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Vorrichtung und Verfahren zur Messung von Schwingungen, insbesondere
an Flugzeugen Bei der Bestimmung der Schwingungsform nicht rotierender technischer
Bauteile, insbesondere an Flugzeugen, wird in der Regel so vorgegangen, daß der
zu untersuchende Gegenstand z. B. durch Beine umlaufende urwuchtige Masse oder magnetisch
zu Schwingungen erregt wird und daß die Amplituden dieser Schwingungen auf optischem
Wege (z. B. durch Überdeckung von Meßdreiecken oder Maßstäben) gemessen werden.
Auf diese Weisse ist es jedoch in manchen Fällen nur schwer möglich, . sein richtiges
Bild des Schwingungsvorganges zu erhalten, da der Wechsel der Bewegungsrichtung
der Schwingung auf diese Weise nicht gemessen werden kann und bim Vorhandensein
von gekoppelten Schwingungen auch die Lagen der Schwingungsachsen oft nicht festgestellt
werden können.
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Die für die Schwingungsuntersuchung und zum Auswuchten umlaufender
Bauteile, wie Motoren, Wellen u. dgl., verwendeten, vielfach und schon seit langem
bekannten Verfahren und Vorrichtungen lassen sich für Flugzeugbauteile, wie Flügel,
Ruder u. dgl., nicht anwenden, @da bei umlaufenden Teilen nur ein Freiheitsgrad
vorhanden ist, bei schwingenden Flugzeugbauteilen aber mehrere, woraus sich gekoppelte
Schwingungen - ergeben müssen. Die Verwendung der bekannten Verfahren und Vorrichtungen
bei :der Untersuchung solcher gekoppelter Schwingungen ergibt, wie schon oben erwähnt
wurde, nur ein Bild einer zufällig auftretenden Schwingungsart, von der man aber
nicht wissen kann, ob es die gefährlichste ist oder aus welchen anderen Schwingungen
sie resultiert, d. h, wie groß die Anteile dieser anderen Schwingungskomponenten
an ihr sind.
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Die Erfindung bezweckt nun, diese einzeInen Schwingungen voneinander
zu trennen. Hierzu werden ,ebenfalls optische Anzeigemittel an dem zu untersuchenden
Baubeile angebracht und dieser wird gleichfalls durch eine Schwingungserregermaschine
in Schwingungen versetzt. Die neue Vorrichtung iv@eicht jedoch insofern ab, als
gemäß der Erfindung mit der Schwingungserregermaschine eine der Phasie nacheinstellbare
Kontaktvorrichtung verbunden wird, welche die kurzzeitige Einschaltung von Funkenstrecken
oder Leuchtröhren steuert, wie dies bei Auswuchtvorrichtungen bekannt ist.
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Mit einer solchen Vorrichtung wird nun gemäß der Erfindung die Bewegungsrichtung
und Größe der zu untersuchenden Teile in Abhängigkeit von verschiedenen Schwingungsphasen
der Schwingungserregung beobachtet. Man erhält daraus eineeindeutige Festlegung
der Schwingungsachse und kann dann die Größe und Richtung der Schwingungskomponenten
genau bestimmen und messen. Die Kontaktvorrichtung kann also in jede beliebige Phase
zur Schwingungserregung eingestellt werden, so daß aus den Stellungen der Funken
oder der schwingenden Leuchtröhren
beim Aufleuchten die Amplituden
der Schwingungen in Abhängigkeit von der Phase unmittelbar abgelesen werden können.
Ein entsprechendes Schaltgerät hierfür besteht z. B. einfach ans einem mit der Schwingungscrre<-;ung
gekoppelten gewölnilichen LTüteriircclier, wie er zur Schaltung bei Verbrennungsinotoren,
üblich is;, und dazu passender Batterie und Zündspule, die den für die Speisung
der Leuchtröhren nötigen bochgespannten Strom erzeugen.
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Durch Verdrehen des l'nterbreclicrgebäuses kann in diesem Falle entsprechend
der Einstellung (wie hei Früh- und Spätzündung bei Motoren) der Phasenwinkel in
einftIcher Weise verändert und so z.13. der Phasenwinkel der größt=en Amplitude
bzw. dur Nullamplitude bestimmt werden.
