DE3641611C1 - Einrichtung zur visuellen Messung der Amplitude mechanischer Schwingungen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Ein­ richtung zur visuellen Messung der Amplitude der mechanischen Schwingungen eines Objekts, auf dessen Oberfläche mehrere Meßzeichen in Form von Kreisen unterschiedlichen Halbmessers angebracht sind, deren Erscheinungsbild während der Schwingung die Ermittlung der Amplitude der mechanischen Schwingung erlaubt. Eine solche Einrichtung ist aus der DE-PS 8 03 488 bekannt.

Einrichtungen dieser Art finden vorteilhaft Anwendung zur Messung und Kontrolle der Schwingungsparameter von Vibrationsmaschinen, die z. B. zur Verdichtung von Böden und zäher Materialien, zum Eintreiben von Pfählen, Befördern, Spülen, Ent­ wässern, Trennen von Schüttgütern nach Korngröße und -masse zur Anwendung gelangen. Gegenüber elektronischen oder mechanischen Geräten zur Amplitudenmessung haben die betrachteten Einrichtungen den Vorteil äußerster Einfachheit.

Die klassische Einrichtung zur visuellen Messung der Amplitude mechanischer Schwingungen ist ein auf die Außenfläche des Objekts, z. B. eines Vibrationsmaschinen­ elements aufgetragener Meßkeil, der bei der planparalle­ len Bewegung des Objekts dank des stroboskopischen Auf­ nahmeeffekts eine Figur bildet, die durch die Rand­ lagen des Keiles begrenzt ist. Der Kreuzungspunkt der Keilrandlagen ergibt gemäß der aufgetragenen Eichung die Schwingungsamplitude. Die Messunen mit Hilfe eines Meßkeils sind einfach und schnell, aber die Anwendung ist dadurch beschränkt, daß man nur geradlinige Schwin­ gungsformen messen kann. Ein weiterer schwerwiegender Nachteil ist eine niedrige Meßgenauigkeit infolge der Unschärfe (Verschwommenheit) des Kreuzungspunktes der unter einem spitzen Winkel liegenden Konturen und der nichtsenkrechten Lage des Keiles in bezug auf die Vibra­ tionsrichtung. Dies bedingt einen relativen Meßfehler von ±15% und macht die Einstellung der Vibrationsma­ schine auf einen optimalen technologischen Betriebszu­ stand ungenau.

Um lineare Schwingungen in verschiedenen Richtungen er­ fassen zu können, ist es bekannt, anstelle eines Meß­ keils ein Netz aus einer Vielzahl von in gleichmäßigem Winkelabstand von einem gemeinsamen Zentrum ausgehenden radialen Strichen aufzutragen. Bei einem solchen Strahlen­ muster sind immer zwei einen Keil bildende benachbarte Radialstriche zu finden, die quer zur Schwingungsrich­ tung liegen. Ein solcher für sämtliche Schwingungsrich­ tungen brauchbarer Anzeiger ist aus der DE-PS 6 82 380 bekannt, wobei auch flächenhafte Schwingungskurven wie Kreise und Ellipsen ausgemessen werden können.

Auch die eingangs genannte bekannte Ausbildung macht von diesem Prinzip Gebrauch. Hier sind die Meßzeichen konzentrische Kreise und vom Zentrum ausgehende radiale Striche. Die Halbmesser der konzentrischen Kreise haben hier keinen Bezug zu den erwarteten Schwingungsampli­ tuden, sondern dienen nur als Ablesehilfe, um den Kreu­ zungspunkt des Bildes der als Meßkeil ausgewählten be­ nachbarten Radialstriche festzulegen. Auch hier ist die Messung also mit den erwähnten Ungenauigkeiten behaftet.

