DE583392C

DE583392C - Method and device to keep the magnitude of the deflection of a weakly damped mechanical oscillation system working close to resonance constant over a wide frequency range

Info

Publication number: DE583392C
Application number: DESCH76242D
Authority: DE
Original assignee: Darmstadt Maschf GmbH; Carl Schenck Eisengiesserei und Maschinenfabrick Darmstadt GmbH
Current assignee: Darmstadt Maschf GmbH; Carl Schenck AG
Priority date: 1925-11-26
Filing date: 1925-11-26
Publication date: 1933-09-02

Description

Verfahren und Vorrichtung,. die Größe des Ausschlages eines in Resonanznähe arbeitenden, schwach gedämpften, mechanischen Schwingungssystems über einen weiten Frequenzbereich konstant zu halten Sobald ein aus Masse und Federung oder aus Induktivität und Kapazität bestehendes Schwingungssystem zur Arbeitsleistung herangezogen werden soll, empfiehlt es sich, zwecks Erzielung eines günstigen Wirkungsgrades, d. h. eines möglichst günstigen Verhältnisses der Nutzleistung zu derjenigen der Schwingungserregung, daß die Taktzahl oder Frequenz des Erregungsimpulses mit der Eigenschwingungszahl des Schwingungsgebildes übereinstimmt, daß also beide in Resonanz miteinander arbeiten. In vielen Fällen ist es jedoch sehr schwierig, die Resonanzabstimmung zu halten, nämlich dann, wenn das Schwingungssystem eine verhältnismäßig kleine Eigendämpfung besitzt. Die Kurve, welche die Größe der Schwingungsausschläge A in Abhängigkeit von der Frequenz v darstellt (Abb. _), besitzt bei solchen Schwingungssystemen mit schwacher Dämpfung bekanntlich eine nadelförmig zugespitzte Kuppe bei der kritischen oder Resonanzfrequenz vk, und es ist praktisch unmöglich, die Drehzahl der die periodischen Erregungsimpulse liefernden Antriebsmaschine so scharf zu regeln, daß die Resonanz erhalten bleiben kann. Die Antriebsmaschine, welche die Schwingungsimpulse erzeugt, sucht vielmehr schon deswegen die Resonanzfrequenz vk zu vermeiden, weil sie hier ein Höchstmaß an Arbeit zu leisten hat.Method and device. the magnitude of the deflection of a near resonance working, weakly damped, mechanical vibration system over a wide area Keeping the frequency range constant as soon as there is a mass and suspension or inductance and capacity of the existing vibration system can be used for work performance should, it is recommended to achieve a favorable efficiency, d. H. the best possible ratio of the useful power to that of the vibration excitation, that the number of cycles or frequency of the excitation pulse with the natural oscillation number of the oscillation structure agrees, so that both work in resonance with each other. However, in many cases it is very difficult to keep the resonance tuning, namely when the oscillation system has a relatively small self-damping owns. The curve which the size of the oscillation amplitudes A as a function of the frequency v (Fig. _), has in such oscillation systems with weak damping is known to have a needle-shaped pointed tip at the critical one or resonance frequency vk, and it is practically impossible to control the speed of the periodic To regulate excitation pulses delivering prime mover so sharply that the resonance can be preserved. The prime mover, which generates the vibration impulses, rather seeks to avoid the resonance frequency vk because it is here has to do a maximum of work.

