DE2945819A1 - Axial moment measuring in inertia measuring system - using monitoring of applied force when constant acceleration provokes constant oscillation - Google Patents

Axial moment measuring in inertia measuring system - using monitoring of applied force when constant acceleration provokes constant oscillation

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Abstract

The system subjects the test object (3) to a rotary acceleration about an axis, cuasing it to oscillate at a constant frequency and amplitude about this axis and the force acting when the rotary acceleration is constant is measured. Pref. the test object (3) is placed on the centre of a pivoted weighing pan (1) with a cardan mounting. The deflection of the weighing pan (1) is measured and compared with a reference value supplied from a preset store (6). The output of the comparator (5) is coupled to a load stage (13) connected via a current measuring device (8) to a drive (7) with an electromagnet for providing the rotary acceleration.

Description

Uerfahren und Uorrichtung zur Ermittlung des axialen Massent rägheitsmanentesExperience and device for determining the axial mass of inertia

eines Prüfkörpers Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des axialen Massenträgheitsmomentes eines PrUfkorpera, bei dem der Prüfkorper um eine Achse mit einer Drehbeschleunigung beaufschlagt und dadurch um diese Achse zum periodischen Schwingen mit konstanter Frequenz und konstanter Amplitude gebracht wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem gelenkig gelagerten Waageteller zur Aufnahne des Prüfkörpers und mit einem Regelkreis zur Konstanthaltung der Amplitude und der Frequenz der Schwingungen des Prüfkörpers, der eine Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von einem aus der Schwingungsamplitude des Prüfkörpers abgeleiteten Ausgangssignals eines die Schwingungen des Prüfkörpers abtastenden Aufnehmers eine die Schwingungen des Prüfkörpers erzeugende Antriebseinrichtung zur Erzielung einer konstanten Schwingungsamplitude regelt. of a test body The invention relates to a method and a device to determine the axial mass moment of inertia of a test body where the Test body applied to an axis with a rotational acceleration and thereby to this axis for periodic oscillation with constant frequency and constant amplitude is brought and a device for performing this method with a articulated scale plate for receiving the test body and with a control circuit to keep the amplitude and frequency of the vibrations of the test body constant, which has a setpoint / actual value comparison device which, as a function of a an output signal derived from the vibration amplitude of the test body the vibrations of the test body scanning the vibrations of the transducer Drive device generating test specimen to achieve a constant oscillation amplitude regulates.

Bei einer derartigen aus der DE-AS 17 98 041 bekannten Vorrichtung geht man von der Überlegung aus, daß sich das axiale Massenträgheitsmoment eines Prüfkörpers, der auf einem Schwingtisch Drehschwingungen ausführt, aus der Eigenfrequenz des Schwingungssvstems unter der Voraussetzung des Bekarntseins der Federkennzahl des Schwingungssystems und des Massenträgheitsmomentes des Schwingtisches sich bestimmen läßt. Dabei sollen Einflüsse aus Luftreibung, mechanischer Reibung und dergl., die zu einer Dämpfung der Schwingungen führen, dadurch beseitigt werden, daß die Schwingungsamplitude des Prüfkörpers konstant gehalten wird, um eine Anderung der Eigenfrequenz, aus der das Massenträgheitsmoment des Prüfkörpers ermittelt werden soll, zu verhindern. Bei Prüfkörpern, die gegenüber dem Schwingtisch eine geringe Masse aufweisen, sind die Anteile des Prüfkörpers an der Eigenfrequenz gering, was rwangelaufig zu Ungenauigkeiten bei der Bestimmung des Massentragheltsmomentes führt.In such a device known from DE-AS 17 98 041 one starts from the consideration that the axial mass moment of inertia of a Test body that executes torsional vibrations on a vibrating table from the natural frequency of the vibration system provided that the spring code is known of the vibration system and the moment of inertia of the vibration table are determined leaves. Influences from air friction, mechanical friction and the like. That lead to a damping of the vibrations, are eliminated by the fact that the vibration amplitude of the test body is kept constant in order to avoid a change in the natural frequency which the mass moment of inertia of the test body is to be determined. For test specimens that have a low mass compared to the vibrating table the proportions of the test body in the natural frequency are low, which leads to inaccuracies in determining the moment of inertia.

Aufgabe der Erfindung ist es im Gegensatz dazu, ein Verfahren und eine Uorrichtung zur Ermittlung des axialen Massenträgheitsmomentes eines Prüfktirpers zu schaffen, bei der unabhängig von der Eigenfrequenz des aus Prüfkörper und Schwingtisch bestehenden Schwingungssystems das axiale Massenträgheitsmoment abgeleitet werden kann.In contrast, the object of the invention is to provide a method and a device for determining the axial mass moment of inertia of a test body to create at the independent of the natural frequency of the test body and Swing table existing vibration system, the axial mass moment of inertia can be derived can.