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An Hand einer in der Zeichnung dargestcllteti beispielsweisen Versuchsanordnung
ist die Vorrichtung und das Verfahren genial) der Erfindung im folgenden beschrieben:
- Eine Kontaktvorrichtung a ist neben dem rotierenden Triiger der Unwucht b ortsfest
gelaget-t und besteht aus einem im festeifi Punkte gelagerten 1-Iebela, der auf
der einer. Seite einen Anschlage trägt, während er auf der anderen Seite durch die
Feder f auf den Kontakt g gepreßt wird. Wenn sich die Unwucht-b in der Pfeilrichtung
dreht, stößt der Anfangspunkt h des den Unterbrecher bildenden, am Uiiwuchttr:iger
angeordneten Halbringes i auf den Anschlage und stößt gegen den Druck der
Feder f den Hebel vom Kontakt j. Der von der Batterie k erzeugte üftnungsstram wird
durch einen Transformator L Hochgespannt und erzeugt in der Funkenstreckem uiren
Funken. Die Funkenstrecke in ist am schwingenden Flügel befestigt. Durch die Verstellung
des Halbringes i gegenüber der Unwucht b kann der Funke in einem willkürlich festlegbaren,
bei gleichbleibender Einstellung des Unterbrechersaa sich bei jeder Schwingung wiederholenden
Punkt zum Aufleuchten gebracht werden. Zweckmäßigerweise legt inan diesen Punkt
an den höchsten Wert der Schwingung. Die Stellung des Halbringes i gegen
die Unwucht b bezieht die Phase der Schwingung auf ,eine bestimmte Stellung
der Unwucht b, der Winkel zwischen der Massenlage der Unwuchtb und der Einstellung
des Halbringes! ist das Maß für die Schwingungsphase zwischen der Stellung der Unwucht
b und der gemessenen Schwingung.
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Dasselbe wiederholt man für eine zweite Einstellurig des Halbringes
i. Die Phasenverschiebung zwischen den beiden Schwingungen ergibt sich aus dem Winkel
zwischen den beiden Stellungen des Steuergliedes i für den Unterbrecher a. d. 1i.
die Stellung des Halbrin-es i in 1iczug auf die Unwucht h wird für zwei verschiedene
Schwingungen festgestellt; der Winkel, den diese beiden Stellungen miteinander bilden,
ist unmittelbar das Maß für die Größe der Phasenverschiebung zwischen den beiden
Schwingungen.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird zttgleich als Amplitudenmeßgerät
verwendet, indem die Lichtduelle, die an den 1@T:ßstcllen im Rythnius der Schwingungen
aufleuchtet, das AmplitudetinießgCr-,it, z. B. einen Ahlesemaßstab, Mel')keil nach
Föppl oder ähnliches, beleuchtet. Da die Beleuchtung durch den Funken kurzzeitig
erfolgt, erscheint dann der von dein Funken heleucbtete Amplittidenmesser in -dieser
Stellung feststehend bzw. (bei gleicbzeitiger Beleuchtung durch eine andere Lichtquelle)
diese Stellung besonders Hervorgehoben, so daß schon mit blo(.i@cm Auge die Bewegungsrichtung
und Amplitude der Schwingung erkannt und gemessen werden kann. Statt ein besonderes
Amplitudenmeßgerät mit dem Funken zu beleuchten, kann auch die Funkenstrecke selbst
an der schwingenden Konstruktion befestigt und die Lage des Funkenbildes in Abhängigkeit
von der Amplitude photogt-aphiscli registriert oder mit einem Fernrohr finit Okularmikrometer
abgelesen werden. Statt der Funkenstrecke kann auch in an sich bekannter Weise eine
Vakuumröhre, z. B. Geißlersche Röhre, Moore-Lichtlampe oder :eine Glimmlampe verwendet
werden.
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Eitle besonders einfache Ausführung des beschriebenen Schwingungsmessers
ergibt sich z. B., wenn für den mit der Schwingungserregermaschine gekuppelten Schalter
ein gewöhnlicher Unterbrecher, wie er zur Zündung bei Verbrennungsmotoren üblich
ist, und als Transformator eine dazu passende Zündspule verwendet wird. Durch Verdrehen
des Unterbrechergehäuses kann in diesem Fall entsprechend er Einstellung (Früh-
und Spätzündung bei den Motoren) der Phasenwinkel in einfacher Weise verändert werden
und dadurch kann der Phasenwinkel der größten Amplitude (oder der Nullamplitude)
bestimmt werden.
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Um Phasenverschiebung und Amplitudenmessung miteinander verbinden
zu können, ist es zweckmäßig, wend auf eine volle Schwingung zwei um i 8o' phasenverschoben
liegende Unterbrechungen kommen. Hierdurch läßt sich die Amplitude in einfacher
Weise als größte Amplitude oder als Amplitude für eine bestimmte Phasenlage bestimmen,
so daß sich z. B. gekoppelte Biege-und Drehschwingungen leicht trennen lassen. Um
zu vermeiden, daß hierbei ein Irrtum um volle i 8o' entsteht, wird die Beleuchtung
in der einen Unterbrechungsstelle zwecki ii. iißig abschaltbar gemacht. z#