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Die Erfindung betrifft ein Gerät zur Messung von an einem
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Drehteil auftretenden Drehschwingungen mit einem auf dem Drehteil
zu befestigenden Rotorteil zur Erzeugung eines einem Schwingungszustand entsprechenden
elektrischen Meßwertes und einem die Meßwerte anzeigenden Statorteil.
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Drehschwingungen kOll!lçn beispielsweise mit Hilfe von Dehnmeßstreifen
gemessen werden. Dabei wird das gesuchte Wechselmoment in Form der Drillspannung
direkt gemessen.
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Dabei ist es notwendig, die Meßgröße von dem drehenden Drehteil abzunehmen.
Diese Abnahme erfolgt in manchen Fällen mit Hilfe der Telemetrie, bei der der von
den Dehnmeßstreifen aufgenommene Meßwert in eine Frequenz transformiert wird und
über elektrische oder magnetische Felder von dem sich drehenden Drehteil auf ein
den Meßwert anzeigenden Statorteil übertragen wird.
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Die Telemetrie erfolgt in solchen Fällen häufig mit Hilfe eines Luftkondensators,
von dem die eine Hälfte z.B. als offene Wicklung isolierten Drahtes auf dem Drehteil
aufgebracht ist. Die andere Hälfte des Luftkondendators ist ein in einem vorgegebenen
Abstand von dem Drehteil angebrachter Leiter, in den die Meßspannung durch das elektrische
Feld übertragen wird. Der als Frequenz übertragene Meßwert wird im Statorteil in
den entsprechenden Analogwert umgesetzt.
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Dieser entspricht der Ausgangsspannung der in Form einer elektrischen
Brücke geschalteten Dehnungsmeßstreifen.
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Diese Meßmethode hatte bei allen Vorteilen, die sich aus ihrer Cenauigkeit
ergeben, den Nachteil, daß eine Auswertung der Meßergebnisse am Ort der Messung
bisher nur sehr schwierig vorgenommen werden konnte. Insbesondere bei räumlich enq
begrenzten Einsatz stellen konnten die zur Aufzeichnung der analogen Meßwerte notwendigen
Geräte nur sehr schwer aufgebaut werden. Diese Meßgeräte haben darüber hinaus den
Nachteil, daß sie sehr empfindlich sind und bei rauhen Behandlungsmethoden Schaden
leiden können.
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Außerdem sind diese Geräte, z.B. Oszillografen sehr teuer, so daß
sie von manchem Anwender nicht mehr eingesetzt werden können. Da die im übrigen
notwendigen Einzelteile, wie z.B.
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Dehnungsmeßstreifen, Luftkondensator und Verstärker aber relativ billig
sind,scheiterte bisher die Messung von Drehschwingungen sehr häufig an geeigneten
Aufzeichnungsgeräten, die dem Anwender mit billigen Mitteln einen Überblick über
die auftretenden Drehschwingungen geben konnten. Dieser Nachteil erwies sich insbesondere
bei Inspektionen als störend, da das Inspektionspersonal mit teuren Geräten ausgestattet
werden mußte. Auf diese Weise unterblieben Rontrollmessungen, die einen wichtigen
Überblick über die Beanspruchung bestimmter Drehteile, beispielsweise von Wellen
geliefert hätten.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, das Gerät der eingangs
genannten Art so zu verbessern, daß mit billigen Mitteln ein robustes und leicht
einsetzbares Meßgerät geschaffen wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Statorteil
eine Leuchtdiodenanzeige mit einer Reihe von aufeinanderfolgenden Leuchtdioden aufweist
und eine Zuordnung des einem bestim en Schwingungszustand entsprechenden Meßwertes
zu einer der in der Reihe angeordneten Leuchtdioden vorgesehen ist.
