Wenn zwischen der Kompressionskraft und der Abflachung des Lagers keine genau senkrechte Ausrichtung vorliegt, kann der Kristall zerbrechen. Obwohl es ein Charakteristikum piezoelektrischer Kristalle ist, dieselben Ergebnisse im zerbrochenen und unzerbrochenen Zustand zu liefern, ist es doch besser, sie in unzerbrochenem Zustand zu verwenden. Aus diesem Grund wurde das oben beschriebene Kraftausrichtungsmittel entwickelt, welches es gestattet, jedwede kleine Missausrichtung zwischen der Abflachung des Lagers und der Druckkraft zu korrigieren.

Sämtliche piezoelektrischen Wandlereinheiten werden einer sie vorbelastenden Druckkraft unterworfen, so dass sie in ständigem Kontakt mit dem Lager gehalten sind. Dabei kann irgendein an sich bekanntes Kalibriermittel bei der Justierung jeder Kompressionsschraube Anwendung finden um zu gewährleisten, dass auf jede Wandlereinheit eine gleiche Vorbelastung aufgebracht ist. Die Grosse der Vorbelastung hängt von den keramischen Eigenschaften des piezoelektrischen Kristalls und von der zu erwartenden, maximalen Belastung ab, die durch die die dynamische Belastung erzeugenden Organe hervorgerufen wird. Ein weiteres Charakteristikum piezoelektrischer Kristalle ist die Erzeugung einer elektrischen Spannung oder Ladung, die der Deformation des Kristalls proportional ist. An dieser Stelle soll noch einmal festgehalten werden, dass die den piezoelektrischen Wandlereinheiten durch die unausgewuchtete Welle mitgeteilte,

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dynamische Belastung aus mehreren Kräften besteht. Zu einem bestimmten Zeitpunkt erteilen sowohl die Stoss- wie auch die Unwuchtkraft den piezoelektrischen Wandlereinheiten Druckbeanspruchungen. Infolgedessen ist die Vorlast-Druckbeanspruchungi welche in gleicher Weise durch jede Kompressionsschraube aufgebracht wird, von solcher Grosse, dass sie eine Kompression der piezoelektrischen Kristalle gestattet, und zwar zunächst durch die ünwuchtkraft und hierauf eine sehr viel kleinere, weitere Kompression durch die Stosskraft.

Die piezoelektrischen Wandlereinheiten arbeiten paarweise zusammen, so dass man eine vertikale und eine horizontale Komponente der auf das Lager oder die Lagerbuchse einwirkenden, dynamischen Last erhält. Im einzelnen wirken die Wandlereinheiten 96a und 96c als ein Paar oder eine Gruppe zusammen um diejenige Komponente der dynamischen, dem Lager mitgeteilten Belastung zu erhalten, die in der vertikalen Ebene wirkt. Die Wandlereinheiten 96b und 96d wirken als weiteres Paar oder als weitere Gruppe zusammen und dienen der Gewinnung derjenigen dynamischen Belastungskomponente, welche in der horizontalen Ebene verläuft. Wenn die auf das Lager einwirkende dynamische Last nicht vollständig in der horizontalen oder X-Achsenebene oder nicht vollständig in der vertikalen oder Y-Achsenebene verläuft, werden die X- und Y-Komponenten der Belastung direkt von beiden Paaren der Wandlereinheiten aufgenommen und anschliessend in einer noch zu beschreibenden Weise analysiert.

Die bisher bekannten Vorrichtungen, einschliesslich der Vorrichtung gemäss US-PS 15 99 922, waren nicht ausreichend empfindlich, noch hatten sie eine elektrische Schaltung, die in der Lage war Deformationen des Lagers zu eliminieren und die-

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jenigen dynamischen Belastungen zu messen, welche durch eine oszillierende oder rotierende Welle erzeugt wurden. Deshalb wird durch die vorliegende Erfindung eine besondere elektrische Schaltung vorgeschlagen, die der oben beschriebenen, im wesentlichen mechanischen Vorrichtung zugeordnet wird und die sowohl niedere und hohe, harmonische Kräfte messen kann, die durch ein schwingendes oder umlaufendes Element einem Lager oder einer Lagerbüchse mitgeteilt werden. Diese elektrische Schaltung hat auch noch die besondere Eigenschaft, dass sie eine variierende Deformation in Betracht zieht und diese unterdrückt, so dass sich ein getreues Bild der dynamischen Belastung ergibt, die am Lager auftritt.