Aus der US-PS 16 73 949 ist noch eine Einrichtung zur visuellen Messung von mechanischen Schwingungen bekannt, bei der eine Vielzahl von Doppelstrichen unterschiedlichen Abstands ineinander aufgetragen sind. Am schwingenden Objekt erzeugt dann derjenige Doppelstrich den schmal­ sten "Kernschatten", dessen Strichabstand der Schwingungs­ amplitude entspricht. Bei dieser Doppelstrichtechnik handelt es sich im Grunde um nebeneinander aufgetragene Abschnitte eines Meßkeils mit seinem auseinanderlaufenden Radialstrichen. Damit hat diese Technik alle Nachteile der Meßkeil-Meßtechnik.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Einrichtung zur visuellen Messung der Amplitude mechanischer Schwingungen, mit der auf verschiedenen Bahnformen verlaufende Schwingungen mit großer Ablese­ sicherheit schnell und einfach ausgemessen werden können, ggfs. auch von ungeübtem Bedienungspersonal. Auf diese Weise soll es z. B. möglich werden, die Schwingungs­ parameter von Vibrationsmaschinen auf einen optimalen technologischen Betriebszustand je nach Eigenschaften und Menge des bearbeiteten Materials durch Ändern der Meßzeichenform genau einzustellen.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus dem Patentanspruch 1. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruchs 2. Bei der Anordnung von Meßkreisen steigenden oder fallenden Halbmessers neben- und/oder untereinander ergibt sich beim Schwingen ein leicht und eindeutig auszuwertendes Bild, wie nachfolgend weiter erläutert wird.

Die erfindungsgemäße technische Lösung gestattet es, die Meßgenauigkeit der Amplituden mechanischer Schwingungen mindestens für drei Schwingungsformen, nämlich für Kreisschwingungen, geradlinige Schwingungen und ellip­ tische Schwingungen, zu erhöhen.

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

Fig. 1 einen Satz von Meßkreisen, wie er auf eine Ober­ fläche aufgetragen ist, deren Schwingungen visuell zu messen sind;

Fig. 2 die von den Meßzeichen gebildeten Figuren bei kreisförmigen Schwingungen der Oberfläche;

Fig. 3 die von den Meßzeichen gebildeten Figuren gerad­ linigen Schwingungen der Oberfläche;

Fig. 4 die von den Meßzeichen gebildeten Figuren ellip­ tischen Schwingungen der Oberfläche.

Auf die Oberfläche eines schwingenden Objektes sind mit Abstand voneinander Meßzeichen in Gestalt von Meß­ kreisen 1 aufgetragen, die in ihrer Gesamtheit den in Fig. 1 ersichtlichen Satz von Meßkreisen darstellen. Vor­ teilhafterweise sind die Meßkreise in vier Reihen 2, 3, 4 und 5 schachbrettartig versetzt aufgetragen, was die visuelle Verfolgung eines jeden Meßkreises erleichtert.

Die Halbmesser der Meßkreise 1 unterscheiden sich nach ihrer Größe und liegen im zu messenden Schwingungs­ amplitudenbereich, d. h. jeder Halbmesser entspricht einem Wert einer zu messenden Amplitude.

Am sinnfälligsten wird die visuelle Messung, wenn die Halbmesser der Meßkreise sich in einer dem Lesen entsprechenden Betrachtungsrichtung kontinuierlich ändern, beispielsweise, wie in Fig. 1 gezeigt, die Halbmesser der Meßkreise in einer jeden Reihe 2-5 vom ersten an bis zum letzten zunehmen. Ebenso könnten die Halbmesser der Meßkreise vom letzten Kreis an zum ersten hin (nicht abgebildet) zunehmen.

Die Differenz zwischen dem Halbmesser des ersten und des letzten Meßkreises 1 ist der Meßskalenbereich und der Teilungswert dieser Skala ist die Differenz zwischen den Halbmessern zweier Nachbarkreise 1.

Beim Schwingen eines Objektes mit aufgetragenen Meß­ kreisen 1 auf einer Kreisbahn beschreibt auch jeder Punkt eines Meßkreises 1 eine Kreisbahn 6 (Fig. 2), die der Schwingungsform des Objekts entspricht und mit einer Amplitude erfolgt, die der Schwingungsamplitude des Objektes entspricht. Dem Beobachter bietet sich dabei infolge des Charakters der visuellen Aufnahme das Bild einer Fig. 7, die durch einen dichteren Inhalt der sich bewegenden Punkte des Meßkreises 1 gebildet ist, wobei die Zahl dieser Fig. 7 der Zahl der Meßkreise 1 gleich ist.

Die Fig. 7 unterscheiden sich durch ihre Abmessungen:
Je größer der Halbmesser des Meßkreises 1 ist, umso größer ist auch der Halbmesser der äußeren Kontur der von ihm erzeugten Fig. 7. Der Halbmesser der inneren Kontur der Fig. 7 nimmt mit größer werdendem Halbmesser des Meßkreises 1 ab. Im Mittelpunkt jener Fig. 7, die dem Meßkreis 1 entspricht, dessen Halbmesser der Schwingungsamplitude gleich ist, entsteht das Bild eines Punktes 8. Die auf diese folgenden Fig. 7 be­ sitzen in ihrem Mittelpunkt einen dunklen Fleck 9 mit in Richtung von einer vorhergehenden Fig. 7 zu einer nachfolgenden Fig. 7 zunehmender Größe.

