DE3641160C2 - - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur visuellen Messung periodischer mechanischer Schwingungen eines Objekts. Es geht dabei zum Beispiel um die Messung und Kontrolle von Schwingungsparametern von Vibrationsmaschinen, etwa zur Verdichtung von Böden und zähen Materialien, zum Eintreiben von Pfählen, zum Befördern, Spülen, Entwässern, oder Trennen von Schüttgütern nach Korngröße und -masse, zum Schleifen oder zu weiteren ähnlichen Verfahren. Es kann auch um die Untersuchung und Einrichtung von Vibrationsmotoren, Vibrationsschlagwerkzeugen, Laborausrüstungen zur Probenvorbe­ reitung und Vibrationsprüfständen gehen. Bei all diesen Unter­ suchungen ist die genaue Feststellung der Schwingungsrichtung von besonderer Bedeutung.

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur visuellen Messung periodischer mechanischer Schwingungen eines Objekts mittels einer an der Objektoberfläche angebrachten, Markierungen aufweisenden Figur, die Bestandteile eines Kreises aufweist und deren Beobachtung aufgrund des stroboskopischen Effekts die Ermittlung der Richtung der mechanischen Schwingungen gestattet. Eine solche Einrichtung ist aus der DE-PS 8 03 488 bekannt.

Bei dieser bekannten Ausbildung ist die Figur eine Schar konzentrischer Kreise und ein Büschel aus Geraden gleichen Winkelabstandes, die zum gemeinsamen Mittelpunkt der Kreise hin gerichtet sind. Das so gebildete Ablesenetz ergibt, wenn der Stroboskopeffekt beim Schwingen des Objekts hinzukommt, ein recht unübersichtliches Bild, das die Richtung der Schwingungen nur ungefähr zu ermitteln gestattet. Nur wenn die Schwingungsrichtung genau in der Richtung einer der Geraden des Büschels verläuft, wird diese Gerade keinen Schatten erzeugen und Schwingungsrichtung leicht erkennbar anzeigen. Ist die genannte Bedingung aber nicht erfüllt, so muß durch Abschätzung interpoliert werden und die Ermittlungsgenauigkeit ist beeinträchtigt. Wenn die Schwingungen nicht geradlinig, sondern elliptisch verlaufen, ist die Ermittlung der Schwingungs­ richtung mit einiger Genauigkeit überhaupt nicht mehr möglich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur visuellen Messung periodischer mechanischer Schwingungen eines Objektes der vorausgesetzten Art, die einfach und leicht eine genaue Festlegung der Schwingungsparameter, vor allem der Schwingungsrichtung gestattet, und zwar für geradlinige und elliptische Schwingungsformen. Auf diese Weise soll die das Objekt zum Schwingen bringende Maschine bzw. Vorrichtung schnell und präzise auf den hinsichtlich der Schwingungsrichtung optimalen Betriebszustand eingestellt werden können.

Ausgehend von der vorausgesetzten Bauart einer solchen Ein­ richtung gelingt die Lösung der gestellten Aufgabe erfindungs­ gemäß dadurch, daß die Figur mehrere entlang eines Kreisbogens äquidistant verteilte, punktförmige Markierungen aufweist, und daß der Abstand zweier unmittelbar benachbarter derartiger Markierungen 1,2- bis 1,8mal so groß wie die Schwingungsamplitude ist.

Das Grundprinzip der Erfindung besteht darin, daß die mit dem schwingenden Objekt bewegten punktförmigen Markierungen je nach der Bahnform der mechanischen Schwingungen stroboskopisch erstarrte, einander gleiche Geradenstücke bzw. Figuren bilden, so daß leicht und sicher eine Gruppe von benachbarten Geraden­ stücken, die im geringsten Abstand in der radialen Richtung liegen, bzw. von Figuren mit der größten Überlappung, die eine radial liegende Symmetrieachse besitzt, visuell bestimmt werden kann, wobei dann die Ordnungszahl eines bzw. zweier Geradenstücke oder einer bzw. zweier Figuren, durch die die Symmetrieachse geht, die Richtung der mechanischen Schwingungen anhand des dieser Ordnungszahl zugehörigen Winkels auf der Kreisskala festgelegt und abgelesen werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung durch die Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine auf einer Objektoberfläche angebrachte Figur aus einer Vielzahl von auf einem Kreisbogen äquidistant verteilten Punktmarkierungen, zu deren jeder eine Ordnungszahl zugeordnet ist und mit Winkelan­ gaben in Grad;

Fig. 2 das bei geradlinigen Schwingungen des Objekts entstehende Bild;

Fig. 3 das bei elliptischen Schwingungen des Objekts entstehende Bild.

