DE505174C - Vorrichtung zur Registrierung rasch verlaufender mechanischer Schwingungen mit kleinen Amplituden - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur Registrierung rasch verlaufender mechanischer Schwingungen mit kleinen Amplituden Bei der Messung der in Bau- und Konstruktionsteilen auftretenden mechanischen Vibrationen liegt die Hauptschwierigkeit weniger in der Wiedergabe der Periodenzahlen als vielmehr in der richtigen Aufzeichnung der Amplituden dieser Bewegungen, die meist sehr klein sind und die Größenordnung von Bruchteilen eines Zehntels bis eines Tausendstels eines Millimeters haben.
• Für die jetzt bekannten Vorrichtungen ist bisher nicht nachgewiesen, daß derartige Schwingungen hinsichtlich der Ausschlagweiten einwandfrei aufgezeichnet werden. So sind z. B. Vorrichtungen bekannt, welche die Widerstandsänderung von Säulen aus Kohleplättchen bei Druckschwankungen zur Messung periodischer Dehnungen von Brückenträgern benutzen. Diese Vorrichtungen machen jedoch vor jeder dynamischen Aufnahme eine jedesmalige statische Eichung notwendig. Das Meßverfahren mit derartigen Apparaten ist im übrigen kein direktes, da ja die Längenänderung erst aus dem Druck, welcher auf die Kohleplättchen ausgeübt wird, ermittelt werden muß. Wenn solche Apparate unter gewissen Vorsichtsmaßregeln statisch richtig arbeiten, so gibt dies noch keine Gewähr für das richtige Verhalten bei rasch verlaufenden mechanischen Vorgängen, denn die Elastizität der Kohleplättchen, von deren Konstanz die Messungen abhängen, kann bei solchem Material nicht als zuverlässig angesehen werden. Außerdem sind Vorrichtungen bekannt, bei welchen die Anzeigen durch die Bewegung eines bewickelten Ankers oder einer Wicklung in einem permanenten Magnetfeld hervorgerufen werden. Diese Vorrichtungen sind von der Geschwindigkeit abhängig, mit welcher die Bewegung erfolgt; sie messen in der Hauptsache nur die Frequenz, mit welcher die Schwingung vor sich geht.
• Um diese Mängel zu beheben und um stets wiederherstellbare Messungen ausführen zu können, wird eine elektromagnetische Vorrichtung in Vorschlag gebracht, die im Anspruch gekennzeichnet und nachstehend näher beschrieben ist.
• Zwei Elektromagnete i und 2 des Gebers aus geblättertem Eisen sind mit der Erregerwicklung 3 eines Wechselstromoszillographen in Reihe geschaltet und liegen an der Wechselspannung eines Synchrongenerators (Abb. i). Zwischen den Polen der beiden Elektromagnete kann ein Anker q. bei auftretenden mechanischen Erschütterungen in dem durch den Doppelpfeil bezeichneten Sinne schwingen. Die Wicklungen der Elektromagnete i und 2 sind so miteinander verbunden, daß die magnetischen Flüsse cp, und p" an der Stelle, wo sie den bewickelten Anker q. durchsetzen, in jedem Augenblick entgegengesetzte Richtung haben, d. h. es bildet sich in q. ein resultierendes Feld aus, das wegen der Reihenschaltung von i und z gleich ist der algebraischen Differenz ip1- (p.,. Dieser Differenzkraftflüß hat positiven bzw. negativen Charakter, je nachdem eine Auslenkung nach links oder nach rechts von der neutralen Lage erfolgt ist. In der neutralen Lage selbst ist der Wert des Differenzfeldes gleich Null. Die Wicklung q. liegt an dem Meflwerk 5 des Wechselstromoszillographen. Wenn nun eine Auslenkung des Ankers vorhanden ist, so bildet sich in seiner Wicklung eine transformatorische EMK d W4, die also proportional ist dem Produkt aus dem Differentialquotienten des Flusses nach der Zeit und der Windungszahl W4 des Ankers und welche den induktiven und den Ohmschen Spannungsabfall V4,5 14"" dieses Stromkreises zu überwinden hat, wobei sich die Indizes q., 5 auf die Wicklungen des Ankers und auf die Schleife beziehen, L4,5 die Induktivität, V:1, ;, den Ohmschen Widerstand und w die Kreisfrequenz bedeuten. Wie man sich an Hand der aufgenommenen Kurvenbilder (Abb. -2) leicht überzeugen kann; liefert die Abhängigkeit des Differenzkraftflusses 9-:1- cp,; vom Ort des Ankers innerhalb eines genügend großen Bereiches eine Grade, so daß Proportionalität zwischen Strom 14,5 und Auslenkung bestehen muß, sofern der induktive und Ohmsche Widerstand des Kreises keine Änderung während des Vorganges erfahren. Der induktive Spannungsabfall überwiegt den Wirkwiderstand des Ankerkreises beträchtlich, so daß Strom j4,5 und Erregerstrom J der Schleife einen spitzen Winkel miteinander einschließen und auf diese Weise ein günstiges Drehmoment erhalten wird. Die Lage der Strom- und Spannungsvektoren geht aus dem Diagramm (Abb.3) hervor. Mit Rücksicht auf den Einfluß der Ausgleichsströme muß aber andererseits die Zeitkonstante möglichst klein gemacht werden, so daß man also für die Ankerwicklung nicht zu viel Windungen verwenden soll, sondern lieber hohe Erregerperiodenzahlen.