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Ein derartiges Gerät liefert eine direkte Anzeige des Meßwertes durch
die Leuchtdioden, die eine direkte Ablesung auch bei hohen Frequenzen gestatten,
da sie praktisch trägheitslos sind. Schon während der Messung können die oberen
und unteren Grenzwerte des Drehmomentes bzw. der Drillspannung abgelesen und beispielsweise
über der Drehzahl aufgetragen werden. In vielen Fällen genügt die auf diese Weise
vorgenommene Bestimmung des Drehmomentes bzw. der Drillspannung, ohne daß es des
Einsatzes komplizierter Aufzeichnungsgeräte, beispielsweise eines Oszillografen
bedarf.
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Ein an dieser Weise ausgerüstetes Gerät kann auch von wenig geübten
Kräften zur Durchführung von Drehschwingungsmessungen eingesetzt werden. Außerdem
kann das Gerät auch zu ständigen Überwachung des Drehmomentes verwendet werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist hinter einem
Vorverstärker des Statorteils ein Anschluß für ein Gerät zur Aufzeichnung analoger
Signale vorgesehen.
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Mit Hilfe dieses Anschlusses können zusätzlich analogaufzeichnende
Geräte für weitergehende Untersuchungen, beispielsweise UV-Schreiber angeschlossen
werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist am Ausgang
des Vorverstärkers ein Anschluß für ein Aufnahmegerät zur Aufzeichnung frequenzmodolierter
Signale auf einem Tonträger vorgesehen. Mit Hilfe dieses Tonträgers können die Meßwerte
des Meßvorganges qespeichert werden, indem sie auf einen handelsüblichen Recorder
der Unterhaltungselektronik aufgezeichnet werden. Dadurch ist die Konservierung
der Meßwerte mit geringem Aufwand möglich.
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Durch Abspielen des Tonbandes oder eines vergleichbaren Datenträgers
kann bei Einsetzen eines Frequenz-Spannungsumsetzers eine Rekonstruktion des Meßwertes
durchgeführt werden.
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Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
ausführlichen Beschreibung und den beigefügte Zeichnungen, in denen eine bevorzugte
Ausführungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist.
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In den Zeichnungen zeigen: Figur 1 : eine Schemaskizze eines eingebauten
Gerätes, Figur 2 ; eine Ansicht des Statorteils,
Figur 3 : eine
Ansicht eines für die Aufzeichnung von Meßwerten vorbereiteten Diagramms, Figur
4 : schematische Darstellung der Schaltung eines Vorverstärkers und des ihm nachgeschalteten
Anzeigegerätes und Figur 5 : eine schematische Darstellung der Schaltung des Restteils
des Anzeigegerätes.
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Ein Gerät zur Messung von Drehschwingungen besteht im wesentlichen
aus einem Rotorteil 1 und einem Statorteil 2.
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Der Rotorteil 1 setzt sich zusammen aus vier in einer Brücke3 zusammengeschalteten
Dehnungsmeßstreifen 4 einer Rotorprintplatte 5, einem Luftkondensatorteil 6 und
einer Batterie 7 zur Energieversorgung des Rotorteils. Der Statorteil 2 besteht
im wesentlichen aus einem Vorverstärker 8, einem Luftkondensatorteil 9 und einem
Anzeigegerät 10. Mit dem Anzeigegerät 10 kann zusätzlich ein Recorder 11 zur Speicherung
bzw. ein UV-Printer 12 zur Aufzeichnung der Meßwerte verbunden sein.
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Während der Rotorteil auf einem Drehteil 13, beispielsweise einer
Abtriebswelle befestigt ist, dreht sich der Statorteil nicht, sondern ist beispielsweise
auf einer festen Platte montiert.
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Die Rotorprintplatte 5 ist in einem kleinen Gehäuse untergebracht.
An diese Rotorprintplatte werden die Ein- und Ausgänge der Brücke 3 angeschlossen.
Als Elemente enthält die Rotorprintplatte 5 außer einigen integrierten Schaltungen
mit Sonderfunktionen fast ausschließlich Operationsverstärker. In dieser integrierten
Schaltung der Rotorprintplätte 5 wird die von der Brücke 3 stammende Eingangsspannung
und eine zusätzlich addierte Spannung in eine proportionale Frequenz umgewandelt.
Als Eingangsspannung wird die Diagonalspannung der Brücke 3 benutzt.