Wie oben bereits erwähnt, v/ird das Lager oder die Buchse vorzugsweise aus hochfestem Material hergestellt. Unabhängig davon jedoch, wie steif oder fest ein Lager ausgebildet ist, wird es sich doch immer zu einem sehr geringen Grad deformieren, wenn Kräfte auf es einwirken. Vor diesem Hintergrund wird nunmehr die Fig. 6 betrachtet, in welcher eine besondere, elektrische Schaltung dargestellt ist, die für die Messung von niederen und hohen, harmonischen Kräften ausgelegt ist und die Eigenschaft hat, eine Lagerdeformation elektronisch zu unterdrücken. Die Paare oder Gruppen der piezoelektrischen Wandlereinheiten sind in Fig. 6 mit dem Bezugszeichen 96a, 96c bzw. 96b, 96d dargestellt. Jede Wandlereinheit ist einzeln mit einem Teil einer besonderen elektrischen Schaltung verbunden. Die aus den Einheiten 96a und 96c bestehende Gruppe wie auch die aus den Einheiten 96b und 96d bestehende Gruppe sind jeweils elektrisch mit einer Mehrzahl von Ladungsverstärkern verbunden, welche die erforderlichen Ansprechcharakteristiken für niedere

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und hohe Frequenzen aufweisen. Die Ladungsverstärker, die den Wandlereinheiten 96a, 96c sowie 96b, 96d zugeordnet sind und auf niedere Frequenzen ansprechen,bestehen aus Kondensatoren 130,13ο¹ bzw. 150, 150¹. Diese Kondensatoren sind parallel zu Widerständen 136, 136* und 156, 156* geschaltet. Die Ladungsverstärker mit dem erforderlichem Ansprechen auf hohe Frequenzen umfassen die Widerstände 138, 138* und 158, 158', die jeweils parallel zu Kondensatoren 140,14O¹ und 160,160' geschaltet sind. Die Widerstände 138,138' und 158, 158* dienen ferner zusammen mit den Kondensatoren 140,140* und 160,160* dazu, das Eingangssignal für an sich bekannte Operationsverstärker 134, 134' und 154, 154' (FET-Operationsverstärker) zu steuern. Widerstände 132, 132' und 153, 152' sind vorgesehen, um einen eventuellen kleinen Leckstrom, der sich aus den Verstärkern 134, 134' und 154, 154* ergibt, abzuziehen, so dass die damit verbundene Leckspannung die Kondensatoren 130,130' oder 150, 150* nicht auflädt. Da jeder piezoelektrische Kristall geringfügig verschieden sein kann, sind Potentiometer 142, 142' und 162, 162' vorgesehen, um die pro Krafteinheit von dem betreffenden piezoelektrischen Kristall erzeugte Spannung je nach den Erfordernissen zu erniedrigen oder zu erhöhen. Von den Potentiometern 142, 142' und 162, 162' fliesst der Strom zu Differentialverstärkern 144 bzw. 164. Der Ausgang dieser Differentialverstärker wird einer an sich bekannten Signalbehandlungseinrichtung zugeleitet, deren Ausgang auf dem Schirm eines Oszillographen in Wellenform dargestellt wird. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Gruppen der piezoelektrischen Wandlereinheiten kombiniert sind und ein einziges Ausgangssignal liefern, dessen Darstellung zu jedem vorgegebenen Zeitpunkt eine Summation der dynamischen Belastungen ist, welche in einer

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einzigen Ebene angelegt werden, während der durch die Deformation des Lagers erzeugte Ausgang berücksichtigt und in einer Weise unterdrückt wird, die später noch beschrieben werden wird.

