DE2913681C2 - Vibrationsprüfgerät - Google Patents

Description

miert, in ein Analogsignal verwandelt und endlich zum Erregen eines elektronisch angetriebenen Rütteltisches verwendet wird.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Vibrationsprüfgerät anzugeben, das die Erzeugung gleichzeitiger, mehrachsiger Quasi-Zufalls-Vibrationen in einem breiten Frequenzband gestattet und mit geringen Kosten herstellbar ist. Dabei soll das System leicht in einem großen Bereich von Produkten verschiedener Größe und Formen anwendbar sein. Es soll sich um ein kompaktes und selbständiges Gerät handeln, das nur die in Betrieben normalerweise verfügbare Druckluft und elektrischen Strom benötigt.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß der Träger für das Priifobjekt und die Vibratoren durch eine geschlossene Schleife zur Erfassung und Regelung der Stärke der gleichzeit in bezug auf mehrere Achsen erfolgenden Bewegungen gekoppelt sind.

Durch die Erfindung wird ein billiges, mehrachsiges, Quasi-Zufalls-Vibrationssystem geschaffen, das Vibratoren aufweist, die mit einer Resonanz aufweisenden, gedämpfen Rüttelstruktur gekoppelt sind, wodurch eine Kontrolle über das Frequenzspektrum und den Beschleunigungspegel von Quasi-Zufalls-Vibrationen in einem breiten Frequenzbereich erzielt wird, der sich beispielsweise von 40 Hz bis 7 kHz erstrecken kann, so daß eine Vibrationsprüfung von Ausrüstungen in einem großen Bereich von Prüfobjekten verschiedener Masse und verschiedener Steifigkeit vorgenommen werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht der die Rüttelbewegungen oder Vibrationen übertragende Träger für das Prüfobjekt aus miteinander verbundenen, flexiblen Strukturen, deren primäre oder treibende Struktur dazu dient, die von den angeschlossenen Vibratoren eingeleiteten Vibrationen mechanisch zu verarbeiten, und deren tragende oder getriebene Struktur eine weitere Vibrationsverarbeitung bewirkt, um das Priifobjekt mit einem mehrachsigen mukimodalen Signal zu versehen. Die treibende Struktur spricht auf ein intensives Vibrationsspektrum an, das von den angebrachten Vibratoren erzeugt wird, mit mukimodalen erzwungenen Schwingungen und Resonanzschwingungen in verschiedenen Richtungen. Die getriebene Struktur, welche das Priifobjekt hält, reagiert mit erzwungenen und harmonischen Schwingungen auf das modulierte Vibrationsfeld, das von der treibenden Struktur über einen elastomeren Weg spezieller Ausbildung übertragen wird. Die spezielle Ausbildung der Größe, der Masse und des Resonanzverhaltens der treibenden und getriebenen Strukturen in Verbindung mit einer ausgewählten Übertragungscharakteristik einer elastomeren Zwischenstruktur führt zu einer kontrollierten, multimodalen, gleichförmigen Effektivbeschleunigung mit vielen Freiheitsgraden zum Zweck einer Vibrationsprüfung in einem begrenzten Frequenzbereich.

Bei einer ersten Ausfühningsform werden Punkte oder Bereiche auf der Vibrationsstruktur zwangsweise gehalten, um Knoten zu bilden, indem die elastomere Kopplung stellenweise versteift wird, um die Relativbewegung zwischen der treibenden und der getriebenen Struktur an diesen Stellen zu vermindern. Die Versteifung kann statisch oder dynamisch erfolgen, je nachdem, ob ein mechanischer oder ein pneumatischer Druck angewendet wird. Weiterhin wird eine Erhöhung oder eine Verminderung der modalen Dichte und eine Änderung der effektiven Prüf-Beschleunigungspegel erreicht, indem die Leistungsübertragung durch die elastomere Kopplung, durch mechanische Verdichtung oder Ausdehnung des Elastomers durch Vorspannung geändert wird.

Eine automatische Steuerung und Pseudo-Zufalls-Modulation der Druckluft, die pneumatischen Vibratoren zugeführt wird, ermöglicht eine Regelung des Beschleunigungs-Spektrums in einer breitbandigen

ίο Regelschleife und eine Spektralverschmierung zum Erhöhen des Frequenzgehaltes und zum Verhindern eines Einrastens des Rüttlers auf irgendeiner bestimmten Vibrationsfrequenz, insbesondere der natürlichen Resonanzfrequenz des Rüttlers. Die Kontrolle erstreckt

is sich auf gleichzeitige Bewegungen in und um drei orthogonale Achsen, so daß eine realistische Simulation von Betriebsbedingungen stattfindet. Die Vibrationsfrequenz der Vibratoren kann mittels einer öffnung mit variablem Querschnitt moduliert werden, die sich in der Druckluftleitung zwischen der Druckluftquelle und den pneumatischen Vibratoren befindet. Eine Pseudo-Zufallsänderung der Querschnittsfläche erfolgt automatisch, beispielsweise alle zwei bis drei Sekunden, durch eine mit einem vorprogrammierten Mikroprozessor zusammenwirkenden Druckluftsteuerung.

Mehr im einzelnen stellt das Regelsystem die Vibrationen auf einen vorbestimmten Wert ein, indem es die dem Priifobjekt aufgeprägten Schwingungen periodisch abtastet, den Effektivwert (quadratischen Mittelwert) mit einem vorbestimmten Effektivwert vergleicht und die Luftzufuhr zu den penumatischen Vibratoren digital einstellt Außerdem wird das vorbestimmte Spektrum des Rüttelsystems mechanisch kontrolliert.

In dem Gesamtverhalten des Vibrationssystems werden die von den pneumatischen Vibratoren erzeugten Vibrationen durch eine Druckmodulation der Vibratoren geändert, um eine effektive Erhöhung der Ausgangsleistung und ein Verschmieren des Schwingungsspektrums zu bewirken. Die Druckmodulation erfolgt durch die Modulation der Querschnittsfläche einer öffnung, die sich zwischen der Druckluftquelle und dem Luftverteiler befindet, an dem die pneumatischen Vibratoren angeschlossen sind. Ein Mikroprozessor ist nach einer halbempirischen Beziehung zwischen der Querschnittsfläche und dem Schwingungsverhalten des Prüfobjekts programmiert Während der Prüfung verändert der Mikroprozessor periodisch die Querschnittsfläche mit Hilfe eines Luftdruck-Modulationsso und Durchfluß-Steuermechanismus und einer Treiberschaltung, die einen Pseudo-Zufalls-Algorithmus zur Erzeugung einer gewünschten, beispielsweise gleichförmigen Verteilung der Werte des Druckes im Druckluftverteiler erzeugt

Druckänderungen erzeugen Änderungen in der Beschleunigung des Prüfobjekts. Die Vorteile einer Spektrums-Verschmienmg und alle Probleme, die aus einer Beschleunigungsänderung resultieren, werden durch ein automatisches Regelsystem in Einklang gebracht Die automatische Pegelregelung beruht auf einem periodischen Vergleich eines geschätzten quadratischen Mittelwertes der Beschleunigung mit einer Einstellung des Testpegels. Eine Rückkopplung der Beschleunigungswerte in den drei orthogonalen Achsen wird durch ein Tiefpaß-Filter, dessen Grenzfrequenz beispielsweise 2 kHz beträgt, und einen Abtast- und

* Haltekreis einem Multiplexer zugeführt, wo das Rückkopphmgssignal mittels eines Analog/Digital-Um-

setzers digitalisiert wird. Das umgefilterte Signal wird auch über einen Hilfs-Multiplexer einem Pseudo-Spitzendetektor zugeführt, der die Funktion eines schnell ansprechenden Überlastungsdetektors hat. Die Mikroprozessor-Einheit besorgt den restlichen Teil der Datenaufnahme. Alle digitalen Beschleunigungssignale werden zu einem geschätzten effektiven Beschleunigungspegel verarbeitet. Der Luftdruck, der für den jeweiligen Prüfpegel erforderlich ist, wird während einer Prüfung periodisch durch automatische Betätigung der Stellglieder eines Druckreglers über hierfür vorhandene Treiberschaltungen eingestellt.

Durch die Erfindung wird demnach ein einfaches und ohne große Kosten betreibbares System geschaffen, das eine genaue Steuerung der Betriebsbedingungen erlaubt, unter denen ein Prüfobjekt getestet werden soll. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, daß es die Anwendung von Prüfmethoden gestattet, bei denen das Prüfobjekt Schwingungen ausgesetzt wird, die mit variabler Modaldichte in einem bestimmten Frequenzband liegen und bei dem der zeitliche Verlauf der Beschleunigungen in verschiedenen Richtungen zu gleichförmigen effektiven Beschleunigungspegeln in bestimmten Richtungen führt. Daher können Prüfobjekte in mehreren Richtungen mit Translations- und Rotationsbewegungen um eine, zwei oder drei orthogonale Achsen mit geregelter Effektivbeschleunigung geprüft werden.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und der Zeichnung zu entnehmenden Merkmale können bei anderen Aur.führungsformen der Erfindung einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination Anwendung finden. Es zeigt

F i g. 1 das Blockschaltbild eines Vibrationsprüfgerätes nach der Erfindung,

F i g. 2,3a und 3b schematische Darstellungen, weiche die Energieübertragung in den Rütteltischen nach den Fig. 7 bis 10 bzw. 11 bis 16 von den pneumatischen Vibratoren zu den Prüfobjekten veranschaulichen,

Fig.4a bis 4f Beschleunigungsspektren, die für die Energieübertragung gemäß den F i g. 2 und 3 charakteristisch sind,

F i g. 5a, 5b, 6a und 6b Diagramme zur Veranschaulichung freier Schwingungen, wie sie in einem Träger mit und ohne Knotenkontrolle auftreten,

F i g. 7 bis 10 und 11 bis 16 jeweils eine Ausführungsform eines Rütteltisches, wie er bei einem Vibrationsprüfgerät nach F i g. 1 Anwendung finden kann,

Fi g. 17 und 18 Diagramme der spektralen Leistungsdichte längs der vertikalen Achse des in den F i g. 11 bis 16 dargestellten zweiten Ausführungsbeispieles, und zwar mit und ohne Knotenkontrolle sowie mit und ohne Intensivierung der Kopplungsleistung,

Fig. 19 Einzelheiten des Blockschaltbildes nach

Fig.20 bis 22 Darstellungen einer speziellen Einrichtung zur Erzeugung einer öffnung mit variablem Querschnitt,

F i g. 23 bis 25 Diagramme, die zur Bestimmung der Form der in der Einrichtung nach den Fig.20 bis 22 verwendeten Drehschiebens dienen,

Fig.26 die schematische Darstellung einer weiteren Einrichtung zur Erzeugung einer Durchflußöffnung mit variablem Querschnitt und

F i g. 27 ein Diagramm zur Bestimmung der Größe der einzelnen öffnungen der Einrichtungen nach Fig. 26.

