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Schwingungserreger zum Prüfen technischer Gebilde Zum Prüfen technischer
Gebilde, und zwar insbesondere statischer Tragkonstruktionen, sind Schwingungserreger
mit exzentrisch umlaufendeh Massen bekannt, mit denen dem zu prüfenden Bauwerk künstlich
Schwingungen aufgezwungen werden. Die Charakteristik der von diesem Bauwerk ausgeführten
Schwingungen dient dabei u. z. zur Beurteilung seiner dynamischen Eigenschaften.
Diese bekannten Einrichtungen besitzen jedoch den Mangel, daß die von ihnen ausgeübten
Kräfte mit zun chmender Frequenz der aufgezwungenen Schwingungen, d. h. mit zunehrnender
Impulszahl des Schwingungserregers, außerordentlich stark anwachsen. Da es in vielen
Fällen notwendig ist, die Schwingungscharakteristik von Bauwerken über einen großen
Frequenzbereich zu prüfen, können die ausgeübten Kräfte b;ei hohen Frequenzen so
groß werden, daß sie zu einer Zerstörung des Bauwerkes führen. Man hat diesem Mangel
schon dadurch abzuhelfen versucht, daß man den Abstand der exzentrischen Massen
von der Driehachse änderte. Hierbei ist es aber jedesmal erforderlich, den Schwingungserreger
außer Betrieb zu setzen. Ferner ist es lerwünscht, daß der Schwingungserreger leicht
zugänglich ist. Dies führt in vielen Eillen, beispielshallber bei der Prüfung von
Flugzeugbauteilen während des Fluges, zu erheblichen Schwiserigkeiten, da hier der
Schwingungserreger häufig nicht an solchen Stellen angebracht werden kann, die während
des Fluges zugänglich sind, so daß bei Flugversuchen nach Durchprüfung eines bestimmten
Frequenzbereiches stets eine Landung notwendig wird, damit man eine neue Einstellung
des Schwingungserreglers vornehmen kann.
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Durch die Erfindung werden diese Nachteile vermieden. Sie geht von
leinem Schwingungserreger mit umlaufenden Massen aus, deren gemeinsamer Massenmittelpunkt
exzentisch zu ihrer Drehachse umlauft und besteht darin, daß die umlaufenden Massen
und deren Träger so angeordnet und ausgebildet sind, daß sich zur selbsttätigen
Regelung Ider von dem Erreger ausgeübten Kräfte in Abhängig ; keit von der Drehzahl
der Abstand des gemeinsamen Massenmittelpunktes der umlaufenden Massen von ihrer
Drehachse bei zunehmender Drehzahl verkleinert.
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Zur näheren Erläuterung der Erfindung ist in der Abb. I die Größe
der Zentrifugalkraft Z der umlaufenden Massen in Abhängigkeit von der Winkelgeschwindigkeit
(o bei verschiedenen Schwingungserregern dargestellt.
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Die parabolische Kurve a zeigt das außerordentlich schnelle Anwachsen
der Zentrifugalkraft bei einem der bekannten Schwingungserreger, bei dem der Abstand
zwischen dem Massenmittelpunkt und der Drehachse der umlaufenden Massen nicht geändert
wird.
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Durch die Linie wird die Größe der Zentrifugalkräfte dargestellt,
die sich bei einem der bekannten Schwinguhgserreger er, gibt, bei dem der vorher
erwähnte Abstand verändlert wird. Jedesmal, wenn die Zentrifugalkraft den gerade
noch zulässigen Höchstwertz' erreicht,
muß eine Ausschaltung des
Schwingungserregers und eine Neucinstellung des. selben erfolgen. Die Kurve c zeigt
den V,, lauf der Größe der Zentrifugalkraft hei einem Schwingungserreger entsprechend
der Erfindung. Diesse Kurve nähert sich asymptotischdem vorher festgelegten höchst
zulässigen Grenzwert z'. Es zeigt sich, daß in diesem Fall der Schwingungserreger
über einen beliebig großen Frequenzbereich benutzt werden kann, ohne daß ein Eingriff
von außen erfolgen muß.
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In Abb. 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes
dargestellt, das gleichzeitig auch zur näheren Erläuterung der Wirkungsweise dienen
möge. Ein Grundkörper s ist mit beliebig veränderbarer Winkelgeschwin digkeit um
seine Drehachse 2 drehbar.