Im Betrieb der Vorrichtung wird die Welle 22 in Umlauf versetzt. Wenn die Welle 22 rotiert,veranlasst sie eine Drehung der die dynamische Belastung erzeugenden Einrichtung. Wegen des nicht oder ungenau ausgewuchteten Körpers, nämlich der Einrichtung 70, verursacht der bei der Rotation entstehende, oben bereits erwähnte, nach auswärts gerichtete Unwuchtkraftvektor ein Aufsetzen der Welle an bestimmten Stellen der Innenwand des Lagers. Wenn die Trägheitskräfte des angetriebenen Gliedes 72 ihre Richtung umkehren wird die Welle 22 kräftig quer über den Öl-Freiraum des Lagers 18 gedrückt, so dass sie gegen das Lager schlägt und dabei an diesem Stosskräfte erzeugt. Daher werden nicht nur die durch die Unwucht der die dynamische Belastung erzeugenden Einrichtung 17 verursachten Kräfte dem Lager 18 mitgeteilt, sondern auch zusätzliche Stosskräfte. Im folgenden werden nun die Mittel beschrieben, durch welche die dynamischen Belastungen gemessen und untersucht werden. Wie oben erwähnt und aus Fig. 1 ersichtlich, stützen die vier piezoelektrischen Wandlereinheiten 96a, 96b, 96c und 96d das dünnwandige, buchsenförmige Lager 18 vollständig ab. Aufgrund dieses Aufbaues wird jede Bewegung der Welle, die durch den Unwuchtkraftvektor oder bei der Bewegungsumkehr des angetriebenen Gliedes 72 durch die quer über den Öl-Freiraum des Lagers hinwegbewegte Welle verursacht ist, von den Wandlereinheiten aufgenommen. Eine Bewegung des dünnwandigen Lagers in die eine Richtung bewirkt infolgedessen eine Kompression und Spannung in wenigstens einem Paar

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oder einer Gruppe der piezoelektrischen Wandler. Zum Zwecke der einfacheren Beschreibung sei angenommen, dass der dynamische Belastungsvektor eine kompressive, vertikal verlaufende Kraft ausschliesslich auf die piezoelektrische Wandlereinheit 96a richtet. Wie sich anhand der Darstellung von Fig. 4 und aufgrund der natürlichen Eigenschaften der piezoelektrischen Kristalle ergibt, führt die Kompression des piezoelektrischen Kristalls 96a zu einer Spannung, die an der Elektrode 104 entsteht. Die zweite Elektrode 108 ist mit Erde verbunden, so dass der Stromkreis geschlossen ist. Im Zusammenhang mit Fig. 1 ergibt sich, dass wegen der dem Lager 18 mitgeteilten, vertikal gerichteten Druckkraft eine vertikale, elliptische Deformation des Lagers stattfindet. Aufgrund der elliptischen Deformation des Lagers werden den Kristallen, die in dem Paar der Wandlereinheiten 96b und 96d enthalten sind, Zugkräfte oder Zugbeanspruchungen mitgeteilt. Dies geht darauf zurück, dass jene Kristalle aufgrund ihrer Vorspannung unter einer Druckbelastung stehen, die in gleicher Weise jedem Kristall auferlegt ist. Wenn sich das Lager verformt, wird die Vorbelastung der Kristalle teilweise aufgehoben, so dass diese in dem Zustand einer Zugbelastung gelangen. Eine Zugbeanspruchung wird auch dem piezoelektrischen Kristall erteilt, der irt*der Wandlereinheit 96c enthalten ist, d.h., die nach oben auf das Lager gerichtete Kraft veranlasst eine Aufwärtsbewegung des Lagers, wodurch der Kristall 96c in den Zustand einer Zugspannung gelangt. Die Polarität der elektrischen Ladungen ist dabei jeweils verschieden, da der eine Kristall 96a im Kompressionszustand ist und die anderen Kristalle 96b, 96c und 96d unter Zugbeanspruchung stehen. Das Vorzeichen hängt dabei jeweils von der Polarität des Kristalls ab. Die elliptische

