DE69413583T2 - Apparat zum Prüfen durch Vibration mit einem Öldrucklager - Google Patents

Description

Apparat zum Prüfen durch Vibration mit einem Öldrucklager HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft ein Vibrations-Prüfgerät.
2. Stand der Technik
• Ein herkömmliches Vibrations-Prüfgerät ist z. B. in der japanischen Patentanmeldungsoffenbarung Nr. 152,580/1987 (JP- A-62-152580, US-A-4 748 851) beschrieben. Bei dieser Vorrichtung verfügen Verbindungselemente in einem hohlen Teil eines Vibrationsabschnitts jeweils über mehrseitigen Querschnitt. Jedes Verbindungselement verfügt über eine Druckaufnahmefläche parallel und entgegengesetzt zu einer Innenfläche des hohlen Teils. Ein Paar Druckaufnahmeplatten, parallel und entgegengesetzt zu einem Paar Druckaufnahmeflächen, wirken so zusammen, dass sie einen Raum bilden, der als statisches Drucklager verwendet werden kann. Mehrere Verbindungsglieder verbinden die Druckaufnahmeplatten miteinander. Ein Schwingungsgenerator ist durch ein steifes Übertragungselement, das sich durch den Vibrationsabschnitt hindurch erstreckt, mit den Druckaufnahmeplatten verbunden. In den Raum wird Öl unter Druck gepumpt, wodurch eine feste, aber etwas nachgiebige Verbindung zwischen den Druckaufnahmeplatten und dem Übertragungsglied erzeugt ist. So übertragen die statischen Drucklager Schwingung vom Schwingungsgenerator zum Vibrationsabschnitt.
• Bei diesem bekannten Vibrations-Prüfgerät müssen die Verbin dungsglieder ausreichende Festigkeit dazu aufweisen, allen Kräften standzuhalten, die in den Richtungen der Schwingungen wirken. Daher müssen die Verbindungsglieder notwendigerweise sehr groß sein. Ferner ist die Anordnung der Verbindungsglieder in X- und Y-Richtung kompliziert, da sie unabhängig voneinander schwingen müssen, während sie dieselbe Festigkeit beibehalten. Es müssen mehrere abwechselnde Verbindungsglieder verwendet werden, was das Zusammenbauen des Geräts erschwert.
• Ein anderer Nachteil des bekannten Geräts besteht darin, dass, da es über keine Einrichtung zum Korrigieren des Spalts im statischen Drucklager, wenn sich dieser durch Temperaturänderungen ändert, verfügt, das statische Drucklager mit einem großen Spaltabstand zusammengebaut werden muss. Obwohl der große Spaltabstand derartige Änderungen zulässt, erschwert dies zunehmend die Steifigkeit des Lagers.
• Ein Vibrations-Prüfgerät, das dem obigen ähnlich ist und dieselben Nachteile aufweist und das über die Merkmale im Oberbegriff von Anspruch 1 verfügt, ist aus JP-A-3-231134 bekannt.
AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
• Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Vibrations-Prüfgerät mit erhöhter Stabilität gegenüber statischem Druck und damit verbesserten Schwingungseigenschaften zu schaffen.
• Diese Aufgabe ist durch das im Anspruch 1 definierte Vibrations-Prüfgerät gelöst.
• Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ge lesen wird, in denen gleiche Bezugszahlen dieselben Elemente kennzeichnen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
• Fig. 1 ist ein Konstruktionsschnitt eines erfindungsgemäßen Vibrations-Prüfgeräts.
• Fig. 2 ist ein erläuterndes Diagramm zur Erfindung, bei dem die Verbindungen zwischen dem Vibrationsabschnitt und dem Übertragungsabschnitt nachgebildet sind.
• Fig. 3 ist ein Kurvenbild, das die auf die Druckaufnahmeplatten und die Verbindungsglieder wirkenden Kräfte in Abhängigkeit von Spielräumen zeigt.
• Fig. 4 ist ein Längsschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
• Fig. 5 ist ein Längsschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
• Gemäß Fig. 4 verfügt ein Vibrations-Prüfgerät, das in drei Achsenrichtungen schwingen kann, über ein Gehäuse 1 mit einer Bodenplatte 2. Das Gehäuse 1, das in Form eines Zylinders mit mehrseitigem Querschnitt vorliegt, ist an einem Sockel 6 über ein Bein 3 befestigt, das seinerseits an der Oberseite des Sockels 6 befestigt ist. Im Gehäuse 1 ist ein Vibrationsabschnitt 11 untergebracht. Der Vibrationsabschnitt 11 wird durch einen Vertikalschwingungsgenerator 31 unter der Bodenplatte 2 in Schwingungen in Richtung der Z- Achse versetzt. Eine Vertikalschwingungsplatte 33 ist über ein Muffenelement 32, das durch eine weite Öffnung in der Bodenplatte 2 hindurchtritt, mit dem Vertikalschwingungsgenerator 31 verbunden. Die Vertikalschwingungsplatte 33 überträgt Schwingungen vom Vertikalschwingungsgenerator 31 an den Vibrationsabschnitt 11, und sie lagert diesen verschiebbar während Bewegungen in den Richtungen der X- und der Y- Achse.