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Am Ausgang der Rotorprintplatte 5 steht die dem Eingangssignal proportionale
Frequenz als Rechteckspannung für den rotiertenden Luftkondensatorteil 6 zur Verfügung.
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Diese Frequenz wird über das Feld des Luftkondensators 6,9 auf den
Statorteil 2 übertragen. Bevor jedoch die übertragene Spannung aus dem Statorteil
9 des Luftkondensators weitergeleitet werden kann, muß sie von dem Vorverstärker
8 verstärkt werden. Die Schaltung dieses Vorverstärkers ergibt sich aus dem linken
Teil der Figur 4. Er besteht im wesentlichen aus einem einfachen Operationsverstärker
mit einer Diode zur Impulsunterdrückung innerhalb einer Periode.
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Von diesem Vorverstärker 8 wird die Spannung über ein dreiadriges
Kabel zum eigentlichen Anzeigegeräte 10 weitergeleitet. Dieses besteht im wesentlichen
aus einer Statorprintplatte 14 und einer Leuchtdiodenanzeige 15. Diese sind in einem
flachen Gehäuse 16 angeordnet, das am rechten Rand die parallel zu der kürzeren
Seitenkante 17 verlaufende Leuchtdiodenanzeige 15 aufweist. Sie besteht aus aneinandergereihten
Leuchtdioden 18.Diese Anzeige ist so ausgelegt, daß beim Aufleuchten der oberen
oder der unteren Leuchtdiode 18 o bzw. 18 u eine Drillspannung von = +- 100 N/mm2
angezeigt wird.
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Die Leuchtdiodenanzeige 15 ist auf einer Frontplatte des Anzeigegerätes
10 befestigt. Links neben der Leuchtdiodenanzeige 15 ist eine Zeichenfläche 19 vorgesehen,
auf der Meßwerte aufgetragen werden können. Diese Zeichenfläche 19 kann als ein
Papierbogen ausgebildet sein, der in einer auf der Frontplatte vorgesehenen Halterung
20 eingelegt ist.
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Diese Halterung 20 ist bezüglich der Leuchtdiodenanzeige 15 so ausgerichtet,
daß ein in die Halterung 20 eingelegter vorgedruckter Papierbogen mit einem auf
ihm abgebildeten Koordinatensystem 21 mit seinen vertikalen Linien parallel zur
Leuchtdiodenanzeige 15 und mit seinen waagerechten Linien senkrecht dazu verläuft.
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In dieses Koordinatensystem 21 können die von der Leuchtdiodenanzeige
15 angezeigten Meßwerte eingetragen werden, wobei die Auftragung parallel zur Richtung
der Leuchtdiodenanzeige 15 erfolgt. In Richtung der senkrecht dazu verlaufenden
Achse werden die am Tachometer abgelesenen Drehzahlen des Drehteils 13 aufgetragen.
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Die Schaltung der Statorprintplatte 14 weist auf der Eingangsseite
einen Komparator auf, der durch die eingehenden Impulse gesteuert wird. Der Ausgang
des Komparators liegt über einem Differenzierglied am Eingang eines Frequenzspannungsumsetzers
25. Dieser setzt die aus dem Vorverstärker 8 ankommende Frequenz in eine Spannung
um, wobei im Prinzip normierte Impulse konstanter Breite integriert werden und anschließend
eine Mittelwertbildung stattfindet.
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Dem dadurch entstehenden Signal ist eine starke Restwelligkeit überlagert,
die in einem Filter unterdrückt wird. Anschließend erfolgt in einer Subtraktionsstufe
wieder die Rekonstruktion des Nutzsignals und der Abgriff der Analog-Spannung.
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Der Leuchtdiodenanzeige 15 sind zwei invertierende Gleichrichter als
Operationsverstärker zugeordnet, die das Meßsignal je nach Vorzeichen zu den oberen
Leuchtdioden bzw.
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zu den unteren Leuchtdioden 18 leiten. Vorher ist zur Anpassung an
einen Tachometerbaustein noch eine Additionsstufe notwendig, damit das Spannungsniveau
variabel ist.