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Verformung des dünnwandigen Lagers wird dadurch unterdrückt, dass man eine besondere elektronische Eliminationstechnik benutzt, wodurch die Signaldarstellung der Signalbehandlungseinrichtung in jedem Augenblick eine Summation lediglich derjenigen Kräfte ist, die auf das Lager in einer einzigen Ebene aufgebracht werden.

Wie bereits oben festgestellt, ruft die Kraft, die der piezoelektrischen Wandlereinheit 96a aufgelegt wird, eine elektrische Spannung an dem in dieser Einheit enthaltenen, piezoelektrischen Kristall hervor. Gleichzeitig wird eine Spannung oder Ladung an der Wandlereinheit 96c erzeugt, und zwar aufgrund der Zugspannung, unter welche der in dieser Einheit enthaltene Kristall gesetzt wird. Dies bedeutet, dass die dem Kristall in der Einheit 96c mitgeteilte Zugspannung eine elektrische Ladung entwickelt, die gegenüber der durch die Wandlereinheit 96a hervorgerufenen Ladung ein verschiedenes Vorzeichen besitzt. Die beiden, durch die Wandlereinheiten 96a und 96c erzeugten Spannungen werden durch die elektrische Schaltung gemäss Fig. 6 geleitet. Wenn die durch die Wandlereinheiten 96a und 96c erzeugten Spannungan den Differentialverstärker 144 erreichen, v/erden sie subtrahiert. Beim Subtrahieren von Spannungen verschiedenen Vorzeichens besteht der Effekt der Subtraktion darin, dass sich das Vorzeichen der zu subtrahierenden Grosse umkehrt, wodurch sich die beiden Signale so miteinander kombinieren, als würden sie addiert. Nach der Kombinierung der beiden Signale im Differentialverstärker wird an diesem ein einziges Ausgangssignal erzeugt, welches für die in der vertikalen Ebene aufgebrachte, dynamische Last repräsentativ ist. Das Nettoergebnis des Differentialverstärkers wird

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hierauf einer Signalbehandlungseinrichtung zugeleitet, in welcher ein bestimmter Frequenzbereich analysiert und einem Oszillographen zugeführt werden kann. Dort ergibt sich eine visuelle Darstellung der betreffenden Kraft in Wellenform.

Wie oben bereits festgestellt, ergibt sich auch eine Spannung, die aufgrund der elliptischen Verformung des Lagers von den piezoelektrischen Wandlereinheiten 96b und 96d erzeugt wird. Da die dynamische Belastung vollständig auf die Wandlereinheit 96a gerichtet ist, gibt es keine anderen Kräfte, die den Wandlereinheiten 96b und 96d mitgeteilt werden, mit Ausnahme jener Zugkräfte, welche durch die Deformation des Lagers entstehen. Es ist daher nunmehr ersichtlich, wie die Deformation des Lagers ausgeschaltet wird. Die von den Wandlereinheiten 96b und 96d erzeugten, elektrischen Spannungen sind ihrer Grosse nach gleich und besitzen dasselbe Vorzeichen. Wie sich am besten aus Fig. 6 ergibt, sind die Wandlereinheiten 96b und 96d ebenfalls mit einer der oben beschriebenen, elektrischen Schaltungen verbunden. Die an diesen Wandlereinheiten erzeugten Spannungen werden durch die jeweils zugeordneten, elektrischen Schaltungen geleitet. Wenn die an den Wandlereinheiten 96b und 96d erzeugten Spannungen den ihnen zugeordneten Differentialverstärker erreichen, werden sie subtrahiert. Bei der Subtraktion ändert sich das Zeichen der einen Spannung oder Ladung, so dass die Spannungen nunmehr verschiedene Vorzeichen haben. Die Spannungen werden anschliessend addiert, wodurch sich ein ' vollständiger Wegfall der Lagerdeformation aufgrund des Unterschiedes der beiden Vorzeichen ergibt. Der Ausgang des Differentialverstärkers 164, welcher den Wandlereinheiten 96b und 96d zugeordnet ist, ist infolgedessen Null, so dass die Defor-