Das in Fig.l dargestellte pneumatische Quasi-Zufalls-Vibrationsprüfgerät mit automatischer Frequenzmodulation ist in mehrere Baugruppen unterteilt. Diese ■"> Baugruppen umfasssen einen Rütteltisch 20, eine Luftversorgung 22, die mit dem Rütteltisch pneumatisch gekoppelt ist, eine Druckluftsteuerung 24, die mit der Luftversorgung 22 gekoppelt ist, und dazu dient, den Druck und die Menge der dem Rütteltisch zugeführten

to Luftdruck zu regeln, einen Mikroprozessor 26, der mit der Luftversorgung 22 gekoppelt ist, und gewährleisten soll, daß der Druck und die Menge der dem Rütteltisch zugeführten Druckluft ausreichend sind, um den Rütteltisch 20 anzutreiben, ein Rückkopplungs- und

ιό Schutzsystem 28, das elektrisch zwischen den Rütteltisch 20 und den Mikroprozessor 26 geschaltet ist und gewährleistet, daß der Mikroprozessor mit den zu seiner Funktion erforderlichen, rückgekoppelten informationen versorgt wird, ein Bedienungs-Interface 30,

2(i das es dem Benutzer ermöglicht, die richtigen Testparameter einzustellen, als auch Informationen über die Funktion zu erhalten, und eine Hardware-Schutzschaltung 32, die zwischen den Mikroprozessor 26 und eine Treiberschaltung 50 für Magnetventile 48 in

2') der Luftversorgung 22 geschaltet ist, die nur eine offene und geschlossene Stellung haben und dazu dienen, das System vor übermäßigen Vibrationspegeln zu schützen, die sonst das Testobjekt beschädigen könnten. Druckschalter 54 und Schaltereingänge 56 verbinden einen

3d Luftverteiler 52 in der Luftversorgung 22 mit dem Mikroprozessor 26.

Bei der Funktion des dargestellten Systems wird das von dem das Testobjekt tragenden Rütteltisch 20 erzeugte Ausgangssignal über das Rückkopplungs- und 5 Schutzsystem 28 dem Mikroprozessor 26 zugeführt, der das rückgekoppelte Signal mit einer gewählten Schwingungseinstellung vergleicht und von dem Vergleich ein Fehlersignal ableitet, das seinerseits über die Druckluftsteuerung 24 der Luftversorgung 22 zugeführt wird. Die Luftversorgung 22 bewirkt dann, daß der Rütteltisch 20 das Testobjekt in geregelter Weise in Vibrationen versetzt, während das Ausgangssignal des Rütteltisches in der oben beschriebenen Weise rückgekoppelt wird.

Wie in Fig.2 und auch in den Fig.3a und 3b dargestellt, umfaßt der Rütteltisch 20 nach F i g. 1 eine Anzahl pneumatischer Vibratoren, die insgesamt mit der Bezugsziffer 34 bezeichnet sind, die in F i g. 2 zu 34-2 und den Fig.3a und 3b zu 34-3 ergänzt ist Die Vibratoren 34 sind jeweils mit einer treibenden Struktur 36 (36-2,36-3) verbunden, wie es die F i g. 2 und 3 zeigen, um diese treibenden Strukturen in Schwingungen zu versetzen. Die Anordnung nach F i g. 2 ist an oder nahe von Knotenpunkten der treibenden Struktur auf Isolatoren 37-2 befestigt Die treibende Struktur wird gezwungen, in verschiedenen Formen zu schwingen, die auf erzwungene harmonische Schwingungen zu den von den Vibratoren gelieferten Anregungsschwingungen zurückzuführen sind. Die harmonischen Schwingungen sind von der körperlichen Gestaltung der treibenden Struktur, also ihrer Form und ihren Materialeigenschaften abhängig. Typische Werkstoffe zur Herstellung der treibenden Struktur sind Aluminium und Magnesium. Die dynamischen Verzerrungen, die das Ergebnis der vielen Formen der aufgeprägten und natürlichen Schwingungen sind und die in den F i g. 2 und 3 stark übertrieben dargestellt sind, werden modifiziert und auf eine getriebene Struktur 38 mittels visko-elastischen

Struktur 40 übertragen, die beispielsweise federnde Komponenten 40a und dämpfende Komponenten 406 umfaßt. Die getriebene Struktur 38 wird daher komplexe Formen dynamischer Verzerrungen annehmen, die sich aus einer multimodalen Raum-Rahmen- ; Dynamik zusammensetzen, welche einem multimodalen Plattenverhalten aufgeprägt wird. Auch diese Verzerrungen sind in den F i g. 2 und 3 in übertriebener Weise dargestellt. Es handelt sich dabei um die Überlagerung von erzwungenen und natürlichen Schwingungsmoden der getriebenen Struktur 38 und von dominanten Moden, die von der treibenden Struktur 36 aufgeprägt worden sind. Ein maximales multimodales Übertragungsverhalten zwischen der treibenden und der getriebenen Struktur wird gewährleistet, indem die Verbindungsgelenke des Raumrahmens an die Stellen gesetzt werden, an denen sich Schwingungsbäuehe der Strukturen am häufigsten wiederholen.

Zu den in den F i g. 2, 3a und 3b dargestellten Strukturen gehören die in den Fig.4a bis 4f :» dargestellten Kurven, welche die Beziehung zwischen der Beschleunigungs-Spektraldichte in G²/Hz in Abhängigkeit von der Frequenz Hz wiedergeben. Dabei ist die Kurve 34' senkrecht zur Kolbenachse eines pneumatischen Vibrators 34 gemessen, während die Kurven 36' und 36" die Beschleunigungs-Spektraldichte in bezug auf x- und z-Richtungen der treibenden Struktur 36 nahe dem Vibrator und die Kurven 38' und 38" die Beschleunigungs-Spektraldichte in den x- und z-Richtungen für die getriebene Struktur 38 an Stellen angeben, welche dem Punkt der getriebenen Struktur 36 gegenüberliegen, für den die Daten der Kurven 36' und 36" gemessen wurden. Die Kurve 42' gilt für das Prüfobjekt 42 und gibt die dem Prüfobjekt aufgeprägten Vibrationen in drei Richtungen wieder. Das Vibrations-Ausgangssignal der getriebenen Struktur 38 wird durch Beschleunigungsmesser 44 erfaßt, deren Ausgangssignale dem Rückkopplungs- und Schutzsystem 28 zugeführt werden.

Die Basis der mechanischen Vibrationseinrichtung, die von dem Rütteltisch 20 gebildet wird, besteht darin, daß eine Struktur in vielen translatorischen und rotatorischen Schwingungsmoden angeregt werden kann, die von vielfachen sowohl der Anregungsfrequenz als auch der Eigenfrequenzen der Struktur dominiert werden. Die Frequenzen der ersten wenigen Eigenresonanzen der Struktur, welche die treibende Struktur 36 bildet, werden durch die Konstruktion so bestimmt, daß sie kein ganzzahliges Vielfaches der primären Anregungsfrequenz sind, die von den pneumatischen so Vibratoren 34 geliefert werden, um eine gleiche Verteilung der Leistung auf die erzwungenen und natürlichen Schwingungen zu erzielen. Οίε komplexe modale Kopplung zwischen der unmittelbar angeregten Struktur 36 und der getriebenen Struktur 38 ergibt eine reiche Zusammensetzung der zeitlich aufeinanderfolgenden Schwingungsformen, die sich aus dem Schwingungsverhalten der individuellen sowie der vereinigten Strukturen in Verbindung mit der Modifikation durch die viskoelastische Kopplung 40 ergeben. Das Prüfob- eo jekt 42 ist dem resultierenden Schwingungsspektnim ausgesetzt Die Mittel, durch welche die treibende Struktur 36 und die getriebene Struktur 38 gekoppelt sind, machen es möglich, ein regelbares Leistungsspektrum zu erzeugen, bei dem die einzelnen Beschleunigun- gen im Frequenzbereich von 40 bis 2000Hz liegen. Hierbei handelt es sich um die Grenzen der Vibrationsfrequenzen, wie sie bei typischen militärischen Spezifi- kationen verlangt werden. Die elasiomeien Materialien der viskoelastischen Struktur 40 haben speziell bemessene Formen und Eigenschaften und sind mittels zugeordneter Einrichtungen zwischen die treibende und die getriebene Struktur eingesetzt.

Die visko-elastischen Übertragungs- und Filtereigenschaften des gewählten Elastomers gewährleisten ein Abbrechen des Vibrationsspektrums, das auf das Prüfobjekt übertragen wird, bei oder nahe der oberen Frequenzgrenze, auch wenn hochfrequente Schwingungen in der treibenden Struktur 36 angeregt worden sind.

Die Vibratoren 34 werden vorzugsweise von pneumatischen Vibratoren mit aufschlagenden Freikolben gebildet und nicht von pneumatischen Vibratoren mit durch Luftkissen abgefangenen Freikolben, rotierenden pneumatischen Vibratoren oder auf andere Weise betriebenen Vibratoren, wie beispielsweise hydraulischen oder elektro-mechanischen Vibratoren, obwohl auch solche benutzt werden können, wenn die gewünschten Typen der dominanten Schwingungsfrequenzen von solchen Vibratoren erzeugt werden. Stoßvibratoren werden bevorzugt, bei denen sich der darin bewegende Kolben wenigstens auf ein Ende des Vibratorgehäüses aufschlägt, nachdem der Gasdruck einen gewissen Grenzwert erreicht hat. Dieser Stoß führt zur Anregung einer wiederholbaren Folge mechanischer Schwingungs-Ausgleichsvorgänge, die einen hohen Gehalt an Harmonischen und demgemäß eine sehr breite Spektralcharakteristik haben. Sie bedecken typischerweise einen Bereich von etwa 50 Hz bis einigen Tausend Hertz, wobei die obere Grenze in hohem Maße von den Resonanzeigenschaften der Struktur abhängt, an welcher der Vibrator befestigt ist. Es ist auch die Anwendung verschiedener Größen und Kombinationen von Vibratoren zweckmäßig, die durch verschiedene Grundfrequenzen des starren Körpers bei einem bestimmten Gasdruck in Verbindung mit der Frequenzcharakteristik der Struktur des Rütteltisches und der darauf befestigten Masse gekennzeichnet sind. Der Gasdruck bestimmt die fundamentale oder niedrigste Folgefrequenz und die Höhe der resultierenden Schlagkräfte.

