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Verfahren und Anordnung zur Ermittelung der
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St>annun eines Seiles
Beschreibung Die Erfindung
bezieht sich auf ein Verfahren und eine Anordnung zur Ermittelung der Spannung eines
Seiles, mit dessen Hilfe Einstellbewegungen von Betätigungseinrichtungen auf Bewegungsglieder
übertragen werden.
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Die Ermittelung der Spannung eines Seiles, mit dessen Hilfe Einstellbewegungen
von Betätigungseinrichtungen auf Betätigungsglieder übertragen werden, ist häufig
erforderlich. Es hat sich nämlich gezeigt, daß Seilzüge zur definierten Übertragung
von Kräften oder Bewegungen einer dem jeweiligen Anwendungsfall angepaßten Vorspannung
bedürfen. Dies trifft beispielsweise Sür Seilzüge in Flugzeugen zur Betätigung von
Rudern und Klappen etc., zu.
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Zur Einstellung bzw. Überprüfung der jeweiligen Seilvorspannung sind
Meßgeräte erforderlich, die eine Seilspannungsmessung bei dem im jeweiligen Gerät
bereits installierten Seilzug vorzunehmen gestatten.
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Bekannte und im Einsatz befindliche Seilzugmesser arbeiten in der
Weise, daß bei einem beidseitig eingespannten und unter Vorspannung stehendem Seil
diejenige Kraft ermittelt wird, die unter Berücksichtigung der Seileigenschaften
zur Auslenkung des jeweiligen Seils aus seiner Ruhelage erforderlich ist. Diese
Kraft ist nämlich proportional zur vorhandenen Seilzugspannung. Dabei gilt natürlich,
daß bei vorgegebener Deformation des jeweiligen Seiles die Seilzugspannung durch
eine herkömmliche Kraftmessung (mittels einer Feder) ermittelt werden kann.
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Von Nachteil bei dieser bekannten Methode der Ermittelung der Spannung
eines Seiles ist jedoch, daß bei der notwendigen Deformation des Seiles plastische
Verformungen in dem Seil auftreten, die die Seileigenschaften und damit die Meßgenauigkeit
beeinflussen. Von Nachteil ist ferner, daß bei der notwendigen Deformation zwischen
den Einspannstellen des Seiles Seillängenänderungen auftreten, die aufgrund der
Reaktionskräfte an den Einspannstellen des Seiles zusätzlich zu der Zugspannung,
die im Seil bereits herrschen, noch unbekannte Zugspannungen hervorrufen. Die Erzeugung
derartiger Zugspannungen führt jedoch wiederum zu relativ großen Meßfehlern. Von
Nachteil bei der betrachteten bekannten Methode zur Ermittelung der Spannung eines
Seiles ist ferner, daß die dabei notwendigerweise auftretende Deformation des Seiles
eine Seilbewegung in den Einspannelementen hervorruft, wodurch aufgrund der unvermeidbaren
Reibungskräfte zusätzliche Lugspannungen erzeugt und damit die jeweiligen Meßergebnisse
verfälscht werden. Ein noch weiterer Nachteil, der sich aus der Anwendung der betrachteten
bekannten Methode zur Ermittelung der Spannung eines Seiles ergibt, liegt darin,
daß die auftretenden Zugspannungen der einzelnen Seilquerschnitte innerhalb der
Meßstrecke nicht mehr in einer Wirkungslinie liegen, was wiederum zu Verfälschungen
der Meßergebnisse führt.
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Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, einen Weg zu zeigen,
wie auf relativ einfache Weise eine höhere Meßgenauigkeit bei der Ermittelung der
Spannung eines Seiles erzielt werden kann als bei der vorstehend betrachteten bekannten
Methode.
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Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einem Verfahren
der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch, daß das unter Spannung stehende
Seil an zwei Stellen in definiertem Abstand voneinander in Seillängsrichtung festgehalten
und innerhalb dieses Bereichs mit Hilfe eines elektromagnetischen Schwingungserzeugers
in seiner Resonanzfrequenz erregt wird und daß die Spannung des Seiles in
einer
Auswerteeinrichtung entsprechend der Beziehung
bestimmt wird, wobei P die Zugspannung des Seiles, Z O die Resonanzfrequenz des
Seiles, 1 der genannte definierte Abstand, v die Masse pro Längeneinheit des Seiles
und k ein Seilparameter bedeuten.
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Die Erfindung bringt den Vorteil mit sich, daß auf relativ einfache
Weise eine hohe Meßgenauigkeit und Reproduzierbarkeit der jeweiligen Meßergebnisse
sowie ein hohe Zuverlässigkeit bei der Ermittelung der Spannung eines Seiles erreicht
werden.