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mation des Lagers elektronisch unterdrückt oder eliminiert ist. Durch die komplette Unterdrückung der Lagerdeformation liefert der Ausgang der Signalbehandlungseinrichtung zu jeder Zeit eine getreue Darstellung der dynamischen Belastung, welche in einer einzigen Ebene auftritt. Dies bedeutet, dass die vertikale Kraft, welche ausschliesslich gegen die Wandlereinheit 96a gerichtet ist, auf dem Oszilloskop als eine Welle dargestellt wird, die lediglich jene Kräfte repräsentiert, die in der vertikalen Ebene aufgebracht werden, und zwar aufgrund derjenigen dynamischen Belastung, die dem Lager bei einer Rotation, Oszillation oder Translation der Welle mitgeteilt wird.

Bei fortgesetzter Rotation der Welle und unter der Annahme, dass die Rotation im Uhrzeigersinn stattfindet, richtet die dynamische Belastung allmählich ausschliesslich eine Druckkraft auf die piezoelektrische Wandlereinheit 96d. Im Zusammenhang mit Fig. 1 ist ersichtlich, dass aufgrund der nun horizontal gerichteten Druckkraft, die auf das dünnwandige Lager 18 aufgebracht wird, eine horizontale, elliptische Verformung des Lagers stattfindet. Aufgrund dieser elliptischen Verformung werden denjenigen Kristallen Zugspannungen erteilt, die in der Gruppe der Wandlereinheiten 96a und 96c enthalten sind. Es findet infolgedessen eine vollständige Umkehr der oben betrachteten Situation statt. Zuvor wurde diejenige dynamische Belastung gemessen, die vollständig in der vertikalen Ebene lag. Nunmehr wird die dynamische Belastung gemessen, die vollständig in der horizontalen Ebene verläuft, wobei die Verformung des Lagers in beiden Fällen in Rechnung gestellt und vollständig eliminiert wird. Durch die Unterdrückung der Lagerverformung wird der genaue Wert lediglich der dem Lager mitge-

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teilten, dynamischen Belastung gemessen. Aufgrund der horizontalen, dynamischen Last, die insgesamt eine Kompressionskraft auf das Lager richtet, erzeugt die Kompression der Wandlereinheit 96d eine Spannung. Wegen der horizontalen, auf das Lager einwirkenden Kraft findet eine horizontale, elliptische Verformung des Lagers statt. Aufgrund dieser elliptischen Verformung werden die Einheiten 96a und 96c aus den oben diskutierten Gründen unter Zugspannung gesetzt. Eine Zugspannung entsteht auch in der Wandlereinheit 96b aufgrund der Bewegung des Lagers durch die dynamische Belastung. Wiederum unterscheidet sich einmal die Polarität der durch die Wandlereinheiten 96a, 96b und 96c erzeugten Ladungen von der Polarität der durch die Wandlereinheit 96d erzeugten Ladung. Die beiden an den Wandlereinheiten 96b und 96d erzeugten Spannungen werden durch die oben beschriebene, elektrische Schaltung geleitet. Wenn die von den Wandlereinheiten 96a und 96c hervorgerufenen Spannungen den jeweils zugeordneten Differentialverstärker 164 erreichen, werden sie subtrahiert und das Nettoresultat des Differentialverstärkers wird anschliessend der Signalbehandlungseinrichtung zugeführt. Die Spannungen, welche von den Wandlereinheiten 96a und 96c als Ergebnis der Lagerdeformation erzeugt werden, werden wie oben beschrieben durch die ihnen jeweils zugeordneten Schaltungen geleitet und der Signalbehandlungseinrichtung zugeführt. Da diese beiden Spannungen dasselbe Vorzeichen haben, werden sie elektrisch unterdrückt. Infolgedessen ist der von den Wandlereinheiten 96a und 96c hervorgerufene Ausgang gleich Null. Durch die vollständige Unterdrückung der vertikalen Verformung des Lagers gibt der Ausgang der Signalbehandlungseinrichtung lediglich die dynamische Belastung wieder, die vollständig in horizontaler Richtung aufgebracht wird. Der Ausgang