Eine gleichförmige Kopplung der Schwingungsenergie zwischen den Elementen des Rütteltisches ist für jede Frequenz zwischen der tiefsten erreichbaren Frequenz und etwa 2 kHz erwünscht Es ist jedoch ein großer Anteil der Eingangsenergie um die Vielfachen der Grundfrequenz des starren Körpers der Freikolben-Vibratoren konzentriert Diese Bedingung erfordert eine Modulation des Antriebsdruckes, der ausreichend ist um ein Auswandern der fundamentalen Impulsfolgefrequenz um 25% bis 50% des Nennwertes zu erzeugen.

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ichcs Auswandern bewirkt ein »Verschmieren« des Frequenzspektrums und gewährleistet daß ausreichend Vibrationsenergie für einen vorhersagbaren Prozentsatz der Prüfzeit bei jeder Frequenz vorhanden ist ohne daß ein »Einrasten« bei irgendeiner bestimmten Frequenz eintritt

Die Art der Biegeschwingungen, welche in den in den Fi g. 2 und 3 dargestellten, treibenden und getriebenen Strukturen auftreten, werden an Hand der F i g. 5 und 6 besser verständlich. Fig.5a veranschaulicht einen einfachen Träger oder Balken 80, der an seinen Enden 82 an Schwenklagern 84 befestigt ist Fig. 5a veranschaulicht den ersten oder Grundtyp einer freien Schwingung um eine Mittellinie 86, welche einfach die Schwenkpunkte 88 des Balkens verbindet, die ihrerseits zwei Knotenstellen bilden. In F i g. 5b ist der Balken 80

im dritten Typ seiner freien Schwingung dargestellt, d. h. in der dritten Harmonischen, die zwei Knoten 88' zusätzlich zu den Knoten an den Schwenkpunkten 88 aufweist, die auf der Mittellinie 86 liegen.

Die Fig. 6a und 6b veranschaulichen einen ebensolchen Balken 90 wie die Fig.5a und 5b, der an seinen Enden in Punkten 92 schwenkbar gelagert ist, bei dem jedoch eine Beeinflussung der Knotenstellen erfolgt. Zu diesem Zweck ist an einem zwischen den Enden 94 des Balkens liegenden Punkten ein mechanischer Knoten 92' eingeführt. Der erste oder Grundtyp der freien Schwingungen, der in F i g. 6a dargestellt ist, umfaßt drei Knoten, nämlich einen erzwungenen Knoten am Widerlager 92' und zwei Knoten an den Schwenkpunkten 92. Bei der dritten Harmonischen der freien Schwingung, die in Fig.6b veranschaulicht ist, treten pegel der getriebenen S trukturen zu ändern.

Solche Kontrolleinrichtungen umfassen Mittel zur Änderung der Druck- und/oder Scherbelastung der elastomeren Kopplung über die gesamte Berührungsfläche oder wesentliche Teile davon, beispielsweise mittels mechanischer Schrauben oder einstellbarer Federn, mittels einer einstellbaren pneumatischen Vorbelastung, mittels Elektrostriktion ooer durch Erwärmen oder Abkühlen des elastomeren Materials. Solche Temperaturänderungen nutzen die stark nichtlineare Variation der Steifigkeit des Materials bei Temperaturänderungen aus.

Solche Kontrollmittel sind beispielsweise in den Fig. 7 bis 10 dargestellt. F i g. 7 veranschaulicht insbesondere die Plattenstruktur eines schräggestellten, V-förmigen Rütteltisches, der zwei Plattenstrukturen

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Gesamtheit von fünf Knoten ergibt. Demgemäß erfährt der Balken eine zusätzliche dynamische Verformung und weist demgemäß eine erhöhte Modendichte auf.

Demgemäß ist es möglich, durch Festhalten eines oder mehrerer Punkte einer schwingenden Struktur die Schwingungsenergie auf höhere Schwingungsmoden zu verteilen. Wie an Hand der F i g. 5 und 6 erläutert, werden die Punkte, an denen keine oder eine nur sehr geringe Relativbewegung stattfindet, Knoten genannt, und es können Knotenmuster für bestimmte Strukturen sowohl theoretisch als auch experimentell ermittelt werden. Es ist demgemäß möglich, die Schwingungsenergie zwangsweise nach Belieben auf hohe und tiefe Frequenzen gleichmäßig oder ungleichmäßig zu verteilen. In der Praxis können Knoten erzwungen werden, indem ein oder mehrere Punkte oder örtliche Bereiche mit einem festen Träger verbunden werden, wie es oben dargestellt wurde. Wenn treibende und getriebene Strukturen verwendet werden, wie es die F i g. 2 und 3 zeigen, können die Knotenstellen durch Einsetzen von elastomeren Puffern erzwungen werden, die eine größere oder kleinere Steifigkeit aufweisen als die elastomere Kopplung zwischen den treibenden und getriebenen Strukturen. Eine Federbelastung benachbarter Punkte der treibenden und getriebenen Strukturen erhöht die örtliche Durchlässigkeit durch die elastomere Verbindungsstruktur und gibt die Möglichkeit, manuell die Frequenzcharakteristik von Schwinganordnungen mit nachgiebiger Struktur zu verändern.

Manuell einstellbare Mittel zum Verändern der zur Knotenbildung dienenden Kräfte können ausreichend sein, um das dynamische Verhalten der treibenden und getriebenen Strukturen zwischen Betriebsperioden einzustellen. In manchen Fällen ist es jedoch erwünscht, die zur Knotenerzeugung verwendeten Zwangskräfte während einer Prüfung mittels pneumatischer Einrichtung in den elastomeren Kopplungen zwischen den treibenden und den getriebenen Strukturen zu beeinflussen.

Eine Kontrolle kann auch durch mechanische, elektrische oder thermodynamische Änderung der Durchlässigkeit für die Schwingungsenergie erzielt werden, welche durch die elastomeren Kopplungen übertragen wird, um den Frequenzgehalt bei Beschleunigungspegeln zu verändern. Eine solche Kontrolle macht es möglich, eine unveränderte elastomere Kopplung, eine gemeinsame getriebene Struktur und grundlegende Befestigungseinrichtungen zu verwenden, um Objekte mit völlig unterschiedlichem Gewicht und unterschiedlicher Steifigkeit ohne Ballast oder andere Änderungen zu testen und dabei die Beschleunigungstreibende Platte 236, eine getriebene Platte 238 und dazwischen eine elastomere Kopplung 240. Die

-'(> Strukturen 222 sind mit einem gemeinsamen Verbindungsstück 224 verbunden, das auch feste Seitenteile 226 aufweist. Punkte oder Stellen auf den treibenden Platten 236 sind durch ein oder mehrere Koppelglieder 228 zwischen den treibenden Platten 236 und den festen

2ί Seitenteilen 226 gehalten. Solche Kopplungsglieder 228 sind in den Fig.8 und 9 als manuell einstellbare Spannschlösser 230 veranschaulicht. In Fig. 10 sind die Koppelglieder 228c durch Anwendung einer Blase 229, die Kopplungshälften 233 verbindet, pneumatisch

i" einstellbar.

Die Kontrolle der elastomeren Verbindung zwischen der treibenden Platte 236 und der getriebenen Platte 238 umfaßt Kontrollglieder 250, welche die Knotenverteilung zwischen den Platten beeinflussen. Von diesen

i"> Kontrollgliedern sind drei verschiedene Ausführungsformen beispielsweise in den Fig.8, 9 und 10 dargestellt. Bei der in F i g. 8 dargestellten Ausführungsform umfaßt das Kontrollglied 250a eine elastomere Scheibe 252a, die zwischen der treibenden Platte 236a und der getriebenen Platte 238a eingespannt ist, und eine Scheibe 254a, die an der Außenseite der getriebenen Platte 238a angeordnet ist. Ein Bolzen 256a erstreckt sich durch die beiden Platten und die Scheiben und hält in Verbindung mit einer Mutter 258a die Anordnung zusammen. Die Anordnung erhält eine elastische Vorspannung durch eine Feder 260a, die zwischen dem Kopf des Bolzens und einer Unterlegscheibe auf der elastomeren Scheibe 254a angeordnet ist

so Bei der Ausführungsform nach F i g. 9 erfolgt die Kontrolle mittels eines Kontrollspaltes 260£>, der sich zwischen der treibenden Platte 2366 und der getriebenen Platte 2386 befindet Hier umfaßt das KcntroHglied 2506 zwei elastomere Scheiben 2526 und 2546, die mit der getriebenen Platte 2386 und einer Unterlegscheibe 257 ein Paket bilden. Ein Bolzen 2566, dessen Schaft zwei Abschnitte 2566' und 2566" unterschiedlichen Durchmessers aufweist, erstreckt sich durch beide Platten hindurch. Die Unterlegscheibe 257 ist durch Verschrauben auf dem Abschnitt 2566" gehalten und liegt an der elastomeren Scheibe 2526 an, während eine Mutter 2586 auf dem Abschnitt 2566' an der treibenden Platte 2366 anliegt und dadurch die Dicke des Spaltes 2606 bestimmt Ein Paar Kontermuttern 2616 auf dem Abschnitt 2566" bestimmt die Druckkräfte, welche auf die elastomeren Scheiben 2526 und 2546 ausgeübt werden.
Bei der Ausfühningsform nach F i g. 10 umf a Bt das die

Knoten zwischen den Platten bestimmende Kontrollglied 250c Einrichtungen zur pneumatischen Einstellung, die von einem speziellen Bolzen 256cGebrauch machen, der einen Luftkanal 257c enthält. Der Luftkanal ist mit Luftzellen 252c, 254c und 258c verbunden, die zusammen mit der treibenden Platte 23fclc und der getriebenen Platte 238c eine Sandwich-Struktur oder ein Paket bilden. Den Luftzellen wird durch eine Gewindekappe 260c und zugehörigen Einrichtungen Druckluft zugeführt

Während die Kontrollglieder 250a, 2506 und 250c, welche die Knotenstellen zwischen den Platten beeinflussen, in ihren Eigenschaften durch mechanische oder pneumatische Mittel veränderbar sind, zeigen die F i g. 8 und 9 auch eine Möglichkeit zur thermodynamischen Veränderung der elastomeren Kopplungen 240a und 2406. In beiden Fällen umfassen die elastomeren Strukturen ein elastomeres Material 26a bzw. 266, das zwischen der treibenden und der getriebenen Platte eingespannt ist. Heizdrähte 266a und 266b ermöglichen ein Erwärmen des elastomeren Materials, wodurch dessen Nachgiebigkeit zunimmt, so daß die von dem elastomeren Material übertragenen Beschleunigungen abnehmen. Andererseits enthält das elastomere Material Kühlkanäle 268a und 2686, die es ermöglichen, das elastomere Material durch Abkühlung härter und steifer zu machen, so daß entsprechend höhere Beschleunigungspegel erzielbar sind.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10 umfaßt die elastomere Kopplung 240c ein elastomeres Material 262c und eine Luftblase 270c, die beide zwischen der treibenden Platte 236c und der getriebenen Platte 238c angeordnet sind. Durch Einführen einer kleineren oder größeren Luftmenge in die Blase 270c kann das elastomere Material 262c pneumatisch mehr oder weniger vorgespannt werden, um dadurch die Steifigkeit des elastomeren Materials 262c zu verändern.