Diese Aufgabe wird beim eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß bei konstanter Drehbeschleunigung die aufgewendete Kraft gemessen wird und bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch1 daß zur Durchführung dieses Verfahrens an die eine konstante Drehbeschleunigung an den Prüfkörper abgebende Antriebseinrichtung ein kraftmessendes Instrument angeschlossen ist.In the method mentioned at the outset, this object is achieved by that at constant angular acceleration the applied force is measured and at of the device mentioned at the beginning in that to carry out this method to the drive device which delivers a constant rotational acceleration to the test body a force measuring instrument is connected.

Während bei der aus der DE-AS 17 98 041 bekannten Vorrichtung zur Gewinnung des Istwertes der Schwingungsamplitude der Aufnehmer, welcher die Schwingungen des Prüfkörpers abtastet, ein winkelgeschwindigkeitsproportionales Ausgangeaignal liefert, das in einer Integrationseinrichtung und einer gesteuerten Gleichrichtereinrichtung erst in das drehwinkelproportionale Signal umgewandelt wird, kann bei der Erfindung als Aufnehmer ein Wegmeßwertaufnehmer, der direkt an die Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung angeschlossen ist, verwendet werden. Darüber hinaus muß bei der bekannten Vorrichtung eine Auswertung des der Eigenfrequenz entsprechenden Signals durchgeführt werden, um das Massentragheitsmoment des Prüfkörpers zu vermitteln. Im Gegensatz dazu gewinnt min unabhängig von der Eigenfrequenz aus der Kraftmessung, welche bei konstanter Drehbeschleunigung des Prüfkörpers durchgeführt wird, eine direkte Angabe für das Msssentrfigheitsmoment, di dieses dann direkt proportional der Kraft ist, die die Antriebseinrichtung aufwenden muß. Bei der Erfindung läßt sich das axiale Massenträgheitsmoment unmittelbar aus der auf den Prüfkbrper einwirkenden Drehbeschleunigung ableiten.While in the known from DE-AS 17 98 041 device for Obtaining the actual value of the oscillation amplitude of the transducer, which the oscillations of the test body scans, an output signal proportional to the angular velocity supplies that in an integration device and a controlled rectifier device is only converted into the signal proportional to the angle of rotation, can with the invention as a transducer, a displacement transducer which is directly connected to the setpoint / actual value comparison device connected. In addition, in the known device an evaluation of the signal corresponding to the natural frequency can be carried out, to convey the mass moment of inertia of the test body. In contrast, wins min independent of the natural frequency from the force measurement, which at constant Rotational acceleration of the test body is carried out, a direct indication for the Mass moment of inertia, which is then directly proportional to the force that the Must spend drive device. In the invention, the axial moment of inertia can be derived directly from the rotational acceleration acting on the test body.

Wenn die Erzeugung der Drehbeschleunigung in der Antriebseinrichtung mit Hilfe eines Elektromagneten erfolgt, läBt sich die Kraftmessung durch Messen des Stroms bei der Speisung des Elektromagneten einfach durchführen, da die Kraft dem Strom, der durch die Spule des Elektromagneten fließt, proportional ist.When the generation of the rotational acceleration in the drive device takes place with the help of an electromagnet, the force can be measured by measuring of the current when energizing the electromagnet simply perform as the force is proportional to the current flowing through the coil of the electromagnet.

Es ist auch möglich, den Prüfkörper mit Hilfe einer kardanischen Lagerung zu lagern, wobei wahlweise der Kardan in 90°- Komponenten arretiert werden kann. Es lassen sich dann die MassentrEgheitsmomente bezüglich zweier senkrecht aufeinander stehender Achsen ermitteln, wobei durch vektorielle Addition hieraus eine der Trägheitshauptachsen ermittelt werden kann.It is also possible to mount the test specimen with the help of a cardanic bearing to be stored, whereby the cardan can optionally be locked in 90 ° components. The mass moments of inertia with respect to two are then perpendicular to one another determine stationary axes, whereby by vectorial addition out of this one of the main axes of inertia can be determined.

In den beiliegenden Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.In the accompanying figures are exemplary embodiments of the invention shown. The invention is to be explained in greater detail on the basis of these figures. 1 shows a first exemplary embodiment and FIG. 2 shows a second exemplary embodiment.