• Ein Horizontalschwingungsgenerator 10 außerhalb des Gehäuses 1 verleiht dem Vibrationsabschnitt 11 Schwingungen in Richtung der X-Achse. Eine erste Druckplatte 23 ist über ein Muffenelement 22 mit dem Horizontalschwingungsgenerator 10 verbunden. Eine zweite Druckplatte 24 verläuft parallel zur ersten Druckplatte 23 an der entgegengesetzten Seite des Vibrationsabschnitts 11. Das Paar Druckaufnahmeplatten 23 und 24 versetzt den Vibrationsabschnitt 11 in Schwingungen in der X-Richtung und lagert diesen während einer Gleitbewegung in den Richtungen der Y- und der Z-Achse. Eine ähnliche Anordnung (nicht dargestellt) versetzt den Vibrationsabschnitt 11 in Schwingungen in Richtung der Y-Achse. So schwingt der Vibrationsabschnitt 11 in allen drei Richtungen.
• Sowohl der Horizontalschwingungsgenerator 10 als auch der Vertikalschwingungsgenerator 31 bestehen, was jedoch nicht im Einzelnen dargestellt ist, aus dem Schwingungstisch eines elektrodynamischen Schwingungsgenerators, der Schwingungskräfte gemäß der Fleming'schen Linkshandregel erzeugt. Sowohl der Horizontalschwingungsgenerator 10 als auch der Vertikalschwingungsgenerator 31 kann statt dessen ein Schwingungstisch eines elektrohydraulischen oder eines mechanischen Schwingungsgenerators sein.
• Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 4 wird der Schwingungsübertragungsmechanismus nur unter Bezugnahme auf die Richtung der X-Achse beschrieben. Der Schwingungsübertragungs mechanismus für die Richtung der Y-Achse kann identisch beschrieben werden.
• Der Vibrationsabschnitt 11, wie oben beschrieben, ist eine Muffe mit mehrseitigem Querschnitt und einer Drucklagerfläche 14 an jeder Seite. Ein Zugbolzen 25a durchdringt eine Öffnung 15a, die zentrisch in jeder Drucklagerfläche 14 vorhanden ist. Die Öffnung 15a verfügt über ausreichenden Spielraum zum Tolerieren des Hubs in den Richtungen der X- und der Z-Achse. Eine andere Öffnung 15b mit viereckiger Form verfügt über ausreichenden Spielraum zum Tolerieren des Hubs in den Richtungen der X- und der Z-Achse.
• Das zylindrische Muffenelement 22, die erste Druckplatte 23, die zweite Druckplatte 24, der Zugbolzen 25a und eine Mutter 25b sind Elemente eines Übertragungsabschnitts 21. Das zylindrische Muffenelement 22 ist mit dem Vibrationstisch des Horizontalschwingungsgenerators 10 verbunden. Die erste Druckplatte 23 ist ihrerseits mit dem Muffenelement 22 rechtwinklig zur Schwingungsrichtung verbunden. Die zweite Druckplatte 24, die parallel zur ersten Druckplatte 23 verläuft, ist über ein Verbindungsglied 25 mit der ersten Druckplatte 23 verbunden. Das Verbindungsglied 25 umfasst Zugbolzen 25a und die Mutter 25b. Beide Elemente des Paars von Druckaufnahmeplatten 23 und 24 werden durch das Verbindungsglied 25 zusammengezogen, das den Vibrationsabschnitt zwischen ihnen zusammendrückt. Dadurch wird Druck auf die jeweiligen Drucklagerflächen 14 ausgeübt. Zwischen jeder Druckplatte 23, 24 und der zugehörigen Drucklagerfläche 14 ist ein kleiner Zwischenraum 16 ausgebildet. Die Seiten der Druckaufnahmeplatten 23 und 24 benachbart zu den Drucklagerflächen 14 verfügen jeweils über Öldrucktaschen 26. In die Zwischenräume 16 wird Hochdrucköl eingespeist, um die Druckaufnahmeplatten 23 und 24 von ihren jeweils benachbarten Drucklagerflächen 14 wegzudrücken. Die Öldrucktaschen 26 sind Nuten, die sich in Richtung der Y-Achse erstrecken und mit gleichen Abständen in vertikaler Richtung vom Verbindungsglied 25 entfernt sind. Wenn Hochdrucköl von den Öltaschen 26 in die Zwischenräume 16 transportiert wird, bilden die Drucklagerflächen 14 und die Druckaufnahmeplatten 23, 24 ein statisches Drucklager, das den Vibrationsabschnitt 11 für die Richtungen der Y- und der Z-Achse lagert.