Die gleichen Methoden sind bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. Π bis 16 angewendet, die Ausführungsformen mit einer ringförmigen Rahmenstruktur zeigen. Wie aus F i g. 11 ersichtlich, umfaßt der Rütteltisch eine ringförmige treibende Struktur 336 und eine getriebene Struktur 338, zwischen denen sich eine elastomere Kopplung befindet, die in den F i g. 12 bis 16 mit den Bezugsziffern 340a bzw. 3406 und 340c bezeichnet ist. Wie auch bei den vorstehend behandelten Ausführungsformen ist die treibende Struktur 336 durch ein oder mehrere Spannschlösser 328 mit festen Seitenteilen 326 verbunden, um eine örtliche Bewegung der treibenden Struktur zu verhindern oder zu begrenzen und dadurch deren Schwingungsverhalten zu beeinflussen. Bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 11 und 12 ist eine feste Einstellung vorgesehen. Dagegen zeigt F i g. 14 ein Koppelglied 328c, das durch eine Kolbenanordnung 329 auch während des Betriebes pneumatisch veränderbar ist.

Die elastomere Kopplung zwischen der treibenden und der getriebenen Struktur erfolgt bei den Ausführungsformen nach den Fig. 12 und 13 durch Kontrollglieder 350a bzw. 3506, welche einen ähnlichen Aufbau haben. Beide Kontrollglieder umfassen jeweils einen Bolzen 356a bzw. 3566, der sich durch eine erweiterte öffnung 353a bzw. 3536 des getriebenen Ringes 338a bzw. 3386 hindurcherstreckt und mit dem treibenden Ring 336a bzw. 3366 in Eingriff steht. Die Verbindung zwischen dem Bolzen und dem getriebenen Ring ist durch eine Feder 360a bzw. 3606 federbelastet. Die Federbelastung ermöglicht ein Einstellen der Kompression, welche auf elastomere Materialien 354a und 352i bzw. 3546 und 3526 ausgeübt wird. Bei dem Kontroll glied 350a wird von einer festen Schraubverbindung 358a mit dem treibenden Ring 336a Gebrauch gemacht während das Kontrollglied 3506 nach Fig. 13 eine kugelförmige Mutter 3586 in der treibenden Stmktui 3366 aufweist

Eine pneumatische Kontrolle ist in den F i g. 14 bis 16 veranschaulicht Das Kontrollglied 350c umfaßt elasto-

ίο meres Material 362c zwischen den treibenden und der angetriebenen Ringen sowie in geschlossenen Kreiser oder in Segmenten angeordnete, aufblasbare Schläuche 354c, die zwischen einem Bolzen 356c und derr getriebenen Ring 338c sowie zwischen dem treibender Ring 336c und dem getriebenen Ring 338c angeordnet sind. Der getriebene Ring befindet sich zwischen dem treibende« Ring und dem Prüfobjekt 342. Der Bolzer 356c ist in den treibenden Ring 336c eingeschraubt unc hält einen Haltering 357. Diese elastomeren Materialier und aufblasbaren Schläuche dienen zur Kontrolle dei Leistungsübertragung von dem treibenden Ring zu dem getriebenen Ring durch Verändern des auf das elastomere Material ausgeübten Druckes, durch den die nicht linearen Steifigkeitseigenschaften des elastomerer Materials verändert werden, um die örtlichen Schwingungseigenschaften zu verändern.

Wie die F i g. 15 und 16 weiterhin zeigen, umfassen die Einrichtungen zur Kraftverstärkung eine Anzahl vor Luftzellen 364, die den Rand des getriebenen Ringes ar drei Seiten umgeben. Getrennte Verteilungsleitunger 366 erstrecken sich zu den Luftzellen, um eine selektiv« Knotenkontrolle längs des gesamten ringförmiger Zwischenraumes zwischen dem treibenden und derr getriebenen Ring zu erhalten und eine Kraftverstärkung unter Verwendung der aufblasbaren Schläuche 354c mi: oder ohne der Luftzellen 364 zu bewirken.

Die Ergebnisse der Benutzung dieser Systeme sind ir den Fig. 17 und 18 dargestellt. Fig. 17 ermöglicht der Vergleich der spektralen Leistungsdichte des getriebe·

■»ο nen Ringes in Richtung der vertikalen Achse mit unc ohne einfache mechanische Knotenkontrolle. DU ausgezogene Kurve 370 entsteh entsteht bei dei Verwendung von acht pneumatischen Vibratoren, die mit Druckluft von 3,5 bar betrieben werden be Verwendung einer gleichförmigen elastomeren Kopp lung aus Silikon-Schaumstoff. Die Kurven 372 wird be Verwendung von vier pneumatischen Vibratorer erhalten, die mit Druckluft von 3,5 bar betriebet werden, wobei wiederum eine elastomere Kopplung aus Silikon-Schaumstoff verwendet wird, die jedoch durch Gummipuffer mit einer Shore-Härte 50 unterbrechet wird, die in einem Abstand von 120° voneinandei angeordnet sind. Alle dargestellten Kontrolleinrichtun gen können automatisch oder von Hand einstellbar sein Fig. 18 veranschaulicht die Leistungsdichte dei ringförmigen getriebenen Struktur in Richtung dei vertikalen Achse mit und ohne Verstärkung de: Kopplungsleistung. Die Kurve 374 wurde bei Verwen dung von acht pneumatischen Vibratoren, die mi Druckluft von 3,8x10⁵ N/m² betrieben wurde, ohn< Vorspannung der elastomeren Kopplung erhalten. Di< gestrichelte Kurve 376 zeigt das Ergebnis bei Verwen dung der gleichen Anordnung, jedoch mit einei Druck-Vorspannung der Kopplung um 6,35 mm.

Wie oben angegeben, werden die pneumatischei Vibratoren 34 (34-2 und 34-3) mittels der Luftversor gung 22 betätigt. Im einzelnen ist ein Vibrator oder ein« Vibratorkuppe mit Magnetventilen 48 verbunden. Jede

Magnetventil 48 wird während des Betriebes des Systems offengehalten, und es ist jedes Magnetventil mit einem Luftverteiler 52 verbunden, der die Luft gleichmäßig auf alle Magnetventile verteilt Bei Bedarf kann ein einziges große; Magnetventil mit allen Vibratoren verbunden sein, und es kann auch ein pneumatisches Ventil anstelle einer Magnetanordnung zum Betrieb des Luftventils verwendet werden. Wie dem auch sei die Magnetventile 48 werden elektrisch mittels einer Treiberschaltung 50 betätigt, die mit dem Mikroprozessor 26 über die Hardware-Schutzschaltung 32 verbunden ist Wenn eine übermäßige Prüfbeanspruchung oder andere schädliche Zustände auftreten, öffnet die Hardware-Schutzschaltung 32 den Stromkreis zwischen dem Mikroprozessor 26 und der Treiberschaltung 50, um die Magnetventile 48 zu schließen und dadurch Aen weiteren Zustrom von Luft zu den Vibratoren 34 zu verhindern. Auf diese Weise wird die Erregung des Rütteltisches 20 beendet. Das Signal der Treiberschaltung 50 bewirkt auch das öffnen eines Lüftungsventils 51, das an den Luftverteiler 52 angeschlossen ist, so daß der Druck im Luftverteiler abfallen kann.

Der Luftverteiler 52 umfaßt einen Luftraum, der den gleichmäßigen Zustrom von Druckluft zu allen Vibratoren gewährleistet. Er unterliegt nur der einschränkenden Bedingung, daß er ausreichend klein sein muß, um schnell genug auf Änderungen des Luftdruckes und der Luftmenge anzusprechen. Druckschalter 54 und Schaltereingänge 56 sind zwischen den Luftverteiler 52 und den Mikroprozessor 26 in Serie geschaltet und können verschiedenen Zwecken dienen. Sie können als Begrenzerschalter dienen, um den Zustrom von Luft zum Luftverteiler zu unterbrechen, wenn der Luftdruck unter einen voreingestellten Wert abfällt, oder um den Luftstrom abzuschalten, wenn der Druck zu hoch ist. Sie können ferner gewährleisten, daß der Druck in dem Luftverteiler vor dem Beginn einer Prüfung eine angemessene Höhe hat. Bei Bedarf können Dmckmeßwandler anstelle von Druckschaltern benutzt werden, damit der genaue Wert des Druckes bestimmt oder für einen automatischen Betrieb des Systems bei beliebigen Beschleunigungspegeln eingestellt werden kann.

Der Luftverteiler 52 wird durch eine variable öffnung 58 über eine Leitung 89 gespeist. Der Zweck der variablen Öffnung besteht darin, den Druckpegel im Luftverteiler zeitlich zu ändern, so daß eine größere oder kleinere Luftmenge den pneumatischen Vibratoren 34 zugeführt wird, die ihrerseits dann Schwingungen verschiedener Stärke auf die treibende Struktur 36 übertragen. Die öffnung 58 mit variablem Querschnitt wird von einem Druchfluß-Einsteller 60 betätigt, der seinerseits vom Mikroprozessor 26 über eine Durchflußsteuerung 62 angetrieben wird. Die spezielle Ausbildung der variablen öffnung 58, für die Beispiele in den F i g. 20 bis 22 und 26 angegeben sind, bestimmt den speziellen Aufbau des Durchfluß-Einstellers 60. Wenn die variable Öffnung 58 mittels eines Drehschiebers veränderbar ist, wie es die F i g. 20 bis 22 zeigen, nimmt der Durchfluß-Einsteller 60 die Form eines Antriebes mit einer in einem beschränkten Winkelbereich drehbaren Welle an. Der Drehwinkel der Welle kann beispielsweise durch Grenzschalter 64 bestimmt sein. Bei anderen Arten variabler öffnungen, von denen eine beispielsweise in Fig. 26 dargestellt ist, können Grenzschalter 64 entfallen.