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dieser Einrichtung ist hingegen keine Darstellung der Lagerverformung, da diese vollständig unterdrückt wurde. Es ist daher ersichtlich, dass jeweils eine Rollenumkehr der piezoelektrischen Kristalle stattfindet, wenn die Welle umläuft.

Wenn sich die Welle quer über den Öl-Freiraum des Lagers hinwegverschiebt, wird dem Lager eine tangentiale oder Torsionskraft mitgeteilt, die bestrebt ist, das Lager in seiner Halterung zu verdrehen. Der Einfluss dieser Kraft auf den piezoelektrischen Wandler ist klein, da die in dem betreffenden Wandler enthaltenen Kristalle gegenüber Scherkräften nur eine kleine Empfindlichkeit besitzen. Diese transversale Empfindlichkeit der piezoelektrischen Kristalle wird in genau der gleichen Weise unterdrückt wie bei der Lagerdeformation. Es ist zu beachten, dass sowohl die Lagerdeformation als auch die transversale Empfindlichkeit der Kristalle bei der erfindungsgemässen Vorrichtung in Rechnung gestellt wird, so dass sich eine getreue Ablesung der dem Lager mitgeteilten Belastung ergibt.

Aus der voranstehenden Beschreibung ergibt sich, dass unabhängig davon, in welcher Richtung die dynamische Belastung gerichtet ist, der Ausgang der Signalbehandlungseinrichtung zu jeder Zeit ein genaues Spiegelbild der Summation derjenigen Kräfte ist, die in einer einzigen Ebene aufgebracht werden, und dass dabei die Unterdrückung der Lagerdeformation in Betracht gezogen ist. Wenn die dynamische, auf das Lager einwirkende Last nicht unmittelbar oder ausschliesslich in einer horizontalen oder vertikalen Ebene liegt, werden jeweils die X- und Y-Komponenten jener dynamischen Last durch die beiden Wandlereinheiten aufgenommen, die die dynamische Belastung in der vertikalen Ebene aufnehmen, sowie durch die Wandlereinheiten,

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welche die dynamische Belastung in der horizontalen Ebene aufzeichnen. Die X- und Y-Komponenten der dynamischen Belastung werden anschliessend durch die oben beschriebene, elektrische Schaltung geleitet, wobei die Darstellung der Signalbehandlungseinrichtung keine Anzeige der Lagerverformung gibt, weil diese Verformung berücksichtigt und unterdrückt wurde. Infolgedessen verbleibt der Ausgang der Signalbehandlungseinrichtung ein Spiegelbild der Summation derjenigen Kräfte, die auf die piezoelektrischen Wandlereinheiten aufgebracht werden.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann in einer Mehrzahl von Halterungsgliedern einer Maschine Anwendung finden, so dass die an jeder Halterung auftretenden Kräfte zu jedem Zeitpunkt gemessen und in Betracht gezogen werden können. Auf diese Weise ist es möglich, diejenigen Lager ausfindig zu machen und zu klassifizieren, die am meisten Geräusch verursachen.