In der Fig. 1 ist ein Waageteller 1 in einer Achse 2 drehbar gelagert. Es kann auch eine in der Fig. 2 dargestellte kardanische Lagerung 9 zum Einsatz kommen, um den Waageteller 1 gleichmäsig innerhalb eines Winkelbereiches von 3600 schwenkbar auszuführen. Die kardanische Lagerung 9 kann hierbei wahlweise in 90°- Komponenten durch Arretierungen 10, 11, 12 arretiert werden. Hierdurch ist es möglich, die Massenträgheitsmomente eines Prüfkörpers, der vorzugsweise mittig auf dem Waageteller 1 angeordnet ist, bezüglich zweier senkrecht zueinander liegender Achsen zu ermitteln. Hieraus kann dann durch vektorielle Addition auch eine der Trägheitshauptachsen ermittelt werden. Zur Ermittlung der Auslenkung X des Waagetellers 1 dient ein vorzugsweise berührungslos arbeitender Wegmeßwertaufnehmer 4, dessen Ausgangssignale an eine Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung 5 direkt weitergeleitet werden.In FIG. 1, a scale plate 1 is rotatably mounted in an axis 2. A cardanic bearing 9 shown in FIG. 2 can also be used come to the scale plate 1 uniformly within an angular range of 3600 to be swiveled. The cardan bearing 9 can optionally be set at 90 ° Components can be locked by locking devices 10, 11, 12. This makes it possible the mass moments of inertia of a test body, which is preferably in the middle of the scale plate 1 is arranged to determine with respect to two mutually perpendicular axes. One of the main axes of inertia can then also be derived from this by vectorial addition be determined. A preferably serves to determine the deflection X of the scale plate 1 non-contact measuring transducer 4, the output signals of which to a Setpoint / actual value comparison device 5 are forwarded directly.

Ein voreinstellbarer Speicher 6 dient zum Eingeben der vorgegebenen Auslenkungen X. Die Ausgangssignale der Vergleichseinrichtung 5 steuern einen Leistungsteil 13, der über ein Strommeß- und Anzeigeinstrument 8 eine Antriebseinrichtung 7 ansteuert, die zur Erzielung der Drehbeschleunigung einen Elektromagneten aufweist. Hierdurch läßt sich eine konstante Drehbeschleunigung, mit der die Antriebseinrichtung 7 auf den Waageteller 1 und den Prüfkörper 3 wirkt, erzielen. Um die Antriebsleistung möglichst gering zu halten, wählt man eine konstante Erregerfrequenz der Antriebseinheit 7, die vorzugsweise zwischen 5 und 10 Hz gewählt wird. Es muß sich hier nicht um die Eigenfrequenz des schwingenden Systems handeln.A presettable memory 6 is used to enter the specified Deflections X. The output signals of the comparison device 5 control a power section 13, which controls a drive device 7 via a current measuring and display instrument 8, which has an electromagnet to achieve the rotational acceleration. Through this can be a constant rotational acceleration with which the drive device 7 on the balance plate 1 and the test body 3 acts, achieve. To the drive power To keep it as low as possible, a constant excitation frequency of the drive unit is chosen 7, which is preferably chosen between 5 and 10 Hz. It doesn't have to be here act the natural frequency of the vibrating system.

Sobald eine konstante Drehbeschleunigung sich eingestellt hst, wird der vom Elektromagneten der Antriebseinrichtung 7 aufgenommene Strom durch das Instrument 8 gemessen und angezeigt. Das StrommeB- und Anzeigeinstrument 8 lI3t sich so eichen, daß die Anzeige direkt die Größe des Massenträgheitsmomentes des PrUfkörpers 3 darstellt. Durch Nulljustage ist vorher das Maseenträgheitsmoment des Waagetellers 1 kompensiert worden.As soon as a constant spin is set, will the from Electromagnet of the drive device 7 absorbed current measured and displayed by the instrument 8. The electricity meter and display instrument 8 can be calibrated in such a way that the display directly shows the size of the mass moment of inertia of the test body 3 represents. Due to the zero adjustment, the mass moment of inertia is previously of the weighing plate 1 has been compensated.

Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei dem in der Fig. 1 dargestellten Regelkreis entsprechende Regelkreise vorgesehen.In the embodiment shown in FIG. 2, there are two Control loops corresponding to the control loop shown in FIG. 1 are provided.

Dabei wirkt der eine Regelkreis mit dem oberen Waageteller 1 der Kardanlagerung 9 zusammen, während der andere Regelkreis am unteren Waagebalken 14 der Kardanlagerung angreift. Der untere Waagebalken 14 ist um eine Achse 15 verschwenkbar, die 90° versetzt ist zu einer Achse 16, um welche der oben angeordnete Waageteller 1 verschwenkbar ist. Während sowohl für den Waageteller 1 als auch den Waagebalken 14 jeweils ein Wegmeßwertsufnehmer vorzusehen ist, genügt es, wenn diese beiden Wegmeßwertaufnehmer an eine Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung angeschlossen sind, die einen Leistungsteil für die Stromversorgung der Antriebseinrichtungen für den Waagebalken 14 und des Waagetellers 1 ansteuert.One control circuit acts with the upper scale plate 1 of the cardan bearing 9 together, while the other control loop on the lower balance beam 14 of the cardan mount attacks. The lower balance beam 14 can be pivoted about an axis 15, which is 90 ° is offset to an axis 16 about which the weighing plate 1 arranged above can be pivoted is. While both for the balance plate 1 and the balance beam 14 each one If a position transducer is to be provided, it is sufficient if these two position transducers are connected to a setpoint / actual value comparison device, which has a power unit for the power supply of the drive devices for the balance beam 14 and des Controls weighing plate 1.