Der über größere Zeitintervalle gemittelte, allgemeine Druck der Luft, welche der variablen öffnung 58 zugeführt wird, wird von einem Druck-Einsteller 68 und einer Drucksteuerung 70 bestimmt, die von dem Mikroprozessor 26 aus betrieben wird. Da der Druck-Einsteller 68 mechanisch arbeitet, benötigt er Grenzschalter 72, um ein Überlaufen von Endstellungen zu vermeiden. Der Druckregler 66. soll gewährleisten, daß ein konstanter Strom von Luft mit konstantem Druck über eine Leitung 87 der variablen öffnung 58 über eine relativ lange Zeitspanne zugeführt wird.

ίο Dem Druckregler 66 wird die Luft von einer Druckluftquelle 74 über ein Luftfilter 76 zugeführt

Bevor bei der Benutzung des beschriebenen Systems das Prüfobjekt 42 einem Vibrationstest unterworfen wird, wird der Druck im Luftverteiler 52 mittels der Luftschalter 54 überprüft, so daß der Druckregler 66 auf einen bestimmten Druck und eine bestimmte Luftmenge eingestellt werden kann, die in einer monotonen Beziehung zu der erforderlichen Schwingungsanregung steht Nach Auslösen des Testes werden die mittleren Beschleunigungspegel während einer voreingestellten Zeitspanne, beispielsweise während 2,5 Minuten, von den Beschleunigungsmessern 44 überprüft, und es wird die Einstellung des Druckreglers 66 in Abhängigkeit von den gemessenen Beschleunigungen verändert. Wäh-

renddessen wird die variablcÖffnung 58 gemäß dem im Mikroprozessor 26 enthaltenen Programm in schneller Folge geändert, beispielsweise derart, daß nach jeweils 2,75 s eine Druckänderung erfolgt Die variable öffnung 58 wird verstellt, während die mittlren Beschleunigungspegel aufgenommen werden, um den mittleren Druck der den pneumatischen Vibratoren zugeführten Luft so zu verändern, daß der Mittel- oder Effektiv-Wert der Beschleunigung erhöht wird. Verbunden mit diesen Operationen ist die Betätigung der Grenzschalter 72 und 64 für den Druckregler und die variable öffnung, um zu verhindern, daß die Einsteller über die jeweiligen Endstellungen hinaus bewegt werden, sowie auch zur Übermittlung von Informationen zum Mikroprozessor 26.

Weitere Einzelheiten der elektrischen Funktionen und des Aufbaus des in F i g. 1 dargestellten Systems sind in Fig. 19 dargestellt. Die Druckluftsteuerung, die in Fig. 19 dargestellt ist, veranlaßt, daß ein Schrittschaltmotor, bei dem es sich um eine typische

Ausführungsform für den Durchfluß-Einsteller 60 handelt, einen Drehschieber oder ein äquivalentes Glied in vorbestimmter Weise gemäß einem im Mikroprozessor 26 gespeicherten Programm dreht. Weiterhin bewirkt die Druckluftsteuerung vermittels der Drucksteuerung 70, daß der Druckregler 66 den Druck der Luft, welche der variablen Öffnung 58 zugeführt wird, in Abhängigkeit von einem Druckschalter vor Beginn einer Vibrationsprüfung und in Abhängigkeit von Beschleunigungsmessern 44 F i g. 1 nach Beginn der

Prüfung zu ändern.

Wie in Fig. 19 im einzelnen dargestellt, ist der Mikroprozessor 26 mit zwei Zählern 114 und 116 verbunden. Der eine der Zähler ist dem Druckregler und der andere der variablen Öffnung zugeordnet. Mit beiden Zählern ist jeweils ein Oszillator 118 bzw. 120 verbunden, die jedoch bei zurückgestellten Zählern nicht schwingen. Mit dem Mikroprozessor 26 sind Speicherglieder 122 und 124 verbunden, die ihrerseits mit Richtungssteuerungen 126 bzw. 128 verbunden sind und in die der Mikroprozessor die Richtung eingibt, in der die Querschnittsfläche der Öffnung oder der Druck je nach Bedarf vergrößert oder verkleinert wird. Die Richtungssteuerungen 126 und 128, die jeweils 2

NAND-Glieder umfassen können, empfangen auch die Signale, die zwischen den zugeordneten Zählern und Oszillatoren 114 und 118 bzw. 116 und 120 übertragen werden. Außerdem sind die Ausgänge der Richtungssteuerungen 126 und 128 über Leitungen 130 und 132 mit je einem Treiber 134 bzw. 136 verbunden. Nach Beginn des Zählens senden die Oszillatoren 118 und 120 Impulszüge über eine der Leitungen 130 oder 132 der. Treibern zu. Die Impulszüge auf der Leitung 130 bewirken eine Druckerhöhung bzw. ein Vergrößern der öffnung, während die Impulszüge auf der Leitung 132 ein Vermindern des Druckes bzw. ein Vermindern der öffnung zur Folge haben. Die Treiber 134 und 136 haben einen Antrieb der Einstelier 68 bzw. 60 in oder entgegen dem Uhrzeigersinne zur Folge.

Aufgrund des vom Mikroprozessor 26 gelieferten Signals und dem Beginn des Zählens, d. h. der Anzahl der Schritte, welche die Einsteller 60 oder 68 auszuführen haben, beginnt der entsprechende Oszillator zu schwingen. Das Ausgangssignal des Oszillators 120 vermindert den Stand des Zählers, bis dieser erneut den Wert Null erreicht Gleichzeitig werden die Signale der Zähler 114 und 116 zum Mikroprozessor 126 zurückgeführt, wie es die Kästchen 138 andeuten, um den Mikroprozessor darüber zu informieren, ob die Oszillatoren arbeiten oder nicht

Bei dieser Operation werden die Grenzschalter 72 und 64 für den Druckregler und die variable öffnung durch eine geeignete Hilfsspindel oder einen Nocken betätigt, um deren Verstellweg zu begrenzen. Die Schalter sind dazu eingerichtet, Signale an einer Betätigung der Einsteller über die gewünschten Grenzen hinaus zu hindern, sowie auch eine entsprechende Information dem Mikroprozessor 26 zuzuführen.

Die Operation des Rückkopplungs- und Schutzsystems 28 soll nun an Hand Fig. 1 näher erläutert werden. Dieses System empfängt Signale von den Beschleunigungsmessern 44 und hat zwei Funktionen. Die eine besteht in einem Überbeanspruchungsschutz während der Prüfung, während die andere in der Übertragung von Informationen über den Schwingungstest an den Mikroprozessor besteht.

Für die letztgenannte Funktion wird ein Tiefpaßfilter und Abtast- und Haltekreis 46, ein Multiplexer 140 und ein Analog/Digital-Umsetzer 142 benutzt Der Zweck besteht darin, das von ausgewählten Beschleunigungsmessern gelieferte Analogsignal in entsprechende digitale Signale umzusetzen , um den Effektivwert der Beschleunigungen zu ermitteln, denen das Prüfobjekt ausgesetzt ist. Um eine Abschirmung bezüglich mehrer Achsen zu erzielen, ist eine Mittelung über zwei bis sechs Beschleunigungsmesser-Signale für wenigstens zwei von drei orthogonalen Richtungen erforderlich. Der Multiplexer 140 gestattet die gleichzeitige Behandlung von Signalen, die von mehr als einer Achse abgeleitet sind. Im Betrieb veranlaßt der Mikroprozessor 26 über die Leitung 143 das Abtasten und Halten der Signale der Beschleunigungsmesser sowie die Auswahl des Kanals oder Beschleunigungsmesser-Signals, das vom Multiplexer 140 de.n Analog/Digital-Umsetzer 142 zugeführt werden soll. Ein Kanalwähler 145 bestimmt die Anzahl der Beschleunigungsmesser-Kanäle, die der Mikroprozessor 26 im Multiplexer 140 aufzurufen hat.

Zur Erfüllung der Schutzfunktion umfaßt das System 28 einen Hilfs-Multiplexer 144, einen Pseudo-Spitzendetektor 146 und eine Schutzeinrichtung 148. Diese Komponenten haben einen üblichen Aufbau. Im Betrieb bestimmt der Kanalwähler 145 die Anzahl der Beschleunigungsmesser-Kanäle, die der Hilfs-Multiplexer 144 abtasten soll, damit ungefilterte Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser 44 diesen Komponenten und anschließend der Hardware-Schutzschaltung 32 zugeführt werden. Wenn der Vibrationspegel des Rütteltisches 20 zu groß wird, was von den Beschleunigungsmessern 44 festgestellt wird, wird diese Information so verarbeitet daß die Hardware-Schutzschaltung 32 das Betriebssignal unterbricht, welches der Mikroprozessor 26 den Magnetventilen 48 zuführt um dadurch eine weitere Zufuhr von Luft zu den pneumatischen Vibratoren 34 zu verhindern.

Die Druckschalter 54 werden dazu benutzt den Druck im Luftverteiler 52 festzustellen und den Druck auf einen gewünschten Wert einzustellen. Es werden wenigstens zwei Druckschalter benutzt nämlich einen für den Nominaldruck und einen für niedrigen Druck, um den Betriebsdruck einzustellen und einen Vibrationstest bei einem ausgewählten niedrigen Druck abzubrechen und Vibrationen unterhalb einer bestimmten Schaltereinstellung zu verhindern. Bei Bedarf kann ein Hochdruckschalter dazu verwendet werden, über einem vorgegebenen Pegel liegende Vibrationen zu verhindern.

Das Bedienungs-Interface 30 ist mit dem Mikroprozessor 26, einer Zeitschaltung 150 und der Hardware-Schutzschaltung 32 gekoppelt und umfaßt jene Funktionen, die vom Benutzer ausgelöst oder dem Benutzer angezeigt werden. Ein Betriebsschalter 152 dient zur Betätigung des Magnetventils zum Auslösen und zum Beenden eines Tests. Ein Prüfzeit-Anzeiger 154 und ein Prüfpegel-Anzeiger 156 umfassen beide Ziffernfelder, von denen das eine die Dauer einer laufenden Vibrationsprüfung und das andere den Effektivwert der während der Prüfung angewendeten Beschleunigung anzeigt Ein Prüfzeit-Einsteller 158 und ein Prüfpegel-Einsteller 160 bestehen beispielsweise aus Drehschaltern zum Einstellen der Dauer einer Vibrationsprüfung und der Höhe der anzuwendenden Beschleunigungen.