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Zweckmäßigerweise wird zur Ermittelung der Resonanzfrequenz des jeweiligen
Seiles dieses in einen Selbsterregungskreis einbezogen, dessen Erregungsfrequenz
gemessen wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß auf besonders einfache Weise
die Resonanzfrequenz des jeweiligen Seiles bestimmt werden kann.
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Dr Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist es zweckmäßig,
eine Anordnung zu verwenden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß eine Seilklemmeinrichtung
vorgesehen ist, die zwei Klemmeinrichtungen in definiertem Abstand voneinander zum
Festhalten eines Bereichs des jeweiligen Seiles aufweist, daß ein elektromagnetischer
Schwingungserreger vorgesehen ist, der am Ausgang einer Erregerschaltung angeschlossen
ist, und daß mit dem Seil ein Schwingungsaufnehmer gekoppelt ist, der mit einer
derart bemessenen Frequenzmessungs-Auswertescnaltung verbunden ist, daß diese ein
die Seilspannung P angebendes Ausgangs signal entsprechend der Beziehung
abgibt, wobei mit ca die Resonanzfrequenz des eingespannten Seiles, mit 1 der definierte
Abstand, mit v die Masse pro Längeneinheit des Seiles und mit k ein Seilparameter
bezeichnet sind.
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Hierdurch ergibt sich der Vorteil eines besonders geringen konstruktiven
und schaltungstechnischen Aufwands für eine Anordnung zur Ermittelung der Spannung
eines Seiles.
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Zweckmäßigerweise ist bei der zuvor bezeichneten Anordnung die Erregerschaltung
als Selbsterregerschaltung unter Einbeziehung des jeweiligen Seiles und des mit
diesem gekoppelten Schwingungsaufnehmers ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der
Vorteil, daß sich praktisch automatisch die Resonanzfrequenz des jeweils zu untersuchenden
Seils einstellt.
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Zweckmäßigerweise enthält die Frequenzmessungs-Auswerteschaltung einen
Frequenz-Spannungs-Umsetzer und eine diesem nachgeschaltete Spannungsanzeigeeinrichtung,
die eine Anzeiger der jeweiligen Seispannung entsprechend der Beziehung P = k* .
2 liefert, 0 wobei X O die Resonanzfrequenz des Seiles und k* eine Konstante bedeuten,
welche der Beziehung 2 genügt.
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= 1 2 12 2 y-) genügt.
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k Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß mit einer besonders einfachen
Frequenzumsetzungs-Auswerteschaltung ausgekommen werden kann.
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Anhand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend beispielsweise
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Anordnung gemäß der
Erfindung.
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Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Anordnung gemäß der
Erfindung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung stellt einen dynamischen Seilzugmesser
dar. Die betreffende Anordnung dient dazu, die Spannung eines Seiles 1 zu ermitteln.
Dieses Seil 1, das vorzugsweise ein Stahlseil oder ein Seil aus irgendeinem magnetischen
Material
sein mag, wird unter Spannung stehend an zwei Stellen festgeklemmt. An der einen
Stelle sind Klemmbacken 2 und 3 vorgesehen, und an der anderen Stelle sind Klemmbacken
4 und 5 vorgesehen. Innerhalb des Bereichs zwischen den Klemmbackenpaaren 2, 3 und
4, 5 ist das Seil 1 mit einem Seilstück 6 festgehalten, welches in der Länge dem
definierten Abstand 1 der beiden Klemmbackenpaare 2, 3 bzw. 4, 5 voneinander entspricht.
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Gemäß Fig. 1 wird das Seilstück 6 in dem eine definierte Länge 1 besitzenden
Bereich mittels eines elektromagnetischen Schwingungserregers 7 zum Schwingen gebracht.
Der elektromagnetische Schwingungserreger 7 kann durch eine Elektromagnetanordnung
gebildet sein; er ist am Ausgang eines Schwingungsgenerators 8 angeschlossen.
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Die in Fig. 1 dargestellte Anordnung weist ferner einen Schwingungsaufnehmer
9 auf, der auf das Auftreten von Schwingungen in dem Seilstück 6 ein Ausgangssignal
abgibt, welches einer mit ihm verbundenen Auswerteschaltung 10 zugeführt wird.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung wird das Seilstück 6 im
Bereich der definierten Länge 1 bei der Resonanzfrequenz erregt. Dies ist in Fig.
1 durch einen Wellenbauch und durch Wellentäler des Seilstücks in gestrichelten
Linien angedeutet. Wenn das Seilstück 6 bei einer solchen Frequenz schwingt, daß
die in Fig. 1 angedeutete Schwingungsfigur auftritt, dann gilt im Prinzip folgende
Beziehung:
Hierin bedeuten: » O : Eigenfrequenz des Seiles, 1 : definierte Länge des Drahtstücks
6, P : Zugspannung des Seiles 1 bzw. 6, v : Masse pro Längeneinheit des Seiles,
k : ein Seilparameter.