Zur Bestimmung der Amplitude der mechanischen Schwin­ gungen genügt es, aus dem Satz von Meßkreisen 1 den­ jenigen zu wählen, in dessen Zentrum der Punkt 8 sicht­ bar ist. Daraus ergibt sich, da man ja den Halbmesser dieses Meßkreises 1 kennt, die Größe der zu bestimmen­ den Schwingungsamplitude, die diesem Halbmesser gleich ist, ohne weiteres.

Beim Schwingen eines Objektes entlang einer gerad­ linigen Bahn vollführt jeder Punkt jedes Meßkreises 1 die gleichen geradlinigen Schwingungen. Der Meßkreis beschreibt dabei eine ovale Fig. 10 (Fig. 3), die berandet ist von Halbkreisen mit einem Halbmesser, der dem Halbmesser des entsprechenden Meßkreises 1 gleich ist, sowie Geraden von einer Länge enthält, die der ver­ doppelten Schwingungsamplitude gleich ist. Im Innern der Fig. 10 sind stroboskopisch erstarrte diametral entgegengesetzte Teile des jeweiligen Meßkreises 1 sicht­ bar.

Im Mittelpunkt der Fig. 10 der Meßkreise 1 mit einem Halbmesser, der kleiner als die Schwingungsamplitude is, sind die erstarrten Meßkreisteile getrennt, wobei der Abstand zwischen ihnen mit größer werdendem Halb­ messer des Meßkreises 1 abnimmt.

Im Mittelpunkt der Fig. 10, die durch den Meßkreis 1 gebildet ist, dessen Halbmesser der Schwingungsampli­ tude gleich ist, berühren sich die erstarrten Teile des Meßkreises 1. In Fig. 3 weist der Pfeil 11 auf diese Figur.

Im Zentrum der Fig. 10 der Meßkreise 1 mit einem Halbmesser, der größer als die Schwingungsamplitude ist, kreuzen sich die erstarrten Meßkreisteile.

Durch Beobachten des Schwingungsbildes, das sich in­ folge der Schwingungen des Satzes von Meßkreisen 1 er­ gibt, ermittelt man die Schwingungsamplitude, die dem Halbmesser des Kreises gleich ist, in dessen Mittel­ punkt die sichtbaren Teile des Meßkreises 1 einander berühren.

In Fig. 4 ist das Bild bei Schwingungen auf einer ellip­ tischen Bahn dargestellt. Hierbei unterscheidet man die Amplituden der Schwingungen in Richtung der Haupt­ achse und in Richtung der Nebenachse der Ellipse.

Die schwingenden Meßkreise 1 bilden Fig. 12, die eine äußere Kontur in Gestalt einer Ellipse und eine innere Kontur besitzen, die durch stroboskopisch erstarrte diametral entgegengesetzte Teile 13 der Meßkreise 1 und Abschnitte 14 mit einem dichteren Inhalt von sich bewegenden Punkten eines Meßkreises 1 gebildet ist.

Im Mittelpunkt der Fig. 12 der Meßkreise 1 mit einem Halbmesser, dessen Halbmesser kleiner als die Ampli­ tude der Schwingungen in Richtung der Nebenachse der Ellipse ist, sind die Abschnitte 14 getrennt, und bei einem Halbmesser des Meßkreises 1 der der Amplitude der Schwingungen in Richtung der Nebenachse gleich ist, berühren sich die Abschnitte 14 (Pfeil 15), während diese Abschnitte 14 bei zunehmendem Meßkreishalbmesser auseinanderlaufen und der Abstand zwischen ihnen dabei zunimmt.

Wenn jedoch der Meßkreishalbmesser dabei kleiner als die Amplitude der Schwingungen in Richtung der Haupt­ achse der Ellipse ist, so sind die Teile 13 der Meß­ kreise 1 voneinander getrennt, und mit zunehmendem Halb­ messer des Meßkreises 1 nähern sie sich immer mehr an­ einander von einer Fig. 12 zur anderen, bis schließ­ lich in dem Fall, da der Halbmesser des Meßkreises 1 der Amplitude der Schwingungen in Richtung der Hauptachse gleich ist, diese Teile 13 im Mittelpunkt der Fig. 12 (Pfeil 16) einander berühren.