Zur Messung der Richtungen von mechanischen Schwingungen, z. B. bei der Untersuchung und Einrichtung von Vibrations­ maschinen, wird auf die Oberfläche des schwingenden Objekts eine Vielzahl von Punktmarkierungen 1 aufgetragen, die entlang einem Kreisbogen vorgegebenen Halbmessers in gleichbleibenden Abständen h liegen. Der Abstand h wird so gewählt, daß er das 1,2- bis 1,8fache der Amplitude der mechanischen Schwingungen beträgt. Dabei ergibt sich der Kreishalbmesser aus dem Produkt des Abstandes h und der Anzahl der Skalenteilungen entsprechend der Zahl der Punkte 1, geteilt durch π.

Die Skala enthält eine Basislinie 2, die in der vorliegenden Ausführungsvariante durch den Kreismittelpunkt 3 und zwei Hilfspunkte 4 geht. Die Punktmarkierungen 1 bilden bei ihrer gemeinsamen Bewegung mit dem schwingenden Objekt je nach der Bahnform der mechanischen Schwingungen stroboskopisch erstarrte Figuren. Bei geradlinigen Schwingungen erscheinen sie als Geradenstücke 5 gleicher Länge, wie in Fig. 2 gezeigt, und bei elliptischen Schwingungen erscheinen sie als Ellipsen 6, wie in Fig. 3 gezeigt.

Die aus den Punktmarkierungen 1 gebildete Skala wird beispiels­ weise auf einen Karte aufgetragen, die am schwingenden Objekt befestigt wird. Dabei wird jeder Punktmarkierung 1 eine Ordnungs­ zahl zugewiesen. Zweckmäßigerweise soll die Ordnungszahl von den Skalenenden her zum Mittelpunkt zunehmen, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist. Zum Beispiel laufen die Ordnungs­ zahlen von eins bis zwanzig. Außerdem ist auf der Skala zu jeder zweiten Punktmarkierung die zugehörige Winkelangabe in Grad angebracht, wobei die Abzählung von der Basislinie 2 an beginnt, beispielsweise von 90° an ihrem einen Ende bis 0° im Skalenmittelpunkt von 90° bis 180° von dem anderen Skalenende an bis zum Mittelpunkt. Bei geradlinigen Schwingungen bestimmt man dann visuell die Gruppe 7 (Fig. 2) von benachbarten Geradenstücken 5, die in der radialen Richtung in geringstem Abstand voneinander liegen. Diese Gruppe hat eine radial liegende, durch den Pfeil 8 angedeutete Symmetrieachse.

In sehr bequemer Weise kann die Lage der Symmetrieachse 8 nach dem Überlappungsbetrag der benachbarten Geradenstücke 5 der geraden Gruppe 7 bestimmt werden. Wie aus Fig. 2 ersicht­ lich, geht die Symmetrieachse durch zwei überlappende Geraden­ stücke 5. Man bestimmt die Ordnungszahl dieser zwei Geradenstücke 5 durch Abzählen vom nächsten Skalenende an und liest die Richtung der mechanischen Schwingungen anhand des dieser Ordnungsnummer entsprechenden Winkels auf der Kreisskala ab. Die Richtung der mechanischen Schwingungen entspricht dem Neigungswinkel Ψ der Geradenstücke 5 relativ zur Basislinie 2.

Den überlappenden Geradenstücken 5 entsprechen im Beispiel gemäß Fig. 2 die Ordnungszahlen acht und neun. Hieraus ergibt sich die Richtung der mechanischen Schwingungen, nämlich der Winkel Ψ = 62°30′. Der Meßfehler beträgt in diesem Fall ±1°15′, d. h. ¹/₄ der Skalenteilung.

Bei elliptischen Schwingungen bestimmt man visuell die Gruppe 9 (Fig. 3) von benachbarten Ellipsen 6 mit der größten Über­ lappung, die eine radial liegende, durch den Pfeil 10 angedeutete Symmetrieachse besitzt. In sehr bequemer Weise bestimmt man die Lage der Symmetrieachse 10 anhand der Konturen, die durch die überlappenden Teile der benachbarten Ellipsen 6 der Gruppe 9 gebildet sind.

Im Beispiel gemäß Fig. 3 geht die Symmetrieachse 10 durch die Ellipsen 6 mit der Ordnungszahl acht und neun, wobei man die Richtung der mechanischen Schwingungen in der im vorstehenden beschriebenen Weise feststellt, nämlich gleichfalls 62° ± 1°15′.