Insofern kann bei der Erfindung eine herkömmliche Auswuchtwaage mit horizontal angeordnetem Waageteller bzw. Waagebalken verwendet werden.In this respect, a conventional balancing scale can be used with the invention horizontally arranged balance plate or balance beam can be used.

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Claims (7)

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des axialen Massenträgheitsmomentes eines Prüfkörpers Patentansprüche: 1. Verfahren zur Ermittlung des axialen Massenträgheitsmomentes eines Prüfkörpers, bei dem der Prüfkörper um eine Achse mit einer Drehbeschleunigung beaufschlagt und dadurch um diese Achse zum periodischen Schwingen mit konstanter Frequenz und konstanter Amplitude gebracht wird, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die bei konstanter Drehbeschleunigung aufgewendete Kraft gemessen wird. Method and device for determining the axial mass moment of inertia of a test body Claims: 1. Method for determining the axial mass moment of inertia a test body, in which the test body rotates around an axis applied and thereby about this axis to periodic oscillation with constant Frequency and constant amplitude is brought, d u r c h e k e n n z e i c h n e t that the force exerted at constant angular acceleration was measured will. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daB die Drehbeschleunigung mit einer konstanten Frequenz von 5 bis 10 Hz auf den Prüfkörper zur Wirkung gebracht wird. 2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h N e t that the rotational acceleration occurs with a constant frequency of 5 to 10 Hz the test body is brought into effect. 3. Vorrichtung zur Ermittlung des axialen Massenträgheitsmomentes eines Prüfkörpers mit einem gelenkig gelagerten Waageteller zur Aufnahme des Prüfkörpers und mit einem Regelkreis zur Konstanthaltung der Amplitude und der Frequenz der Schwingungen des Prüfkörpers, der eine Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von einem aus der Schwingamplitude des Prüfkörpers abgeleiteten Ausgangssignal eines die Schwingungen des Prüfkörpers abtastenden Aufnehmers eine die Schwingungen des Prüfkörpers erzeugende Antriebseinrichtung zur Erzielung einer konstanten Schwingungsamplitude regelt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 an die eine konstante Drehbeschleunigung abgebende Antriebseinrichtung (7) ein kraftmessendes Instrument (8) angeschlossen ist. 3. Device for determining the axial mass moment of inertia a test body with an articulated scale plate for receiving the test body and with a control loop to keep the amplitude and frequency of the Vibrations of the test body, which has a target / actual value comparison device, which are derived from the vibration amplitude of the test body as a function of one Output signal of a transducer that scans the vibrations of the test body the vibrations of the test body generating drive device to achieve a regulates constant oscillation amplitude, which means that it is possible to use it e t that to carry out a method according to claim 1 to the one constant Drive device (7) emitting rotational acceleration is a force-measuring instrument (8) is connected. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a du r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Aufnehmer (4) als Wegmeßwertaufnehmer ausgebildet und direkt an die Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung (5) angeschlossen ist.4. Apparatus according to claim 3, d a du r c h g e k e n n z e i c h -n e t that the transducer (4) designed as a Wegmeßwertaufnehmer and directly on the setpoint / actual value comparison device (5) is connected. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Antriebseinrichtung (7) in bekannter Weise als Elektromagnet und die Kraftmeßeinrichtung (8) als Stroomeßeinrichtung für den zur Speisung des Elektromagneten dienenden Strom ausgebildet sind.5. Apparatus according to claim 3 or 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the drive device (7) in a known manner as an electromagnet and the force measuring device (8) as a current measuring device for feeding the Electromagnet serving current are formed. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Waageteller (1) in an sich bekannter Weise kardanisch aufgehängt ist und wahlweise die kardanische Aufhgeinrichtung (2) in ggbKomponenten arretierbar ist.6. Device according to one of claims 3 to 5, d a d u r c h g e -k e n n n z e i c h n e t that the scale plate (1) is cardanic in a manner known per se is suspended and optionally the cardanic suspension device (2) in ggb components is lockable. 7. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -net, daß der Wegmeßwertaufnehmer (4) berührungslos arbeitet.7. The device according to claim 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -net that the transducer (4) works without contact.
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