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Mit anderen Worten ausgedrückt heißt dies, daß die Eigenfrequenz des
vorstehend betrachteten Schwingungssystems eine eindeutige punktion der Spannung
des Seiles 1 ist, was bedeutet, daß folgende Beziehung gilt: O = h(p) (2) Durch
Umformen der Gleichung (1) gelangt man zu:
Wegen der Konstanz der Systemparameter k, 1 und v läßt sich die Gleichung t3) vereinfacht
darstellen in der Form: P = k* . o 2 (4) 0 Die Konstante k* genügt dabei der Beziehung:
In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform der Anordnung gemäß der Erfindung dargestellt.
Auch die in Fig. 2 dargestellte Anordnung stellt einen dynamischen Seilzugmesser
dar. In Fig. 2 sind diejenigen Elemente, die im zusammenhang mit Fig. 1 bereits
erläutert worden sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie die entsprechenden
Elemente in kg. 1. Dies trifft für das Seil 1 mit seinem Seilabschnitt 6 zu, der
innerhalb einer definierten Länge 1 zwischen Klemmbackenpaaren 2, 3 bzw. 4, 6 festgehalten
ist. Das Seil 1 wird im Seilbereich 6 wieder durch den elektromagnetischen Seilerreger
7 zum Schwingen gebracht. Der Schwingungsaufnehmer 9 ist in entsprechender Weise
mit dem Seilabschnitt 6 gekoppelt, wie dies im Lusammenhang mit Fig. 1 erläutert
worden ist.
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in Abweichung von den in Fig. 1 dargestellten Verhältnissen sind der
in kig0 2 dargestellte elektromagnetische Seilerreger 7 und der mit dem Seilabschnitt
6 gekoppelte Schwingungsaufnenmer 9 zusammen mit dem Seilabschnitt 6 des Seiles
1 in eine Selbsterregungsschaltung einbezogen. Diese
Selbsterregungsschaltung
enthält einen Verstärker 11, der eingangsseitig am Ausgang des Schwingungsaufnehmers
9 angeschlossen ist und der ausgangsseitig über einen Phasenschieber 12 und ein
Filter 13 am Eingang eines Ausgangsverstärkers 14 angeschlossen ist, welcher ausgangsseitig
mit dem elektromagnetischen Seilerreger 7 verbunden ist.
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In der vorstehend betrachteten Selbsterregerschaltung, in die das
Seil 1 mit seinem Seilabschnitt 6 einbezogen ist, stellt sich automatisch die Resonanzfrequenz
Lo des betreffenden Seiles bzw. Seilabschnittes ein. Der Seilabschnitt 6 besitzt
dabei eine entsprechende Schwingungsfigur - die durch gestrichelte Linien angedeutet
ist - wie sie im Zusammenhang mit Fig.1 bereits erwähnt worden ist.
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Um nun die Seilspannung bei der in Fig. 2 dargestellten Anordnung
zu messen, ist am Ausgang des Verstärkers 11 ein Frequenz-Spannungs-Umsetzer 15
mit seinem Eingang angeschlossen. Am Ausgang des Frequenz-Spannungs-Umsetzers 15
ist ein Spannungsmesser 16 angeschlossen, der eine direkte Seilzug-Anzeige liefern
mag. Der Spannungsmesser 16 zeigt also - mit anderen Worten ausgedrückt, direkt
die Spannung in dem Seil 1 an, welches der vorstehend erwähnten Selbsterregung ausgesetzt
worden ist.
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Im Hinblick auf die in Fig. 2 dargestellte Anordnung sei noch angemerkt,
daß zur Herbeiführung des vorstehend erwähnten Selbsterregungszustandes des Seiles
1 der Phasenschieber 12 entsprechend einzustellen sein wird. Das Filter 13 wird
eine entsprechende Filtercharakteristik haben, um die Selbsterregung der in Meßvorgänge
einzubeziehende Seile zu ermöglichen und die Rückkopplung störender Einflüsse auszuschließen.
Gegebenenfalls kann das Filter 13 hinsichtlich seiner Durchlaßcharakterstik auch
einstellbar ausgeführt sein.
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Abschließend sei noch bezüglich der in Fig. 1 dargestellten
Anordnung
angemerkt, daß die dort vorgesehene Frequenzmessungs-huswerteschaltung 10 im Prinzip
in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise aufgebaut sein kann, d.h. aus einem Frequenz-Spannungs-Umsetzer
und einem nachgeschalteten Spannungsmesser.
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