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An diesem Grundkörper sind Hebel 5 und 6 in den beiden Gelenken 3
und 4, die beide in gleichem Abstand von der Drehachse 2 angeordnet sind, drehbar
gelagert. Diese Hebel tragen an ihren äußeren Enden Massen 7 und 8 und sind durch
die beiden Zahn. segmente 9 und 10 kinematisch derart miteinander verbunden, daß
sie beim Verschwenken stets untereinander gleiche Winkelstellungen gegen : über
der Mittelsenkrechten S zur Verbindungslinie T der Gelenke 3 und 4 einnehmen. Eine
Feder 1 1 greift an den beiden Hebelarmen 5 und 6 so an, daß sie bestrebt ist, die
bleilden Massen 7 und 8 in diejenige Lage einzustellen, blei welcher der gemeinsame
Massenmittelpunkt M sich in einem großen Abstandr von der Drehachse 2 befindet.
Wird nun die Einrichtung in Umlauf versetzt, so wirken auf die Feder 1 1 die iur
Mittellinie S senkrechten Komponenten K. der von den Massen 7 und 8 erzeugten Zentrifugalkräfte
Z. Die Feder erfährt somit eine Dehnung, bis Gleichgewicht zwischen ihrer Spannung
und den Komponenten der Zentrifugalkräfte herrscht. Bei dieser Anspannung der Feder
verschwenken sich die Hebel 5 und 6 nach außen, wodurch der Massenmittelpunkt Al
näher an die Drehachse 2 heranrückt. Bei dieser Einrichtung ist sonach einer bestimmten
Größe der winkelgeschwindigkeit stets eine bestimmte Lage des Masrsenmittelpunktes
zugeordnet, und zwar wird dessen Abstand von der Drehachse 2 mit zunehmender Winkel
ges chvindigkeit inner kleiner. Mit unterbrochenen Linien ist die Lage der Massen
und der Hebelarme bei verhältnismäßig hoher Winkelgeschwindigkeit eingezeichnet,
Der gemeinsame Massenmittelpunkt befindet sich in diesem Fall bei M' im Abstand
von der Drehachse 2.
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In den Abb. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt.
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Auf einer gemeinsamen Grundplatte 12 befindet sich das den eigentlichen
Schwingungserreger tragende Gehäuse 13 und der zum trieb dienende Elektromotor 14.
Der Anerfolgt über eine Kupplung 15, die Welle lQund die als Untersetzungsgetriebe
dienenpeii Zahnräder 17 und I8. Auf der das Zahnrad 18 tragenden Welle 19 sitzt
der umlaufende Grundkörper 20, der in diesem Fall als Schwungscheibe ausgebildet
ist. Diese Scheibe trägt die beiden Bolzen 21, 22, um die die Wuchtmassen 23, 24
drehbar sind. Die Wuchtmassen tragen ineinandergreifende, zu den Gelenken 2I, 22
gleichmittige Zahnsegmente 25, 26, die bewirken, daß die in entgegengesetzter Richtung
erfolgenden Winkelausschläge der Wuchtmassen stets gleich groß sind. Die den entgegengesetzt
gerichteten Zentrifugalkomp onenten das Gleichgewicht haltenden Federkräfte werden
hier von zwei Spiralfedern 27, 28 erzeugt, deren innere Enden je an einem der Gelenkbolzen
21 bzw.
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22 undrehbar festgelegt sind, während die äußeren Enden je an einen
besonderen, an der Wuchtmasse 23 bzw, 24 festsitzenden Bolzen 29 bzw. 30 angeschlossen
sind Die von einem der beschriebenen Schwingungserreger auf das zu prüfende Bauwerk
ausgeübten Kräfte wirken periodisch entsprechend der Drehzahl in allen Richtungen,
die innerhalb der Drehebene liegen. Sollen diese Kräfte nur in zwei entgegengesetzt
liegenden Hauptrichtungen wirken, so kann dies in an sich bekannter Weise dadurch
erreicht werden, daß zwei mit gleicher Drehzahl umlaufende Schwingungserreger derart
nebeneinander angeordnet werden, daß sich die von ihnen erzeugten Kräfte, außer
in den gewünschten, Richtungen, gegenseitig aufheben.