• Die Zugbolzen 25a durchdringen überdimensionierte Öffnungen 15a und sind über Muttern 25b innerhalb des Vibrationsabschnitts 11 miteinander verbunden. So werden die einander gegenüberstehenden Druckaufnahmeplatten 23 und 24 unter einer vorbestimmten Last gegeneinander verspannt. Die durch das Hochdrucköl ausgeübte Kraft zum Vergrößern der Zwischenräume 16 wird durch die Kraft ausgeglichen, die die Druckaufnahmeplatten 23 und 24 verspannt. Auf eine in Richtung der X-Achse wirkende Kraft hin wirkt das statische Drucklager als Feder, die einen Druck in Richtung der X-Achse ausübt, der dieser Kraft entgegenwirkt. Eine ähnliche Anordnung gilt für Schwingungen in Richtung der Y-Achse. Jedoch erstreckt sich ein Bolzen 25a in Richtung der Y-Achse durch eine Mutter 25b mit einem Spielraum 25c, der dazu ausreicht, den Hub in der X-Richtung zu tolerieren.
• Beim oben beschriebenen Gerät wird Hochdrucköl über die Drucktasten 26 zu den Zwischenräumen 16 transportiert. Die durch das Hochdrucköl ausgeübte Kraft wirkt so, dass sie die Zwischenräume erweitert, während eine Auslenkung der Druckplatte 23, 24 zur Drucklagerfläche 14 hin zur Tendenz führt, die Rückstellkraft zu erhöhen. Fig. 3 zeigt die Beziehung zwischen der Rückstellkraft und dem Weg der Druckplatte 23, 24 zur Drucklagerfläche 14. Diese Kraft kann, wie dargestellt, durch eine Kurve a gekennzeichnet werden, die ihre maximale Steigung in der Nähe eines Puffers c aufweist. Der Rückstellkraft wird durch einen gleichen Zug in den Zugbol zen 25a entgegengewirkt. So werden die Zugbolzen 25a einer Zugkraft unterworfen, während das Hochdrucköl einer Kompressionskraft unterworfen wird. Die Beziehung zwischen der Zugrückstellkraft der Zugbolzen 25a und dem Weg der Druckplatte 23 weg von der Drucklagerfläche 14 ist durch eine gerade Linie b repräsentiert. Diese Linie b zeigt, dass die Streckung oder Kontraktion der Zugbolzen 25a proportional zur von ihnen erzeugten Rückstellkraft ist. Wenn angenommen wird, dass die Kraft-Weg-Charakteristiken dieser zwei Kurven diejenigen einer einfachen linearen Feder sind, entspricht die Kurve a einer Federkonstante k1, und die gerade Linie b entspricht einer Federkonstante k2, wie in Fig. 2 dargestellt.
• Um Kräfte getreu vom Schwingungsgenerator 10 zum Vibrationsabschnitt 11 zu übertragen, muss das statische Drucklager im Übertragungsabschnitt 21 an einem Arbeitspunkt c betrieben werden. Am Punkt c erreicht die Steigung der Kraft-Weg-Kurve des statischen Drucklagers den Spitzenwert. Diese Steigung ist, wie bei einer einfachen Feder, im Bereich um den Punkt c herum nahezu konstant. Wenn das System einer einfachen Feder nachgebildet wird, wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Federkonstante k1 die Steigung der Kurve a nahe dem Punkt c, und die Federkonstante k2 ist die Steigung der geraden Linie b. Wenn das Verbindungsglied 25 angezogen wird, werden die Druckaufnahmeplatten 23, 24 gegen die jeweilige Druckaufnahmefläche 14 gedrückt. Das "Federsystem" kommt am in Fig. 2 dargestellten Schnittpunkt ins Gleichgewicht. Die durch Anziehen des Verbindungsglieds 25 ausgeübte Kraft bestimmt diesen Gleichgewichtspunkt des Federsystems. Wenn das Verbindungsglied 25 angezogen wird, läuft der Ursprung der Kraft-Weg-Kurve b des Verbindungsglieds 25 relativ zur Kurve a nach links. Dies bewirkt, dass der Gleichgewichtspunkt die Kurve b hochläuft. Um sicherzustellen, dass das System am Arbeitspunkt c in Fig. 3 arbeitet, ist es nur erforderlich, das Verbindungsglied 25 anzuziehen, bis sich der Gleichge wichtspunkt am Punkt c befindet. An diesem Punkt ist die Belastung F&sub0;. Obwohl die Federkonstante k2 des Verbindungsglieds 25 niedriger als die Federkonstante k1 des Drucklagers ist, kann jeder beliebige Betriebspunkt erhalten werden, solange das Verbindungsglied 25 ausreichende Zugkraft auf die Druckaufnahmeplatten 23, 24 ausüben kann. Durch Anziehen des Verbindungsglieds 25 kann der Betriebspunkt des Systems genau ausgewählt werden.