Nun ist es, um einen günstigen Wirkungsgrad zu erzielen, andererseits in vielen Fällen sehr erwünscht, die Eigendämpfung (schädliche Dämpfung des Schwingungssystems) so niedrig wie möglich zu halten. Ganz besonders ist dies notwendig bei Meß-und ähnlichen Anordnungen, z. B. bei Materialprüf-, insbesondere Ermüdungsmeßmaschinen. Denn bei allen diesen Einrichtungen soll die vom Schwingungssystem ausgestrahlte Energie, also in dem Sonderfalle der Ermüdungsmaschinen die vom Prüfstab verbrauchte Energie, gemessen werden. Es ist hierbei erstrebenswert, die durch die Eigendämpfung verbrauchte Energie so klein wie irgend möglich zu machen, derart, daß die ausgestrahlte Nutzenergie mindestens von gleicher Größenordnung ist wie die durch die Eigendämpfung vernichtete Energie, damit die zu bestimmende Nutzenergie - also z. B. die vom Prüfstab verbrauchte Energie - eine gut meßbare Größe im Vergleich zu der für das schwingende System im ganzen aufgewendeten Energie besitzt.Now it is, on the other hand, in order to achieve a favorable degree of efficiency in many cases very desirable, the self-damping (damaging damping of the vibration system) as low as possible. This is particularly necessary for measuring and similar arrangements, e.g. B. in material testing, especially fatigue measuring machines. Because with all of these facilities the one emitted by the oscillation system should be Energy, i.e. in the special case of fatigue machines that consumed by the test rod Energy to be measured. It is worth striving for through the self-damping to make the energy used as small as possible, so that the energy emitted Useful energy is at least of the same order of magnitude as that due to self-damping destroyed energy, so that the useful energy to be determined - e.g. B. from the test rod consumed energy - a well measurable quantity compared to that for the vibrating System in all of the energy it has expended.

Erreichbar wird dieses Ziel, wenn es gelingt, trotz geringer Dämpfung des Schwingungssystems, den Resonanzausschlag über einen weiten Frequenzbereich auf seiner vollen Höhe zu erhalten. - In diesem Falle wird ein Außertrittfallen des Systems auch dann nicht eintreten, wenn die Frequenz der Erregerkraft um nennenswerte Beträge schwankt. Gemäß der Erfindung wird nämlich, wie im folgenden ausführlicher dargelegt wird, der Energieverbrauch bei der Resonanzfrequenz Vk ein Minimum, während der Energiebedarf ansteigt, sobald die Frequenz der Erregermaschine zu- oder abnimmt. Nach dem Gesetz des kleinsten Widerstandes wird die Antriebsmaschine von selbst in diesem Punkt ihres Arbeitsminimums zu bleiben suchen, sofern sie überhaupt die Möglichkeit hat, ihre Drehzahl bei Belastungsschwankungen zu ändern.This goal can be achieved if it succeeds, despite the low damping of the oscillation system, the resonance deflection over a wide frequency range to get at its full height. - In this case there will be a fall out of step of the system does not occur even if the frequency of the excitation force is significant Amount fluctuates. Namely, according to the invention, as follows in more detail is set out, the energy consumption at the resonance frequency Vk a minimum, while the energy demand increases as soon as the frequency of the exciter machine increases or decreases. According to the law of the least resistance, the prime mover becomes seek to stay by themselves at this point of their minimum workforce, if at all has the option of changing its speed in response to fluctuations in load.

Gemäß der Erfindung wird nun dieses Gleichhalten des Resonanzausschlages über einen weiten Frequenzbereich dadurch erreicht, daß mit dem bisher betrachteten, im folgenden als »primäres« bezeichneten Schwingungssystem ein zweites (sekundäres) Schwingungssystem gekoppelt wird, welches die Erregung, also- die Antriebsmaschine, für die beiden Schwingungssysteme enthält und stärker gedämpft ist als das primäre System. Hierbei muß die Eigenfrequenz des sekundären Systems regelbar sein, und zwar vorzugsweise derart, daß sie mit der Eigenschwingungszahl des primären Systems möglichst genau übereinstimmt. Regelbar ist ferner die Koppelung zwischen beiden Systemen und die Dämpfung des sekundären Systems. Hierdurch wird es unter entsprechender Einstellung dieser drei Faktoren, der Eigenfrequenz, der Koppelung und der Dämpfung möglich, den Schwingungsausschlag des primären Systems zwischen den beiden Resonanzkuppen des sekundären Systems konstant zu halten. Es wird also selbst bei schwach gedämpftem primären System die Resonanz nicht wie bei dem der Abbildung z zugrunde liegenden einfachen Schwingungssystem bezüglich der Erregermaschine ein labiler Punkt, der sich durch ein scharfes Leistungsmaximum der Antriebsmaschine kennzeichnet, viehmehr kehren sich nun die Verhältnisse insofern um, als der bisher maßgebende Resonanzpunkt Vk mit einem scharfen Leistungsminimum zusammenfällt, also für die Antriebsmaschine einen äußerst stabilen Zustand bildet.According to the invention, this keeping the resonance deflection equal achieved over a wide frequency range in that with the previously considered, hereinafter referred to as the "primary" oscillation system a second (secondary) Vibration system is coupled, which the excitation, i.e. the drive machine, for the two oscillation systems and is more strongly damped than the primary one System. Here, the natural frequency of the secondary system must be controllable, and although preferably in such a way that they match the natural frequency of the primary system matches as closely as possible. The coupling between the two can also be regulated Systems and the attenuation of the secondary system. This makes it under appropriate Adjustment of these three factors, the natural frequency, the coupling and the damping possible, the oscillation amplitude of the primary system between the two resonance peaks of the secondary system to be kept constant. So it will be even with weakly damped primary system does not have the resonance as in the case of the one underlying the mapping z simple oscillation system with respect to the exciter machine an unstable point that is characterized by a sharp power maximum of the prime mover, cattle more The situation is now reversed insofar as the previously decisive resonance point Vk coincides with a sharp power minimum, i.e. for the prime mover forms an extremely stable state.