Die Zeitschaltung 150 ist zwischen den Mikroprozessor 26 und die Hardware-Schutzschaltung 32 geschaltet und soll es dem Benutzer ermöglichen, die Dauer eines Tests einzustellen, nach deren Ablauf das Steuersystem die Vibrationen beendet. Die Zeitschaltung enthält eine Anzahl Zähler, die so geschaltet sind, daß der Prüfzeit-Einsteller 158 den Zähler-Einschaltbefehl des Mikroprozessors 26 darstellt. Das Ausgangssignal des Zählers wird dem Prüfzeit-Anzeiger 144 zugeführt und zeigt die Restzeit der Testdauer an. Bei Erreichen der Zeit Null am Ende der Prüfzeit wird der Hardware-Schutzschaltung 32 ein Signal zugeführt, welches ein Beenden des Test veranlaßt. Das gleiche Signal wird auch dem Mikroprozessor 26 zugeführt.

Die Hardware-Schutzschaltung 32 dient dazu, die verschiedenen Überwachungsschaltungen, die vom Benutzer zu betätigenden Eingabeeinrichtungen und den Mikroprozessor 26 miteinander zu verbinden. Die Fehlerüberwachung erfolgt durch Zusammenwirken der Schutzeinrichtung 148, der Zeitschaltung 150 und des Betriebsschalters 152. Wenn das System eingeschaltet und ein Test ausgelöst wird, werden die Magnetventile 48 vollständig vom Mikroprozessor 26 über die Hardware-Schutzschaltung 32 vom Mikroprozessor 26 gesteuert. Wenn jedoch beispielsweise die Schutzeinrichtung 148 einen übermäßig hohen Prüfpegel feststellt, verliert der Mikroprozessor den Einfluß auf die Magnetventile. Das gleiche Ergebnis stellt sich ein,

wenn die Zeitschaltung das Ende der Prüfzeit angibt Der Zustand der Hardware-Schutzschaltung 32 wird von Zustands-Anzeigern 161 angezeigt

Der Mikroprozessor 26 hat mehrere Funktionen. Er bewirkt die Modulation des Luftdruckes, empfängt und verarbeitet die von den Beschleunigungsmessern gelieferten Schwingungssignale und führt Funktionstests durch. Die Modulation des Luftdruckes erfolgt durch Variation des Durchlaß-Querschnittes der variablen öffnung 58. Der Mikroprozessor empfängt und verarbeitet die von den Beschleunigungsmessern 44 gelieferten Signale, nachdem sie das Tiefpaßfilter und den Abtast- und Haltekreis 46, den Multiplexer 140 und den Analog/Digital-Umsetzer 142 passiert haben. Die empfangenen Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser ermöglichen es dem Mikroprozessor, Unregelmäßigkeiten der Beschleunigung festzustellen. Er ermittelt auch den effektiven Beschleunigungspegel, der vom Priifpegel-Anzeiger 156 angezeigt wird, und vergleicht ihn mit intern programmierten oberen und unteren Grenzwerten, um die Schwingungen einzuhalten, wenn der effektive Beschleunigungspegel die programmierten Grenzen überschreitet Außerdem wird der ermittelte mittlere Beschleunigungspegel zur Steuerung des Druckreglers 66 benutzt Das System und die inhärente Betriebsüberwachung sind so ausgebildet, daß das Auftreten von Fehlern in der Schaltungsanordnung oder in den mechanischen Einrichtungen festgestellt wird.

Solche Mikroprozessoren sind allgemein bekannt. Für die Zwecke der Erfindung ist ein Acht-Bit-Mikroprozessor geeignet, obwohl auch andere Größen verwendet werden können. Seine Hauptbestandteile umfassen einen Schreib-Lese-Speicher (RAM) und einen Festspeicher (ROM) sowie die erforderlichen Eingabe- und Ausgabe-Register. Statt dessen kann auch ein Minicomputer oder Mikrocomputer verwendet werden.

Im Betrieb ist der Mikroprozessor so programmiert, daß er die Querschnittsfläche der variablen Öffnung 58 in Abständen von 1 bis 2 s fortlaufend verändert, um zu verhindern, daß der Rütteltisch 20 irgendeinen festen Schwingungszustand annimmt, insbesondere den Schwingungszustand einer Eigenfrequenz. Demgemäß wird die Art der Schwingungsanregung, der die treibende Struktur 36 ausgesetzt wird, alle 1 bis 2 s geändert, bevor irgendwelche zuvor angeregten Schwingungen abklingen können. Diese mittels der variablen öffnung 58 bewirkten Änderungen sind pseudozufällig und können jede gewünschte Verteilung, beispielsweise eine gleichförmige Verteilung, haben. Wie oben angegeben, ist mit »pseudozufällig« gemeint, daß eine mathematische Methode oder ein Algorithmus zur Auswahl einer Zahlenfolge existiert. Diese Folge ist insoweit zufällig, als sie gewissen statistischen Gesetzen der Zufälligkeit folgt Der Vorsatz »pseudo« bedeutet, daß die Zufälligkeit nicht rein zufällig ist, weil die Folge das Ergebnis bestimmter Berechnungen ist »Gleichförmigkeit« bedeutet, daß die verschiedenen möglichen Antriebsdrücke, die im Luftverteiler 52 herrschen können, mit gleicher Wahrscheinlichkeit auftreten. Bei einem Ausführungsbeispiel kann die variable Öffnung 158 auf einhundertachtundzwanzig öffnungswerte eingestellt werden. Demgemäß wurde zur Bestimmung der Zufallszahl im Programm des Mikroprozessors der folgende Algorithmus gewählt:

N₁₊₁ = [J +KN₁] modulo 127.

In dieser Gleichung ist /V die Zufallszahl mit 0</< 127, während/und K Konstanten sind.

Bei der in den F i g. 20 bis 22 dargestellten Anordnung bezeichnet A//die Winkelstellung des Drehschiebers. Bei der Anordnung nach Fig.26 bezeichnet N/ den gewünschten Druck im Luttverteiler. Um diesen gewünschten Druck zu erhalten, muß eine bestimmte Kombination der vorhandenen Öffnungen offen sein. Bei dem dargestellten Beispiel können 128 verschiedene

ίο Kombinationen von Durchtrittsöffnungen verwendet werden, und es definiert jede Kombination einen bestimmten Strömungsquerschnitt Da die Beziehung zwischen der Querschnittsfläche und dem im Luftverteiler 52 herrschenden Druck empirisch feststellbar ist (s.

beispielsweise F i g. 27), ist es möglich, dem gewünschten augenblicklichen Druck N/ im Luftverteiler eine augenblickliche Kombination offener öffnungen zuzuordnen.
Wie oben angegeben, kann die variable öffnung 58 zusammen mit dem Durchfluß-Einstellcr 60 und den Grenzschal tern 64, sofern solche erforderlich sind, durch die Anordnungen verwirklicht werden, wie sie die Fig.20 bis 22 und 26 darstellen. Die Fig.20 bis 22 zeigen eine Schieberanordnung 178, die einen nach Art einer Nockenscheibe ausgebildeten Drehschieber 180 und eine Durchlaßöffnung 182 in einer Wand 184 umfassen. Der Drehschieber 180 befindet sich zusammen mit dem die Durchlaßöffnung 182 aufweisenden Abschnitt der Wand 184 in einem Gehäuse 185, von dem

ic, aus die Leitungen 187 und 189 zum Druckregler 66 bzw. zum Luftverteiler 52 führen. Der Drehschieber 180 ist mit einer Antriebswelle 186 verbunden, die ihrerseits von einem Schrittmotor 188 angetrieben wird. Demgemäß bildet die Schieberanordnung 178 eine Ausführungsform der variablen Öffnung 58, während die Antriebswelle 186 und der Schrittmotor 188 eine Ausführungsform des Durchfluß-Einstellers 60 nach F i g. 1 bilden. Weiterhin sind die Grenzschalter 64, die in Fig. 1 angedeutet sind, auch in Fig.22 als Grenzschalter 64a und 64£> vorhanden, welche die Endstellungen der Drehbewegung des Drehschiebers 180 der Anordnung nach F i g. 22 bestimmen. Zu diesem Zweck weist der Drehschieber 180 einen Ansatz 180a auf, der in den Endstellungen an den Grenzschaltern 64a, b zur Anlage kommt.

Der Drehschieber 180 und die Durchlaßöffnung 182 sind in solcher Weise ausgebildet und zueinander angeordnet, daß der Rand 190 des Drehschiebers die Durchlaßöffnung mehr oder weniger abdeckt bzw. freigibt. Dabei ist sowohl der Rand 190 des Drehschiebers als auch der Querschnitt der Durchlaßöffnung 182 so gestaltet, daß bei einer Änderung der Winkelstellung des Drehschiebers in bezug auf die Durchlaßöffnung der Öffnungsquerschnitt gemäß einer vorbestimmten Beziehung geändert wird. Während eines Tests bewirkt die durch den Algorithmus im Mikroprozessor 26 erzeugte Pseudo-Zufallszahl ein Verdrehen des Drehschiebers 180 gegenüber der Durchlaßöffnung 182 nach jeweils 2,75 s entweder im oder entgegen dem Uhrzeigersinn,

bo so daß der Öffnungsquerschnitt, der von den Rändern des Drehschiebers 180 und dor Durchlaßöffnung 182 begrenzt wird, in zufälliger Weise vergrößert oder vermindert wird, damit Luftmengen nach einer pseudozufälligen Verteilung den pneumatischen Vibratoren 34 zugeführt werden.

Zur Bestimmung der Form des Randes 190 des Drehschiebers 180 in Verbindung mit der Form der Durchlaßöffnung 182 kann die in den FiE. 23 bis 25

veranschaulichte Methode angewendet werden. Die grundlegenden Beziehungen sind in Fig.23 dargestellt und beruhen auf der Grundlage, daß eine Modulation der Vibrationsfrequenz durch eine Modulation des Öffnungsquerschnittes erzielt wird, der sich aus dem Zusammenwirken zwischen der Durchlaßöffnung 182 und dem Rand 190 des Drehschiebers ergibt. Es wurde eine analytische Formel [1] abgeleitet, welche den Luftstrom durch die öffnung zum Öffnungsquerschnitt und zum Druck im nachfolgenden Luftverteiler 52 in Beziehung setzt, wie es im Kasten 192 der F i g. 23 angegeben ist. Von der im Kasten 194 angegebenen Beziehung wurde eine empirische Formel [2] abgeleitet, welche die Abhängigkeit des den pneumatischen Vibrator durchfließenden Luftstromes, der dem Luftstrom durch die öffnung im stationären Zustand gleich ist, vom Druck im Luftverteiler angibt. Diese Formeln [1] und [2] werden zur Bildung eines Algorithmus [3] kombiniert (Kasten 1%), bei dem es sich um eine halbempirische Formel handelt, welche die Beziehung des Druckes im Luftverteiler zum Öffnungsquerschnitt angibt. Durch Kombination des Algorithmus [3] mit einer weiteren empirischen Beziehung (Kasten 198) zwischen dem Frequenzverhalten des Prüfobjektes und dem Druck im Luftverteiler wird die gewünschte Beziehung zwischen dem Frequenzverhalten des Priifobjektes und dem Öffnungsquerschnitt erhalten (Kasten 200).