• Ein Erhöhen des Zugs im Verbindungsglied 25 erhöht die Steifigkeit der Verbindung zwischen dem Übertragungsabschnitt 21 und dem Vibrationsabschnitt 11. So wirkt die Kraft des Horizontalschwingungsgenerators 10 über die Feder mit der Federkonstante k1 auf den Vibrationsabschnitt 11. Die durch das Verbindungsglied 25 ausgeübte Kraft wird nur dadurch erzeugt, dass sie der durch das Fluidlager ausgeübten Kraft entgegenwirkt. Diese Kraft ist die einzige, die beim Spezifizieren einer erforderlichen Festigkeit des Verbindungsglieds berücksichtigt werden muss. Es ist nicht erforderlich, die Festigkeit des Verbindungsglieds 25 auf Kräften beruhen zu lassen, wie sie vom Schwingungsgenerator 10 erzeugt werden und in der Richtung der Schwingungen wirken.
• Wie oben beschrieben, beseitigt das Vibrations-Prüfgerät dieses Ausführungsbeispiels das Erfordernis, das Verbindungsglied 25 auf Grundlage der in Richtung der Schwingungen wirkenden Kraft zu verstärken. Das Verbindungsglied 25 kann daher dünner ausgebildet werden, was zu Verringerungen der Größe und des Gewichts des Geräts beiträgt. Ferner kann auch die komplizierte Anordnung, bei der Verbindungsglieder 25 einander abwechselnd innerhalb des Vibrationsabschnitts 11 überschneiden, wie beim Stand der Technik erforderlich, ebenfalls vermieden werden, was das Zusammenbauen des Geräts erleichtert.
• Beim oben beschriebenen bekannten Gerät ist es erforderlich, damit die Federkonstante k1 des statischen Drucklagers einen konstanten Wert einnimmt, die Länge zwischen den gegenüberstehenden Flächen des hohlen Teils zu fixieren und die Außenseiten des Verbindungsglieds parallel zu halten. Es ist auch erforderlich, die individuellen Abmessungen absolut präzise zu machen. Im Gegensatz hierzu besteht beim obigen Ausführungsbeispiel der Erfindung die erforderliche Bedingung dazu, das statische Drucklager auf seiner maximalen Federkonstante zu halten, nur darin, dass die Drucklagerflächen 14 und die Druckaufnahmeplatten 23, 24 parallel sind. Durch Verringern der Erfordernisse für das Gerät auf diese einfache Beschränkung kann seine Herstellung stark vereinfacht werden.
• Ferner ist die Steigung der Kraft-Weg-Kurve des statischen Drucklagers höher als die Federkonstante k2 des Verbindungsglieds 25. Daher ändert sich, wenn sich die Größe des Vibrationsabschnitts 11 mit der Temperatur ändert, die Länge des Verbindungsglieds 25 proportional. Jede sich ergebende Änderung der Last F&sub0; aufgrund einer Temperaturänderung ist ausreichend klein dafür, dass sich der Arbeitspunkt des statischen Drucklagers kaum ändert. So verbleibt die Steigung der Kraft-Weg-Kurve des statischen Drucklagers unabhängig von der Temperatur auf dem Maximalwert.
• Gemäß Fig. 5 befindet sich bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung für die X-, die Y- und die Z-Achse die erste Druckplatte 23 an der Außenseite des Vibrationsabschnitts 11, und zwar parallel zur Außenquerseite des Vibrationsabschnitts 11, dieser gegenüberstehend. Die zweite Druckplatte 24 befindet sich der ersten Druckplatte 23 gegenüberstehend an der Innenseite des Vibrationsabschnitts 11, wobei eine Querwand 18 oder eine Bodenwand 19 des Vibrationsabschnitts 11 zwischen die zwei Druckaufnahmeplatten eingefügt ist. Das Paar Druckaufnahmeplatten 23 und 24 ist durch einen Zugbolzen 25a verspannt. Es ist klar, dass bei diesem Ausführungsbeispiel dieselbe Funktionalität und dieselben Vorteile wie beim ersten Ausführungsbeispiel erzielt werden können.
• Beim Vibrations-Prüfgerät des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung kann das Verbindungsglied klein gemacht werden, da es nicht erforderlich ist, die Kraft zu berücksichtigen, die in der Richtung der Schwingungen wirkt, wenn die Stabilität des Verbindungselements 25 bestimmt wird, was es ermöglicht, die Größe und das Gewicht des Geräts zu minimieren. Ferner kann das Gerät leicht zusammengebaut werden, da sein Aufbau nicht kompliziert ist, wie bei einem herkömmlichen Gerät. Ferner kann die Stabilität des statischen Drucklagers verbessert werden, und dies gilt auch für die Schwingungseigenschaften des Systems.
• Beim Vibrations-Prüfgerät gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung können Schwingungen vom Schwingungsgenerator mit größerer Treue an den Vibrationsabschnitt übertragen werden.
• Wenn Vibrations-Prüfgeräte auf die oben beschriebene Weise aufgebaut sind, kann ihre Anordnung noch weiter vereinfacht werden.