Die Vorgänge ergeben sich am klarsten, wenn die Kurven der Schwingungsausschläge des primären und sekundären Systems zusammen in Abhängigkeit von der Frequenz v aufgetragen werden (Abb. a), wobei angenommen ist, daß die vorher erwähnten drei. Faktoren in der günstigsten Weise eingeregelt worden sind. Man erkennt aus Abb. 2, daß die Kurve der Ausschläge 1 des sekundären Systems zwei ausgeprägte Kuppen mit den Resonanzausschlagswerten I1,12 aufweist, die um einen um so größeren Frequenzbereich v voneinander entfernt liegen, je fester die Koppelung zwischen beiden Systemen gewählt wird, während sie umgekehrt bei Lockerung der Koppelung näher aneinanderrücken. Die Größe dieser Resonanzausschlagwerte Il, I2 hängt in erster Linie von der Eigendämpfung des sekundären Systems ab und ist dieser umgekehrt proportional. Bei kleiner Eigendämpfung erzielt man außerordentlich hohe Ausschlagwerte Il, I2 (wobei allerdings zu berücksichtigen ist, daß die Dämpfung dieses Systems stets größer bleiben muß als die des primären Systems). Zwischen den beiden. Kuppenwerten Il, I2 der Ausschlagkurve des sekundären Systems fallen die Kurvenzweige nach dem ursprünglichen Resonanzpunkt vk hin ab. Dieser Einschnitt der Kurve wird um so schärfer und tiefer, j e kleiner die Dämpfung des primären Systems ist.The processes emerge most clearly when the curves of the oscillation deflections of the primary and secondary system together depending on the frequency v (Fig. a), assuming that the aforementioned three. Factors have been adjusted in the most favorable manner. From Fig. 2 that the curve of the deflections 1 of the secondary system has two distinct peaks with the resonance deflection values I1,12, which has a frequency range that is all the greater v are apart, the tighter the coupling between the two systems is chosen, while conversely they move closer together as the coupling is loosened. The size of these resonance deflection values II, I2 depends primarily on the inherent damping of the secondary system and is inversely proportional to this. With small internal damping extraordinarily high deflection values II, I2 are achieved (although this must be taken into account is that the damping of this system must always remain greater than that of the primary Systems). Between the two. Peak values II, I2 of the deflection curve of the secondary System, the branches of the curve drop towards the original resonance point vk. This incision in the curve becomes sharper and deeper, the smaller the damping of the primary system is.

Die Steilheit der Schenkel des Einschnittes ist einerseits von der Entfernung der Resonanzkuppen, andererseits von der Höhe abhängig. Durch Veränderung der Koppelung einerseits und der sekundären Dämpfung andererseits kann demnach die Form der Kurve, besonders die Steilheit der Schenkel des Einschnittes, geregelt werden. Durch Lockerung der Koppelung und Schwächung der Dämpfung des sekundären Systems vergrößert sich diese Steilheit, während die Kurve um so flacher wird, je fester die Koppelung und je stärker die Dämpfung gewählt wird.The steepness of the legs of the incision depends on the one hand Distance of the resonance peaks, on the other hand depending on the height. Through change the coupling on the one hand and the secondary damping on the other hand, can therefore The shape of the curve, especially the steepness of the legs of the incision, is regulated will. By loosening the coupling and weakening the damping of the secondary System, this steepness increases, while the curve becomes flatter, ever The stronger the coupling and the stronger the damping is chosen.