Um die empirische Formel [2] gemäß Kasten 194 in F i g. 23 zu erhalten, werden Prüfungsergebnisse bezüglich eines oder mehrerer spezieller Vibratoren dazu benutzt, die Abhängigkeit des Luftstromes pro Vibrator in kg/s vom Druck im Luftverteiler (N/m²) festzustellen. Für jede Art von Rütteltisch ist in Fig. 24 eine lineare Beziehung dargestellt, welche die Durchschnittswerte für zwei oder mehr Vibratoren angeben, abgesehen von der Geraden 102, die für einen einzelnen Vibrator gilt. Die empirische Formel [2] ist unmittelbar die mathematische Darstellung dieser linearen Beziehungen, die an Vibratoren von Rütteltischen ermittelt wurden, wie sie beispielsweise in den F i g. 2 und 7 mit V-förmigen Plattenanordnungen dargestellt sind, abgesehen von der Kurve 102, die für einen einzelnen Vibrator gilt.

Die analytische Formel [1] gemäß Kasten 192 it F i g. 23 wurde an Hand der Beziehung zwischen den Luftstrom durch die öffnung als Funktion dei Öffnungsquerschnittes und des Druckes im Luftverteilei wie folgt berechnet:

m = 4.044 · 10*³C₀

ι» In dieser Gleichung ist

(1+0.2 M²Y

m der Luftstrom in kg/s

C₁, eine Funktion von pjp_d, die aufgrund experimen teller Daten erhalten wurde, die in einem Aufsati von J. A. Perry: »Critical Flow Through Sham Edged Orifices« in Trans. ASME, Vol. 71, Seiter 757-764, Oktober 1949, veröffentlicht sind.

M Machzahl des Luftstromes durch die Öffnung, die gegeben ist durch

_ jV5[(pj

- Π, pJPd< 1-893
,/>„/>„> 1.893

y> p_u der vom Druckregler 66 bestimmte Druck vor dei

Öffnung 58 in N/m²

p_d Druck im Luftverteiler in N/m² und
A Öffnungsquerschnitt in m².

Jo Die empirische Formel (2) gemäß Kasten 194 ir Fig. 23 wird von der in Fig. 24 dargestellter Kurve 104 abgeleitet und hat die Formel

m = [1.097 · 10*³ + (1.265 ■ \0~^s){p'_d - 2.152 · Vf)]N. (2)

In dieser Gleichung ist

N die Anzahl der Vibratoren.

Durch Kombination der Formeln (1) und (2) wird dei Algorithmus [3] gemäß Kasten 196 in Fig. 23 ge wonn-;n, der die folgende Form hat:

[1.097 ■ IQ'³+ (1.265 - IQ'⁸)^ - 2.152

4.044- 10"³C_ß

(1 + 0.2 M¹Y

Die empirische Beziehung, die im Kasten 198 in Fig.23 angegeben ist und die Abhängigkeit des Frequenzverhaltens des Prüfobjektes von dem Druck im Luftverteiler angibt, wird von experimentellen Daten gewonnen, für die eine charakteristische Kurve 108 in F i g. 25 dargestellt ist Die empirische mathematische Beziehung, die von der Kurve 108 abgeleitet wird, wird mit dem Algorithmus [3] gemäß Kasten 196 in F i g. 23 kombiniert, um die Beziehung zwischen dem Frequenzverhalten des Prüfobjektes und dem Öffnungsquerschnitt zu gewinnen, die im Kasten 200 der Fig.23 angegeben ist und die es ermöglicht, das angestrebte Ziel zu erreichen, durch Modulation des öffhungsquerschnittes eine Frequenzmodulation zu erzielen. Auf Grund dieser Informationen wird der Rand 190 in Verbindung mit der Druchlaßöffnung 182 gestaltet

Bei der Gestaltung des Drehschiebers 180 wurde angestrebt, daß der Druck im Luftvertefler eine lineare Funktion der Winkelstellung des Drehschiebers ist Da

so der Öffnungsquerschnitt eine nicht lineare Funktion dei Winkelstellung des Drehschiebers ist, mußte der Ram des Drehschiebers die veranschaulichte Form erhalten Die Entscheidung zur Verwendung einer linearer Funktion war durch die Annahme begründet, daß die effektive Beschleunigung eine lineare Funktion de Druckes im Luftverteiler ist und daß die Programmie rung einer linearen Funktion im Verhältnis zin Programmierung anderer Funktionen relativ einfach ist Es versteht sich jedoch, daß dann, wenn aus irgendeinen Grund eine nicht lineare Funktion erwünscht ist, dei Drehschieber 180 und die Durchlaßöffnung 182 gemäf der gewünschten Funktion gestaltet werden können.

Ebenso kann eine Anordnung zur Erzeugung einei variablen öffnung auch in anderer Weise ausgebilde sein, wie es beispielsweise Fig.26 zeigt Bei des Anordnung nach Fig.26 wird mit einer Anzah Magnetventilen 410 der Luftstrom durch eine Anzah öffnungen 412, 414, 416, 418 und 420 verschiedene!

Größe zu. Bei Bedarf können die öffnungen 412 bis 420 auch die gleiche Größe haben. In jedem Fall kann durch Auswahl der öffnungen ein resultierender Öffnungsquerschnitt erzielt werden, der zwischen einem Minimalwert und einem Maximalwert schrittweise variiert werden kann. Solche Ventil-Öffnungs-Kombinationen sind beispielsweise in den US-PS 37 26 296, 37 46 041, 37 72 877, 37 85 389 und 38 75 955 beschrieben. Mit Hilfe des vorstehend behandelten, teilweise analytischen und teilweise experimentellen Programmes kann eine quantitative Beziehung zwischen dem Gesamtquerschnitt und dem resultierenden Druck im Luftverteiler hergestellt werden. Diese halbempirische

Beziehung ist durch die Kurve 422 in Fig. 27 veranschaulicht. Während eines Vibrationstests ist es beispielsweise erwünscht, eine gleichförmige pseudozufällige Verteilung der Werte des Druckes im Luftverteiler zu haben, was dadurch erzielt werden kann, daß eine geeignete ungleichförmige pseudo-zufällige Verteilung der Werte des Gesamtquerschnittes aus dem Diagramm nach F i g. 27 ausgewählt wird.

Obwohl die Erfindung an Hand spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, versteht es sich, daß diese Ausführungsbeispiele in vielfältiger Hinsicht abgeändert und modifiziert werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Hierzu 20 UIaU Zcichnunucn

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Vibrationsprüfgerät mit einem von Vibratoren angetriebenen Träger für ein Prüfobjekt, dem von den Vibratoren gleichzeitig in bezug auf mehrere Achsen eine quasizufällige Bewegung erteilt wird, und mit einer mit den Vibratoren gekoppelten Einrichtung, die eine automatische Variation der von den Vibratoren erzeugten Bewegung im Sinne einer :o Erhöhung der Zufälligkeit der Bewegungsabläufe bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger für das Prüfobjekt (42) und die Vibratoren (34) durch eine geschlossene Schleife (22,24,26,28) zur Erfassung und Regelung der Stärke der gleichzeitig in bezug auf mehrere Achsen erfolgenden Bewegungen gekoppelt sind.

2. Vibrationsprüfgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschlossene Schleife (22, 24, 26, 28) mit dem Träger verbundene Beschleunigungsmesser (44) zum Feststellen der dem Prüfobjekt erteilten Bewegungen, eine mit den Beschleunigungsmessern gekoppelte Vergleichseinrichtung (26) zur Erzeugung von Fehlersignalen in Abhängigkeit von den Abweichungen, welche die erteilten Bewegungen von einem vorgegebenen Bewegungsablauf haben, und eine auf die Fehlersignale ansprechende Steuereinrichtung (24) für mit den Vibratoren (34) gekoppelte Antriebseinrichtungen (22) umfaßt.

3. Vibrationsprüfgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (26) eine zeitliche Mittelung der Ausgangssignale der Beschleunigungsmesser (44) bewirkt

4. Vibrationsprüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vibratoren (34) als pneumatische Vibratoren ausgebildet sind, die an eine Druckluftquelle (74) angeschlossen sind, und daß zwischen der Druckluft-Suelle (74) und den Vibratoren (34) wenigstens eine »ffnung (58) mit periodisch variablem Querschnitt angeordnet ist, durch welche hindurch den pneumatischen Vibratoren (34) ein sich periodisch ändernder Luftstrom zugeführt wird.

5. Vibrationsprüfgerät nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Druckluftquelle (74) und die variable öffnung (58) ein Druckregler (66) geschaltet ist, der mit der Vergleichseinrichtung (26) gekoppelt ist und eine mittlere Stärke sowie einen mittleren Druck des Luftstromes für eine Zeitdauer einstellt, die lang ist im Verhältnis zur periodischen Änderung des Querschnitts der variablen öffnung (58).

6. Vibrationsprüfgerät nach Anspruch 2,4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Beschleunigungsmessern (44) eine Schutzeinrichtung (148) gekoppelt ist, die auf Beschleunigungswerte anspricht, die für das Prüfobjekt schädlich sein können, daß mit der Vergleichseinrichtung (26) ein Zeitgeber (150) zur Festlegung der Betriebszeit der Vibratoren (34) und zur Beendigung der Behandlung des Prüfobjekts gekoppelt ist, und daß zwischen die Vergleichseinrichtung (26) und die Druckluftquelle (74) eine Hardware-Schutzeinrichtung (32, 50, 48) gekoppelt ist, die einen Betrieb der Vibratoren nach dem Auftreten möglicherweise schädlicher Beschleunigungen oder nach Ablauf der Betriebszeit der Vibratoren (34) verhindert.

7. Vibrationsprüfgerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger für das Prüfobjekt aus einer treibenden Struktur (36), einer das Prüfobjekt (42) aufnehmenden getriebenen Struktur (38) und einer die treibende und die getriebene Struktur verbindenden visko-elastischen Struktur (40) besteht, die das Schwingungsverhalten der treibenden und der damit zusammenwirkenden getriebenen Struktur bestimmt

8. Vibrationsprüfgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Träger (36,38,40) ein Schwingungsregler (250,350) verbunden ist, der die charakteristischen Schwingungen, denen das Prüfobjekt (42) ausgesetzt ist, durch Verändern des Schwingungsverhaltens des Trägers einzustellen gestattet

9. Vibrationsprüfgerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungsregler (250, 350) zum Verändern der Steifigkeits- und Dämpfungseigenschafien der visko-elastischen Struktur (40) eingerichtet ist

10. Vibrationsprüfgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Prüfobjekt (42) aufgeprägten Schwingungen ein Beschleunigungsspektrum darstellen und die visko-elastische Struktur (40) nichtlineare Übertragungseigenschaften aufweist und zusammen mit Elementen des Schwingungsreglers (250, 350) an ausgewählten Stellen zwischen der treibenden und der getriebenen Struktur (36, 38) angeordnet ist, an denen eine selektive Kontrolle der Übertragung von Schwingungsanregungen möglich ist, so daß die Beschleunigungen auf einen ausgewählten Frequenzbereich, dessen Grenzen veränderbar sind, beschränkt werden können und die Übertragung von Schwingungsanregungen jenseits des ausgewählten Frequenzbereiches verhindert werden können.

11. Vibrationsprüfgerät nach Anspruch 10, da-. durch gekennzeichnet daß das Material der visko-elastischen Struktur (40) in Verbindung mit dem Schwingungsregler (250, 350) derart angeordnet ist, daß zusammen mit einer Änderung des Schwingungsverhaltens eine Änderung der Beschleunigungsgrenzen eintritt.

12. Vibrationsprüfgerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die visko-elastische Struktur (40) ausgeübte Anpreßdruck veränderbar ist.

13. Vibrationsprüfgerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die treibende Struktur (36) mit einem relativ starren Gestell sowie mit der getriebenen Struktur durch Koppelglieder (250,350) verbunden ist, die selektiv eine Schwingbewegung der treibenden Struktur (36) bzw. Rleativbewegungen zwischen der treibenden und der getriebenen Struktur (36,38) hemmen, um dadurch partielle und echte Knotenstellen zu schaffen, durch welche die Anregung ausgewählter Grundschwingungen und deren Harmonischen durch die Schwingungsanregungen begünstigt und infolgedessen die Liniendichte und der Frequenzumfang des Spektrums beeinflußt wird.

14. Verfahren für eine quasi-zufällige Variation der Schwingungsfrequenzen, denen ein Prüfgerät ausgesetzt wird, bei dem eine Anzahl gleichzeitig erzeugter Schwingungen überlagert und dem Priifobjekt gemeinsam zugeführt werden, dadurch

gekennzeichnet, daß die Erzeugung der Schwingungsfrequenzen im Verhältnis zu den Durchschnittswerten der Beschleunigung, die an dem gerüttelten Prüfobjekt gemessen werden, schnell erfolgt

Die Erfindung betrifft ein Vibrationsprüfgerät mit ι ο einem von Vibratoren angetriebenen Träger für ein Prüfobjekt, dem von den Vibratoren gleichzeitig in bezug auf mehrere Achsen eine quasi zufällige Bewegung erteilt wird, und mit einer mit den Vibratoren gekoppelten Einrichtung, die eine automatische Variation der von den Vibratoren erzeugten Bewegung im Sinne einer Erhöhung der Zufälligkeit der Bewegungsabläufe bewirkt Solche Vibrationsprüfgeräte dienen zur Untersuchung der Rüttel- und Beschleunigungsfestigkeit verschiedenster Erzeugnisse, zur Ur.iersuchung von schwingungsdämpfenden Einrichtungen und zu Untersuchungen während der Produktentwicklung.

Die im folgenden gebrauchten Ausdrücke »Quasi-Zufalls«- und »Pseudo-Zufalls«-Vibrationen werden wie folgt definiert »Quasi-Zufalls«-Vibrationen können als ein Linienspektrum beschrieben werden, das in gleichem Abstand angeordnete Linien aufweist, beispielsweise Harmonische, deren Grundfrequenz sich in einem begrenzten Frequenzbereich zeitlich willkürlich ändert, beispielsweise eine Änderung der Vibratorfrequenz während der Modulation, die ihrerseits eine zufällige Schwankung der Amplituden, beispielsweise Beschleunigungen, der Spektrallinien bewirkt. Die Grundfrequenz schwankt ausreichend stark, um ein im wesentlichen kontinuierliches Spektrum zu erzeugen, wenn über ein ausreichend langes Zeitintervall gemittelt wird. Mit »Pseudo-Zufalls«-Vibrationen ist gemeint, daß eine mathematische Methode oder ein Algorithmus zur Auswahl einer Folge von Zahlen existiert, die beispielsweise zur Modulation der Antriebsmittel für die Vibratoren benutzt wird. »Pseudo« bedeutet, daß keine reine Zufälligkeit vorliegt, weil die Zahlenfolge das Ergebnis einer vorbestimmten Berechnung ist.

Die weiterhin hier benutzten Begriffe »mehrere Freiheitsgrade«, »Spektrum« und »multimodal« werden wie folgt definiert. Die Bezeichnung »mehrere Freiheitsgrade« wird benutzt, um die Fähigkeit einer Struktur zu bezeichnen, in mehreren Richtungen innerhalb gewisser Grenzen gleichzeitig Translationsund Rotationsbewegungen auszuführen. »Spektrum«, wie beispielsweise in dem Ausdruck »intensives Vibrationsspektrum«, bedeutet die Gesamtheit der im Verlauf einer bestimmten Zeitspanne aufgetretenen Schwingungen, beispielsweise in GVHz als Funktion der Frequenz in Verbindung mit der jeweiligen Stärke der Vibration. »Multimodal« bedeutet das gleichzeitige Auftreten mehrerer struktureller Schwingungsformen oder dynamischer Verschiebungen.

Weiterhin ist der hier gebrauchte Ausdruck »Knoten« als eine Stelle definiert, an der bei einer bestimmten bo Schwingungsform im wesentlichen keine Bewegung stattfindet Mehrere Knoten sind für höhere Schwingungstypen und demgemäß für höhere Vibrationsfrequenzen charakteristisch. Als »Knotenlinie« wird eine Anzahl miteinander verbundener Knoten bezeichnet Ein »partieller Knoten« sowie eine »partielle Knotenlinie« bezeichnet einen Knoten oder eine Knotenlinie, an dem bzw. der keine absolute Bewegungslosigkeit vorliegt

Es ist bekannt zur Abschirmung von Einrichtungen, wie beispielsweise Radargeräten. Infrarot-Sichtgeräten und Raketen, die sich an Bord von Flugzeugen befinden, gegen Vibrationen einachsige mechanische Vibrationsgeräte zu verwenden, die auf einer Grundfrequenz erregt wurden und bezüglich der Harmonischen ungeregelt waren. Andererseits wurden elektrodynamische Rütteleinrichtungen und Regelsysteme einzeln für die einachsige Prüfung und, in Gruppen, für eine mehrachsige Prüfung verwendet Solche Systeme sind sehr kostspielig, und es bereiten mehrachsige Konfigurationen erhebliche Probleme bezüglich der Kohärenz der eingegebenen Beschleunigungen.

Die Verwendung mehrerer pneumatischer Vibratoren zum Simulieren zufälliger Vibrationen wurde zuerst von General Dynamics Corporation in einem Aufsatz in »Shock & Vibration Bulletin«, Nr. 46, Teil 3, August 1976, Seiten 1 bis 14, vorgeschlagen. Dieser Aufsatz beschreibt einen Raketentest, bei dem neun pneumatische Vibratoren unmittelbar an einer frei aufgehängten Rakete angebracht wa~en. Auf diese Weise wurden die im Flug gemessenen, zufälligen Vibrationen angenähert. Das FrequenzspeKtrum und der Beschleunigungspegel wurde durch die Anzahl und durch die Größe der angebrachten Vibratoren sowie durch den mittleren Luftdruck bestimmt Der Druck der zugeführten Luft wurde periodisch moduliert, um ein Einrasten auf dem ersten Biegemodus der Raketen-Struktur zu verhindern und das Frequenzspektrum auszufüllen.

In einer Podiums-Diskussion, über die im »Journal of Environmental Sciences«, November/Dezember 1976, Seiten 32 bis 38, berichtet wurde, berichtete die Westinghouse Electric Corporation über die Entwicklung eines pneumatischen Vibratorsystems zum Testen von Ausrüstungen für Luftfahrzeuge. Danach sollen pneumatische Vibratoren unmittelbar an starren Vibrator-Aufnahmen befestigt werden, um eine Anregung längs zweier Achsen zu erzielen. Der Luftdruck wird im Hinblick auf ein Minimeren des Linienspektrums moduliert. Das Schwergewicht lag bei der Erzeugung eines wesentlichen Anteils der Vibrationsenergie bei Frequenzen unter 500 Hz.

In der US-PS 40 01 749 ist ein Rütteltisch beschrieben, dessen starre Prüfplatte mittels eines komplizierten hydraulischen Antriebssystems zeitlich variable Bewegungen mit sechs Freiheitsgraden erteilt werden. Die Bewegungen des Rütteltisches sind kontrollierbar, jedoch nur unter Anwendung eines sehr komplizierten und umfangreichen Systems.

Aus der US-PS 36 86 927 ist ein Verfahren zur Verbindung ausgewählter Platten, Träger oder konzentrischer Zylinder mit anderen Trägern oder resonanzfähigen Zwischenstrukturen bekannt, um multimodale Vibrationsfelder für Prüfobjekte zu schaffen. Bei dem bekannten System sind nur die Anregungsfrequenz und die Amplitude einstellbar.

In der US-PS 37 10 082 ist eine Methode zum Einstellen der Vibrationen auf einen vorbestimmten Frequenzgehalt bekannt, bei welcher das Vibrationsverhalten digital abgetastet wird, wozu analoge Sensoren und ein Digital/Analog-Umsetzer verwendet werden, durch eine Fourier-Transformation der Frequenzbereich festgestellt, der Frequenzbereich mit einem vorbestimmten Spektrum verglichen, mit einer Zufallszahl kombiniert, indem es mit dem Sinus und Koshus von vier Winkeln multipliziert wird, durch eine inverse Fourier-Transformation in den Zeitbereich transfor-