• Der Wechselstromoszillograph verhält sich bekanntlich im Prinzip wie ein dynamometrisches Wattmeter, d. h. das Meßwerk zeigt den jeweiligen Effektivwert des Wechselstromes an, während die Wechselstromkurven selbst wegen der Trägheit des Meßwerks nicht mehr geschrieben werden. Der Unterschied des vorliegenden Wechselstrom-Oszillographen gegenüber einem Wattmeter liegt darin, daß hochperiodische Wechselströme (etwa 5ooo Hertz) benutzt werden, während die periodischen Veränderungen des Effektivwertes für den vorliegenden Fall mit einer Frequenz bis zu etwa 3oo Hertz vor sich gehen. Die Eigenschwingungszahl des Meßwerks des Wechselstromoszillographen muß daher so ausgewählt werden, daß die Schleife bis zu etwa 300 Perioden richtig zeichnet, während sie auf die hochperiodischen Erregerwechselströme nicht mehr ansprechen darf. Abb. q. zeigt diese Verhältnisse. Es bedeutet dabei f" die Eigenperiodenzahl der Schleife, f1 die Frequenz, bis zu welcher der Arbeitsbereich begrenzt ist. a ist der Schleifenausschlag.
• Außer der bisher erwähnten transformatorischen EMK tritt in dem Ankerkreis auch noch eine EMK der Bewegung auf, die abhängig ist von der Geschwindigkeit, mit welcher der Anker bewegt wird. Deren Richtung ist im Gegensatz zur transformatorischen EMK gleichphasig mit dem Differenzkraftfluß(p,-(p2, d. h. beide EMK's liegen zeitlich um 9o° auseinander, demnach auch die sich aus ihnen ergebenden Ströme. Der Strom der EMK der Bewegung steht daher ungefähr senkrecht auf dein Erregerstrom der Schleife, so daß er so gut wie kein Moment auf die Schleife ausüben kann und Mißweisungen aus diesem Grunde nicht zu befürchten sind.
• Die Übertragung der Bewegung auf den Anker geschieht durch an sich bekannte Mittel, ebenso die Aufspannung des Apparates auf den zu messenden Gegenstand.
• Die Empfindlichkeit der Methode kann beliebig gesteigert werden, wenn man entsprechend starke Magnetfelder verwendet. Die Vorrichtung liefert eine direkte Aufzeichnung der mechanischen Schwingungen, also nicht etwa eine Umhüllende von Wechselstromkurven.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Vorrichtung zur Registrierung rasch verlaufender mechanischer Schwingungen mit kleinen Amplituden und ähnlicher Vorgänge (Beschleunigungen und Verzögerungen usw. rascher und kleiner Längenänderungen), bei der durch einen in einem elektromagnetischen Feld schwingenden Anker elektrische Ströme induziert werden, die durch einen Oszillographen angezeigt werden, gekennzeichnet durch die nachstehende Anordnung: Der Schwinganker (q.) des Gebers ist mit einer oder mehreren Wicklungen versehen, die mit der Schleife (5) eines Wechselstromoszillographen verbunden sind, und ist zwischen paarweise einander gegenüberliegend angeordneten Elektromagneten (i, a) schwingbar gelagert. Die Magnetspulen (i, a) des Gebers und die Spulen (3) des Oszillographenmagneten werden mit Wechselstrom derselben Periode gespeist, dessen Periodenzahl in bekannter Weise so hoch gewählt ist, daß die Schleife des Oszillographen durch sie nicht in Schwingungen geraten kann. Die festen Magnetspulen des Gebers sind dabei so hintereinander geschaltet, daß in der Nullage des schwingenden Ankers die magnetischen Kraftlinien jedes Magnetpaares in gleicher Zahl aber entgegengesetzter Richtung durch die zugehörige Ankerspule gehen.