Durch richtige Wahl der erwähnten drei Faktoren gelingt- es, -an Stelle der in Abb. z gestrichelt nochmals eingezeichneten Resonanzkurve A. eine Kurve K für die Ausschläge- des primären Systems zu erhalten, die etwa zwischen den Resonanzwerten Il, I2 des sekundären Systems den konstanten Wert Ao besitzt. Die Einwirkung des sekundären Systems auf das primäre läßt sich etwa folgendermaßen erklären Der Ausschlag des sekundären Systems bildet infolge der Koppelung beider Systeme gewissermaßen die Erregerkraft des primären Systems. Würde die Erregerkraft, also die Kurve I konstant bleiben, so würde die ursprünglich betrachtete Kurve A das Gesetz für die Ausschläge des primären Systems angeben. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung bleibt jedoch die Erregung für das primäre System nicht gleich: Vielmehr besitzt die Erregerkraft I im ursprünglichen Resonanzpunkt Vk ihre geringste Größe und sie steigt von diesem Punkt entsprechend der Kurve I nach beiden Seiten an. Es gelingt nun, durch geeignete Wahl dieser Kurvenform I, insbesondere der Neigung der Schenkel des Einschnitts bei dem Punkt Vk die Erregung I für das primäre System gerade in. einem solchen Maße zu steigern, daß der sich infolge der Verstimmung einstellende Rückgang des primären Schwingungsausschlages gegenüber dem Resonanzausschlag A, gerade wieder wett gemacht wird. Die Folge hiervon ist, daß der primäre Schwingungsausschlag auch bei Verlassen der ursprünglichen Resonanz Vk seinen Wert beibehält, so daß die Kurve K der Schwingungsausschläge des primären Systems eine trapezförmige Gestalt annimmt und der Schwingungsausschlag über ein großes Gebiet der Erregungsfrequenz konstant bleibt.By correct choice of the three factors mentioned, you will succeed in place the resonance curve A. again drawn in dashed lines in Fig. z, a curve K for the deflections of the primary system that are roughly between the resonance values Il, I2 of the secondary system has the constant value Ao. The action of the secondary system to the primary can be explained roughly as follows: The rash of the secondary system forms as a result of the coupling of the two systems the excitation force of the primary system. If the excitation force, i.e. curve I remain constant, the originally considered curve A would be the law for the Specify the deflections of the primary system. According to the method according to the invention however, the excitation does not remain the same for the primary system: rather, it possesses the excitation force I in the original resonance point Vk its smallest size and it increases from this point according to the curve I to both sides. It succeeds now, by a suitable choice of this curve shape I, in particular the inclination of the legs of the incision at point Vk the excitation I for the primary system just in. to such an extent that the result of the disgruntlement occurs Decrease in the primary oscillation deflection compared to the resonance deflection A, just being made up for. The consequence of this is that the primary oscillation amplitude even when leaving the original resonance Vk retains its value, so that the curve K of the oscillation deflections of the primary system one takes on trapezoidal shape and the oscillation amplitude over a large area the excitation frequency remains constant.

Aus dem Kurvenbild der Abb. a geht auch hervor, daß die Antriebsmaschine, welche dem sekundären System die Energie zuführt, im ursprünglichen Resonanzpunkt vk die geringste Leistung abzugeben hat. Schon um einen guten Wirkungsgrad zu erzielen, wird die Antriebsmaschine zweckmäßig unter den im Punkt vk bestehenden Bedingungen betrieben.The graph in Fig. A also shows that the prime mover, which supplies the energy to the secondary system, at the original point of resonance vk has to deliver the lowest performance. To achieve a good level of efficiency, the prime mover is expedient under the conditions existing in point vk operated.