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Zwei variable Widerstände dienen der Verschiebung der Leuchtdiodenansteuerung.
Da das Niveau nicht genügend weit in den negativen Bereich nach unten verschoben
werden kann, ist ferner noch eine zusätzliche Absenkung durch einen Transistor notwendig.
Ansteuerbausteine 22 o;u übernehmen die Ansteuerung der oberen Leuchtdioden 18 o
bzw. unteren Leuchtdioden 18 u. Eine dem Nulldurchgang entsprechende Nulldiode 23
liegt im oberen Bereich der Leuchtdiodenanzeige 15. Sie kann durch einen kleinen
Schalter 24 abgeschaltet werden
Die Leuchtdioden haben praktisch
keine Grenze in Bezug auf die anzeigbare Frequenz, so daß die Ablesung höherer Frequenzen
in Bezug auf die Bandbreite der aufleuchtenden Leuchtdioden 18 unbegrenzt möglich
ist.
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Zur Inbetriebnahme des Gerätes werden Versorgungsspannungen an den
Rotorteil 1 und den Statorteil 2 gelegt. Danach erfolgt ein Brückenabgleich über
einen Potentiometer. Dieser wird solange gedreht, bis die Nulldiode 23 aufleuchtet.
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Danach wird das Gerät mit Hilfe eines Eichwiderstandes geeicht.
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Die in den Dehnmeßstreifen 4 aufgrund der im Drehteil 13 auftretenden
Drillspannungen entstehende Spannung wird über die Brückendiagonale an einen variablen
Differenzverstärker gelegt. Nach Addition einer Konstantspannung wird die Eingangsspa.nulg
in der integrierten Schaltung der Rotorprintplatte 5 in eine proportionale Frequenz
umgewandelt. Diese wird über den Luftkondensator 6,9 auf den Vorverstärker 8 gegeben.
Von diesem erreicht sie das Anzeigegerät 10, in dessen Statorprintplatte eine Umsetzung
der Frequenz in den entsprechenden Spannungswert erfolgt. Diese Spannung wird von
der ihr jeweils zugeordneten Leuchtdiode 18 angezeigt. Die von den Leuchtdioden
18 angezeigten Maximal-bzw. Minimalwerte werden auf der Zeichenfläche 19 aufgetragen.
Diese Auftragung erfolgt über der jeweils abzulesenden Drehzahl des Drehteils 13.
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Darüber hinaus sind im Anzeigegerät 10 Anschlüsse für den Anschluß
eines Recorders 11 vorgesehen. Mit Hilfe dieses Recorders 11 kann das Eingangssignal,
das aus dem Vorverstärker 8 kommt, auf einen Tonträger aufgenommen werden.
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Da es sich um impulsartige Verläufe von 4.500 bis 9.000 Hz handelt,
sollte der Frequenzgang des Tonträgers einigen Ansprüchen genügen. Bei der Wiedergabe
vom Tonträger wird der leistungsstarke Ausgang für einen Zweitlautsprecher benutzt.
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Da das Signal nur den Frequenzbereich 4.500 bis 9.000 Hz umfaßt, wird
das vom Tonträger kommende Signal über ein 4.000 Hz-Filter gegeben und dann an den
Eingang der Statorprintplatte 14 geleitet. Dabei ist der Eingang des Luftkondensatorteils
abzuschalten.
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Darüber hinaus kann an einer ebenfalls hinter dem Vorverstärker 8
liegenden Anschlußbuchse ein Schreibgerät 12 angeschlossen werden, daß die Analoggröße
jederzeit reproduzierbar aufzeichnet. Zu diesem Zwecke kann ein UV-Schreiber 12
eingesetzt werden.
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Die relativ gute Wiedergabe gestattet es, für einfache Untersuchungen
mit Hilfe der eingesetzten Frequenzmodolation auch Geräte der Unterhaltungselektronik
einzusetzen.
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Diese sind in ihren Kosten sehr viel billiger als die für spezielle
Meßzwecke entwickelten Geräte.
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