Bei weiterer Zunahme des Meßkreishalbmessers bis auf den Betrag, der größer als die Amplitude der Schwin­ gungen in Richtung der Hauptachse der Ellipse ist, kreu­ zen die Teile 13 (Pfeil 17) einander.

Zur Bestimmung der Amplitude der Schwingungen in Richtung der Nebenachse der Ellipse reicht es aus, aus dem Satz der gebildeten Fig. 12 jene zu erkennen, in deren Innerem die Teile 13 des ihr entsprechenden Meßkreises 1 einander berühren, wobei die Amplitude dem Halbmesser dieses Kreises gleich ist. Entsprechend ist die Ampli­ tude der Schwingungen in Richtung der Hauptachse der Ellipse dem Halbmesser jenes Meßkreises 1 gleich, dessen Fig. 12 sich berührende Abschnitte 14 zeigt.

In einem praktischen Anwendungsfall wurden zur Messung der Amplituden von mechanischen Schwingungen am Objekt Meßkreise ausgetragen, deren Halbmesser wie folgt zu­ nehmen: in der Reihe 2 - 2,2 mm, 2,4 mm, 2,6 mm, 2,8 mm, in der Reihe 3 - 3,0 mm, 3,2 mm, 3,4 mm, in der Reihe 4 - 3,6 mm, 3,8 m, 4,0 mm, 4,2 mm, in der Reihe 5 - 4,4 mm, 4,6 mm, 4,8 mm. Die Meßskala umfaßt somit einen Bereich von 2,6 mm und ihr Teilungswert beträgt 0,2 mm.

Wie in Fig. 2-4 dargestellt, beträgt die Amplitude der kreisförmigen Schwingungen 4,0 mm, die Amplitude der geradlinigen Schwingungen 3,0 mm, und die Amplitude der elliptischen Schwingungen beträgt 2,6 mm entlang der Nebenachse und 4,6 mm entlang der Hauptachse.

Die visuellen Messungen sind von hoher Meßgenauigkeit, und zwar wegen der scharfen Abbildung der gebildeten Figuren, der Unempfindlichkeit gegenüber Änderungen des Vibrationswinkels und einer niedrigen Eigenschwingungs­ frequenz der Vibrationsmaschine, die bei schlagender Einwirkung des zu bearbeitenden Materials auftritt, wobei der relative Meßfehler beim Messen von Schwingungs­ parametern, beispielsweise von Rüttelsieben ±5% nicht übersteigt. Dabei können mit gleicher Genauigkeit Schwingungen auf geradlinigen, kreisförmigen und ellip­ tischen Schwingungsbahnen einfach und bequem, auch unter harten Betriebsbedingungen ausgemessen werden.

Ein an einer beliebigen Vibrationsmaschine angebrachter Meßkreissatz dient lange Zeit zur periodischen Kontrolle und Diagnostik der Vibrationsmaschine. Es können auch leicht mehrere Stellen einer Vibrationsmaschine, die ein unhomogenes Schwingungsfeld besitzt, gleichzeitig kontrolliert werden.

Eine Messung erfordert eine nur ziemlich kurze Zeit. Es ist festgestellt worden, daß zur Messung der Schwin­ gungsparameter an einer Stelle eine Minute ausreicht. Außerdem kann man das Schwingungsbild zur nachfolgenden Analyse und dokumentarischen Darstellung ohne weiteres fotografieren.

Die in kürzester Zeit gewonnenen hochgenauen Meßergeb­ nisse gestatten es, die Schwingungsparameter der Ma­ schine je nach Eigenschaften, Zusammensetzung und Größen der Teilchen der bearbeiteten Schüttgüter genauer auf einen optimalen Betrieb einzustellen und gegebenenfalls auch während des Betriebs zu ändern.

Claims (2)

1. Einrichtung zur visuellen Messung der Amplitude der mechanischen Schwingungen eines Objekts, auf dessen Oberfläche mehrere Meßzeichen in Form von Kreisen unterschiedlichen Halbmessers angebracht sind, deren Erscheinungsbild während der Schwingung die Ermittlung der Amplitude der mechanischen Schwingungen erlaubt, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreise (1) unterschied­ lichen Halbmessers ohne gemeinsame Kreisflächenteile auf der Oberfläche des Objekts mit Abstand voneinander angeordnet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbmesser jedes nachfolgenden Kreises den Halbmesser des vorhergehenden Kreises um einen einer Meßskalenteilung entsprechenden konstanten Betrag über­ trifft.