Man erkennt nun jedoch auch, daß die Antriebsmaschine schon an sich bestrebt ist, sich nach dem Gesetz des kleinsten Widerstandes stets in ihr Leistungsminimum einzustellen, sofern sie überhaupt die Möglichkeit besitzt, unter dem Einfluß der Belastung ihre Drehzahl zu ändern und daß schon hierdurch die Konstanz der gesamten Betriebsbedingungen, insbesondere auch des Schwingungsausschlages des primären Systems, gewährleistet wird.However, it can now also be seen that the prime mover is in itself strives, according to the law of the least resistance, always in its performance minimum set, if it has the opportunity to work under the influence of Load to change their speed and that already thereby the constancy of the whole Operating conditions, in particular the oscillation amplitude of the primary system, is guaranteed.

Abb. 3 bis 5 lassen im einzelnen für ein Zahlenbeispiel erkennen, in welcher Weise die Veränderung der Koppelung bzw. der Dämpfung des Sekundärsystems den Verlauf des Primärausschlags beeinflußt. In Abb.3 ist gezeigt, wie die Kurvenform sich bei konstanter Koppelung ändert, wenn die Sekundärdämpfung variiert wird. Man erkennt insbesondere, daß die »trapezförmige«Kurve mit über einem weiten Frequenzbereich konstanten Ausschlag des Primärsystems nur für einen ganz bestimmten Wert der Sekundärdämpfung erreicht wird. Die Größe dieses Wertes richtet sich nach der Stärke der Koppelung und der Größe der Primärdämpfung und wird zweckmäßig auf experimentellem Weg durch systematische Änderung der Sekundärdämpfung bestimmt.Fig. 3 to 5 show in detail for a numerical example, in what way the change in the coupling or the damping of the secondary system influences the course of the primary deflection. In fig 3 it is shown how the curve shape changes with constant coupling when the secondary damping is varied. Man recognizes in particular that the "trapezoidal" curve with over a wide frequency range constant deflection of the primary system only for a very specific value of the secondary damping is achieved. The size of this value depends on the strength of the coupling and the size of the primary attenuation and is expediently carried out experimentally systematic change in the secondary attenuation is determined.

Aus Abb.3 ist weiterhin folgendes zu erkennen: Wird die Sekundärdämpfung zu klein gemacht, so zeigt die Amplitudenkurve des Primärsystems eine doppelwellige Form mit einer Einsattelung in der Mitte. Wird sie zu groß gemacht, so geht die Trapezform in eine einwellige Kuppe über. Jedenfalls zeigt die Kurvenschar der Abb.3, daß es möglich ist, durch entsprechendes feinfühliges Einregeln der Sekundärdämpfung bei konstanter Koppelung und konstanter Primärdämpfung die gewünschte trapezförmige Ausschlagkurve zu erhalten.The following can also be seen from Fig. 3: If the secondary damping If made too small, the amplitude curve of the primary system shows a double wave Shape with a saddle in the middle. If it is made too big, it works Trapezoidal shape into a single-wave dome. In any case, the family of curves in Figure 3 shows that it is possible by carefully adjusting the secondary damping with constant coupling and constant primary damping the desired trapezoidal To obtain deflection curve.

In Abb.4 sind die zugehörigen Ausschlagkurven des Sekundärsystems dargestellt. Man erkennt, daß hier mit abnehmender Sekundärdämpfung die beiden Kuppen immer höher und die Schenkel des V-förmigen Einschnitts immer steiler werden, während die Tiefe des Einschnitts, also das Minimum des -Ausschlags, praktisch unverändert bleibt.The corresponding deflection curves of the secondary system are shown in Fig shown. It can be seen that the two peaks here with decreasing secondary damping higher and higher and the legs of the V-shaped incision become steeper and steeper while the depth of the incision, i.e. the minimum of the deflection, is practically unchanged remain.