Die Amplitude wird bei der Wahl des Markierungspunktabstands h gleich der halben Hauptachse der Ellipse angenommen.

Zum Messen einer ungefähr 90° betragenden Richtung der me­ chanischen Schwingungen liegen die Punktmarkierungen 1 in bezug auf die Basislinie 2 so, daß zumindest zwei Randpunkte der die Skalenteilungen bildenden Punkte 1 (die die erste Ordnungszahl vom linken Ende an sowie die erste und die zweite Ordnungszahl vom rechten Ende an besitzen) relativ zu den übrigen Punkten 1 auf der anderen Seite der Basislinie 2 liegen. Dann gehören zur Gruppe 7 (Fig. 2) bzw. zur Gruppe 9 (Fig. 3) jeweils Geradenstücke 5 (Fig. 2) bzw. Ellipsen 6 (Fig. 3), deren Symmetrieachse 8 bzw. 10 auf der zugrunde­ gelegten Basislinie 2 liegt.

Zweckmäßigerweise wird der Teilungswert aus dem Bereich 5° bis 2,5° gewählt. Wird ein Teilungswert unterhalb von 2,5° gewählt, so kann der Meßfehler wegen komplizierter Ermitt­ lung der symmetrischen Lage paarweise liegender Geradenstücke bzw. Ellipsen nicht gesenkt werden. Das Verfahren zur Messung der Richtungen mechanischer Schwingungen beruht auf der Ermitt­ lung der auf der Kreisskala liegenden Berührungsstelle des Kreisbogens mit der Schwingungsrichtungslinie. Visuell ermittelt man diesen Punkt anhand der Lage der Symmetrieachse der paar­ weise liegenden Geradenstücke bzw. Ellipsen mit gleicher Überlappung, die durch diesen Punkt radial geht und zur Schwingungsrichtung senkrecht ist. Die Ermittlungsgenauigkeit der Symmetrieachsenlage bedingt die Meßgenauigkeit der Richtung der mechanischen Schwingungen.

In den vorstehend beschriebenen Ausführungsvarianten ist als Basislinie 2 eine horizontale Linie gewählt, die zweckmäßiger­ weise zur Arbeitsfläche der Vibrationsmaschine parallel ist.

Die beschriebene Messung der Richtungen von mechanischen Schwingungen gestattet es, die Messung mit einer hohen Genauig­ keit durchzuführen, wobei auch kein Winkelmesser eingesetzt zu werden braucht, der einen Fehler beim Positionieren anhand nahe liegender Punkte verursachen würde, insbesondere bei elliptischen Schwingungen, wo diese Punkte nicht klar ausgeprägt sind. Der Meßfehler von ΔΨ = ±1°15′ ist gleich sowohl bei elliptischen wie auch bei geradlinigen Schwingungen.

Die Messung geht ziemlich schnell; es ist beispielsweise festgestellt worden, daß man die Messung an einem Objekt in etwa einer Minute durchführen kann. Außerdem kann man zur nachfolgenden Analyse und dokumentarischen Darstellung das Schwingungsbild unschwer fotografieren.

Das Verfahren ist einfach und setzt keine besondere Übung und Qualifikation des Bedienungsmannes voraus, erfordert keinerlei Vorbereitungsarbeiten sowie keinen Einsatz von Geräten und Vorrichtungen. Die am Vibrationsmaschinenkörper einmal befestigte Kante mit der Skala dient eine lange Zeit zur periodischen Kontrolle (Diagnostik) der stattfindenden Schwingungen.

Die mit hoher Geschwindigkeit rasch erhaltenen Meßergebnisse gestatten es, die Schwingungsparameter genauer auf einen optimalen Betrieb der Vibrationsmaschine entsprechend beispiels­ weise den Eigenschaften und Größen der Teilchen der bearbeiteten Schüttgüter einzustellen.

Claims (1)

1. Einrichtung zur visuellen Messung periodischer mechanischer Schwingungen eines Objekts mittels einer an der Objektoberfläche angebrachten, Markierungen aufweisenden Figur, die Bestandteile eines Kreises aufweist und deren Beobachtung aufgrund des stroboskopischen Effekts die Ermittlung der Richtung der mechanischen Schwingungen gestattet, dadurch gekennzeichnet,
   daß die Figur mehrere entlang eines Kreisbogens äquidistante verteilte, punktförmige Markierungen aufweist, und
   daß der Abstand zweier unmittelbar benachbarter derartiger Markierungen 1,2- bis 1,8mal so groß wie die Schwingungsamplitude ist.