Claims (5)

1. Vibrations-Prüfgerät mit

einem Vibrationsteil (11),

einer Einrichtung (10; 31) zur Erzeugung von Vibrationen in zwei zueinander senkrechten Richtungen,

einem Paar von zu einer Schwingungsrichtung senkrecht verlaufenden Druckaufnahmeplatten (23, 24) zur Übertragung von Vibrationen auf den Vibrationsteil (11),

wobei der Vibrationsteil (11) ein Paar von voneinander abgewandten Drucklagerflächen (14) aufweist, deren jede parallel und nahe zu jeweils einer der Druckaufnahmeplatten (23, 24) steht, und wobei zwischen jeder Druckaufnahmeplatte (23, 24) und der betreffenden Drucklagerfläche (14) ein Kanal ausgebildet ist,

einer Einrichtung (26) zur Zuführung eines Hochdruck- Strömungsmittels an mindestens einen der Kanäle zur Ausbildung eines eine Kraft/Weg-Kurve (a) definierenden statischen Drucklagers an der betreffenden Drucklagerfläche (14), wobei die Richtung des Weges der Kraft/Weg-Kurve (a) parallel zu der Vibrationsrichtung verläuft, und

einer Einrichtung (25) zum Verspannen des Paares von Druckaufnahmeplatten (23, 24) gegenüber dem Vibrationsteil (11),

dadurch gekennzeichnet, daß die Druckaufnahmeplatten (23, 24) mit dem Vibrationsteil (11) mit einer Kraft (F&sub0;) verspannt sind, die mit einer örtlichen Spitze (C) des Gradienten der Kraft/Weg-Kurve (a) zusammenfällt.

2. Gerät nach Anspruch 1, wobei die Klemmeinrichtung ein Verbindungsglied (25) aufweist, das eine kleinere Federkonstante hat als die besagte örtliche Spitze (C).

3. Gerät nach Anspruch 2, wobei der Vibrationsteil (11) einen vertikalen Abschnitt (18) aufweist, der einen offenen Innenraum mit rechteckigem Querschnitt definiert, wobei die Drucklagerflächen (14) auf entgegengesetzten Seiten des vertikalen Abschnitts (18) angeordnet sind und jeweils eine Öffnung (15a) aufweisen, und wobei das Verbindungsglied (25) die Öffnungen (15a) durchsetzt und an seinen entgegengesetzten Enden mit dem Paar von Druckaufnahmeplatten (23, 24) gekoppelt ist.

4. Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Einrichtung (31), die den Vibrationsteil (11) in senkrechter Richtung in Vibrationen versetzt, und einer den Vibrationsteil (11) horizontal bewegbar lagernden Einrichtung (33).

5. Gerät nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Verbindungsglied (25) einen Zugbolzen (25a) und eine Mutter (25b) aufweist, die an dem Zugbolzen (25a) angreift und zur Einstellung der Spannkraft des Verbindungsgliedes (25) drehbar ist.