Abb.5 zeigt in entsprechender Weise, wie auch eine Veränderung der Koppelung bei konstanter Sekundärdämpfung die Kurvenform des Ausschlags des Primärsystems beeinflußt. Man erkennt, daß die Trapezform nur für eine ganz bestimmte Koppelung zustande kommt. Wird diese größer gemacht, so entsteht die doppelwellige Kurve mit einem Sattel in der Mitte; wird sie kleiner gemacht, so erhält man eine einwellige Kuppe. Jedenfalls erkennt man, daß die gewünschte Kurve mit einem über einen weiten Frequenzbereich konstanten Primärausschlag durch entsprechendes Einregeln der Koppelung erhalten werden kann, wenn die primäre und sekundäre Dämpfung gegeben sind.Fig.5 shows in a corresponding way how also a change in the Coupling with constant secondary damping the curve shape of the deflection of the primary system influenced. It can be seen that the trapezoidal shape is only used for a very specific coupling comes about. If this is made larger, the double-wave curve is also created a saddle in the middle; if it is made smaller, a single wave is obtained Knoll. In any case, one recognizes that the desired curve is wide with one over another Frequency range constant primary deflection by adjusting the coupling accordingly can be obtained if the primary and secondary damping are given.

Die Ausbildung der beiden Schwingungssysteme im einzelnen, die Mittel zur Koppelung und zur Dämpfung des sekundären Systems sind an sich beliebig. In Abb. 6 ist die Anwendung der Erfindung auf mechanische Schwingungssysteme dargestellt, und zwar besteht das primäre System aus der -schwingbar gelagerten Masse m, und der diese Masse gegen das Gestell abstützenden Federung cl. Das sekundäre Schwingungssystem wird in entsprechender Weise durch die Massein, und die Federung c2 gebildet, und zwar sind diese Masse oder die Federung oder beide derart regelbar, daß diese beiden Systeme mi, cl und m2, c2 auf die gleiche Eigenschwingungszahl gebracht werden können. Die Koppelwirkung zwischen beiden Systemen kommt in diesem Beispiel durch die Koppelungsfeder ck zustande, deren Federkonstante, z. B. durch Zu- und Abschalten von Windungen, gleichfalls regelbar ist. Der Antriebsimpuls für die beiden gekoppelten Systeme greift an der Masse m2 an. Er kann beispielsweise von einer Wuchtmasse w herrühren, die durch einen in der Massem, gelagerten Motor mit einer Drehzahl angetrieben wird, die mit der Eigenschwingungszahl des Systems m2, c2, also auch der des Systems ml, ci, übereinstimmt. Die Dämpfung des Systems in, c2 ist zweckmäßig wesentlich größer als die des Systems ml, c1.The development of the two oscillation systems in detail, the means for coupling and for damping the secondary system are basically arbitrary. In Fig. 6 shows the application of the invention to mechanical vibration systems, namely, the primary system consists of the -swivably mounted mass m, and the suspension cl supporting this mass against the frame. The secondary oscillation system is formed in a corresponding manner by the mass, and the suspension c2, and although this mass or the suspension or both are adjustable in such a way that these two Systems mi, cl and m2, c2 can be brought to the same natural frequency. In this example, the coupling effect between the two systems comes from the coupling spring ck, the spring constant of which, e.g. B. by connecting and disconnecting windings, is also adjustable. The drive impulse for the two coupled systems attacks mass m2. It can, for example, come from a balancing mass w, which is driven by a motor mounted in the massem at a speed, those with the natural frequency of the system m2, c2, i.e. also that of the system ml, ci, matches. The attenuation of the system in, c2 is expediently much greater than that of the system ml, c1.

Abb. 7 zeigt ebenso schematisch eine Koppelung der beiden mechanischen Schwingungssysteme ml, c1 und m2, c2 durch eine im Schwerpunkt vonm,undm2liegendeKoppelungsmasse mk. In diesem Falle kann beispielsweise die Stärke der Koppelung einfach durch Vergrößerung öder Verkleinerung der Koppelungsmasse verändert werden.Fig. 7 also shows schematically a coupling of the two mechanical ones Vibration systems ml, c1 and m2, c2 by a coupling mass in the center of gravity of m, and m2 mk. In this case, for example, the strength of the coupling can simply be increased by magnification or the reduction of the coupling mass.