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Claims (14)

Patentansprüche :

1. Vorrichtung zum Messen der dynamischen Belastung eines Lagers für ein eine dynamische Last erzeugendes Organ, insbesondere eine schwingende oder umlaufende Welle, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Lager (18) und einer Halterung (12) für dasselbe mehrere Wandlereinheiten (96) zur Aufnahme der dem Lager mitgeteilten, dynamischen Belastungen und zur Umwandlung derselben in eine proportionale elektrische Spannung angeordnet sind, und dass mit den Wandlereinheiten (96) Mittel (144,164) zur Unterdrückung scheinbarer, auf eine Deformation des Lagers (18) zurückgehende Ausgangssignale verbunden sind sowie weitere Mittel (130,132; 138,140; 15o,152; 158,160) zum Messen sowohl niederer als auch hoher harmonischer Schwingungen der elektrischen Spannung.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (18) zur übertragung der Belastungen auf die Wandlereinheiten (96) dünnwandig ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheiten (96) piezoelektrische Wandler sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich der gemessenen elektrischen Spannung die erste bis zur 500sten harmonischen Schwingung einer Grundfrequenz umfasst.

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5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (18) an seinem Umfang mehrere Abflachungen (24,26,28,30) aufweist und diese Abflachungen in Winkelabständen von jeweils 90 angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in den Wandlereinheiten

(96) enthaltenen piezoelektrischen Kristalle ständig vorbelastet sind.

7. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandlereinheiten (96) jeweils paarweise zusammenarbeiten.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei einander diametral gegenüberliegende Wandlereinheiten (96a,96c; 96b, 96d) ein zusammenwirkendes Paar bilden.

9. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die vollständige Abstützung des Lagers (18) in seiner Halterung (12) zwei Gruppen von elektrische Wechselströme erzeugende Wandlereinheiten (96) vorgesehen sind, von denen eine erste Gruppe die dem Lager in der X-Achsenebene mitgeteilten, dynamischen Kräfte und eine zweite Gruppe die dem Lager in der Y-Ächsenebene mitgeteilten, dynamischen Kräfte aufnimmt, und dass den Wandlereinheiten (96) eine elektrische Schaltung zugeordnet ist, welche die Querempfindlichkeit der Wandlereinheiten sowie durch Lagerdeforma-

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tion in einer vorgegebenen Ebene hervorgerufene, elektrische Spannungen unterdrückt und welche einen Frequenzbereich von Kräften in linearer Weise misst.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzbereich von 10 bis 10 000 Hz reicht.

11. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Schaltung folgende Elemente umfasst: mehrere, den Wandlereinheiten (96) jeweils zugeordnete Ladungsverstärker (130,132) mit jeweils niederer bzw. hoher Grenzfrequenz, wenigstens vier, mit diesen Verstärkern verbundene Potentiometer (142) zur Justierung der Ausgangsspannung der Wandlereinheiten, wenigstens zwei an diese Potentiometer angeschlossene Differentialverstärker (144) sowie den Ausgang dieser Verstärker empfangende, elektronische Geräte für die Aufzeichnung und/oder Darstellung der auf das Lager (18) einwirkenden Kräfte.

12. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die piezoelektrischen Kristalle (106) der Wandlereinheiten (96), von denen wenigstens zwei vorgesehen sind, zwischen Elektroden (104, 108) zum Verbinden mit der elektrischen Schaltung angeordnet sind, dass an den den Kristallen abgekehrten . Seiten der Elektroden elektrisch nicht-leitende Elemente (102,110) zur Isolation gegen die Welle (22) bzw. die Halterung (12) vorgesehen sind, dass die Halterung (12) Schrauben (100) oder dergleichen zur Ausübung von Druckkräften auf die Kristalle aufweist, und dass zwischen den

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Schrauben (100) oder dergleichen und den Kristallen Kraftausrichtglieder (122) angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkräfte an die von der Welle (22) dem Lager übermittelten Kräfte anpassbar sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftausrichtglied als Schuh (122) mit einer dem Kristall (106) zugekehrten, flachen Unterseite (126) und einer dem Kristall abgekehrten, konvexen Oberseite (124) ausgebildet und das untere, dem Kristall zugewandte Ende der Schraube (100) mit einer zur konvexen Oberseite des Schuhes komplementären, konkaven Fläche (127) versehen ist.

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