In Abb. 8 handelt es sich um ein elektromechanisches System, das beispielsweise auf eine Maschine zur Ermüdungsprüfung von Baustoffen beliebiger Art anwendbar ist. Hier ist ein aus einer Feder cl und einer Masse ml bestehendes mechanisches Schwingungssystem mit einem elektrischen Schwingungskreis gekoppelt, der aus der Induktivität m2 und der Kapazität c2 besteht. Der Prüfstab z ist so mit der Masse ml des primären Systems verbunden, daß er die Wirkung der Feder cl unterstützt. Die Koppelung erfolgt hier durch die Wirkung eines Elektromagneten k, derart, .daß die Stärke des Magnetfeldes ck der Stärke der Koppelungsfederwirkung der mechanischen Systeme nach Abb.6 entspricht. Um die Wirkung des Elektromagneten, also die Größe der Koppelung, bequem regeln zu können, trägt der Magnet k eine Wicklung f, die unter Zwischenschaltung eines regelbaren Widerstandes f 1 von einer Gleichstromquelle q gespeist wird. Auf diese Weise lagern sich die Kraftwirkungen des Wechselfeldes, welche durch den Strom des elektrischen Schwingungskreises in, ., c2 bedingt sind, über ein durch die Spule f erzeugtes regelbares magnetisches Gleichfeld. Der das sekundäre Schwingungssystem rz2, c2 zweckmäßig unter Zwischenschaltung eines die Dämpfung regelnden Widerstandes w1 erregende Motor, beispielsweise eine Hochfrequenz-Wechselstrommaschine g, wird nun zwar, wie vorher erläutert, von sich aus bestrebt sein, im Punkt vk seiner Minimumleistung zu arbeiten, jedoch ist es zweckmäßig, dieses Bestreben der Antriebsmaschine z. B. mit Hilfe eines Frequenzreglers in der nachstehend beschriebenen Weise zu unterstützen.Fig. 8 shows an electromechanical system that can be used, for example, on a machine for fatigue testing of any type of building material. Here a mechanical oscillation system consisting of a spring cl and a mass ml is coupled to an electrical oscillation circuit which consists of the inductance m2 and the capacitance c2. The test rod z is connected to the mass ml of the primary system in such a way that it supports the action of the spring cl. The coupling takes place here through the action of an electromagnet k in such a way that the strength of the magnetic field ck corresponds to the strength of the coupling spring action of the mechanical systems according to Fig. 6. In order to be able to conveniently regulate the effect of the electromagnet, i.e. the size of the coupling, the magnet k has a winding f which is fed by a direct current source q with the interposition of a controllable resistor f 1. In this way, the force effects of the alternating field, which are caused by the current of the electrical oscillating circuit in,. The motor, for example a high-frequency alternating current machine g, which expediently excites the secondary oscillation system rz2, c2 with the interposition of a damping-regulating resistor w1, will, as previously explained, endeavor to work at point vk of its minimum power, but it is it is appropriate to this endeavor of the prime mover z. B. with the help of a frequency controller in the manner described below.

Der Hochfrequenzgenerator g wird in diesem Beispiel unmittelbar von einem Gleichstrom-Nebenschlußmotor g1 getrieben. Die Drehzahl dieses Motors g1 kann bekanntlich dadurch geregelt werden, daß der Strom seines Erregerfeldes g3 geschwächt oder verstärkt wird. Der hierzu dienende Regelwiderstand w2 wird mittels eines Schiebers s verändert, welcher von einer Spindel s1 mit Hilfe eines kleinen Motors t bewegt wird. Dieser Hilfsmotor ist so geschaltet, daß er mit Links- und Rechtsdrehung laufen kann.The high frequency generator g is in this example directly from driven by a direct current shunt motor g1. The speed of this motor g1 can is known to be regulated in that the current of its excitation field g3 is weakened or is reinforced. The regulating resistor w2 used for this is adjusted by means of a slide s changed, which moves from a spindle s1 with the help of a small motor t will. This auxiliary motor is connected in such a way that it rotates to the left and right can.

Beim Untersuchen der Phasenverschiebung im Schwingungssystem »z2, c2 zeigt sich, daß im Leistungsminimum, also im Punkt vk des Kurvenbildes, die Phasenverschiebung cos 99 = i ist, während sie beim Unterschreiten der Resonanzfrequenz ins induktive, beim Überschreiten dagegen in das kapazitive Gebiet gelangt. Es wird nun gemäß der Erfindung ein die Phasenverschiebung anzeigendes Instrument, ein Phasometer P, zum Steuern des Hilfsmotors t und damit zum Verstellen des Schiebewiderstandes s bzw. zum Regeln der Feldstärke g3 benutzt. Der Phasometerzeiger p trägt zu diesem Zweck Kontakte, die bei Ausschwingen nach der einen oder anderen Seite, also in kapazitivem oder induktivem Sinne, mit Kontakten eines Stromwenders u in Berührung kommen und hierdurch den Hilfsmotor t auf seine Rechts-bzw. Linksdrehung schalten. Dieser Motor läuft jedesmal so lange, wie der betreffende Kontakt geschlossen ist. Sobald der Zeiger p in das andere, z. B. induktive Gebiet hinüberschlägt, wird der Motor t so umgeschaltet, daß das Feld g3 des Antriebsmotors g1 geschwächt wird und sich eine - Steigerung der Drehzahl der Erregermaschine g ergibt. Beim Überpendeln des Schwingungssystems m2, c2 in das kapazitive Gebiet wird die Drehrichtung des Motors t durch das Phasometer P so umgeschaltet, daß er auf Verstärkung des Feldes g3 hinarbeitet, so daß sich die Drehzahl des Maschinensatzes g, g1 vermindert. Auf diese Weise kann die Selbstregelung des Erregers im Leistungsminimum sehr feinfühlig überwacht werden.Examining the phase shift in the oscillation system »z2, c2 shows that in the power minimum, i.e. at point vk of the graph, the phase shift is cos 99 = i, while when falling below the resonance frequency it gets into the inductive area, when it exceeds the resonance frequency it gets into the capacitive area. According to the invention, an instrument indicating the phase shift, a phasometer P, is used to control the auxiliary motor t and thus to adjust the sliding resistance s or to regulate the field strength g3. For this purpose, the phasometer pointer p carries contacts that come into contact with contacts of a commutator u when they swing out to one side or the other, that is to say in a capacitive or inductive sense. Turn to the left. This motor runs as long as the relevant contact is closed. As soon as the pointer p is in the other, e.g. B. flips over inductive area, the motor t is switched so that the field g3 of the drive motor g1 is weakened and there is an increase in the speed of the exciter g. When the oscillation system m2, c2 oscillates into the capacitive area, the direction of rotation of the motor t is switched by the phasometer P so that it works towards strengthening the field g3, so that the speed of the machine set g, g1 is reduced. In this way, the self-regulation of the exciter in the power minimum can be monitored very sensitively.

Die im vorstehenden beschriebene Regelvorrichtung ist, wie erwähnt, lediglich ein Beispiel und stellt eine Anordnung dar, die in vielen Fällen besonders zweckmäßig ist. Die Regelung läßt sich jedoch noch auf verschiedene andere Weise erzielen. Z. B. kann bei rein mechanischen Systemen ebenfalls die Phasenverschiebung zwischen Impuls und Ausschlag im sekundären System zur Regelung benutzt werden. Sie befolgt die gleichen Gesetze, die soeben beschrieben wurden.The control device described above is, as mentioned, merely an example and represents an arrangement that is special in many cases is appropriate. However, the scheme can still be regulated in various other ways achieve. For example, the phase shift can also be used in purely mechanical systems between impulse and deflection in the secondary system can be used for regulation. It obeys the same laws just described.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Procedure to determine the size of the deflection of an in Near-resonance working, weakly damped, mechanical vibration system, z. B. a fatigue machine to keep the same over a wide frequency range, thereby characterized in that with a primary oscillation system a more damped one Vibration system is coupled to which the excitation acts, and that initially the natural frequency of this secondary system is controlled so that it is practical coincides with the natural frequency of the primary system, whereupon the damping of the more strongly damped secondary oscillation system and (or). the coupling between both systems can be adjusted until the primary system deflects over a larger, z. B. that between the resonance excursions of the secondary system lying frequency range remains constant.

2. Apparatus for carrying out the method according to claim z, characterized in that the drive machine, which the periodic Pulses are always supplied to the by a controller, for example a phasometer Minimum performance (vk) is regulated.