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Drehschwingungsmaschine Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehschwingungsmaschine,
bei der der an seinen beiden Enden eingespannte Prüfstab und starr mit ihm gekuppelte
Zusatzmassen ein schwingfähiges System bilden, dessen Eigenschwingzahl angenähert
der Frequenz des Wechselstromes entspricht, der zur Belastung des Prüfstabes dienende
Wechselfelder erzeugt, mit einem aus magnetisierbarem Werkstoff bestehenden, zwischen
paarweise einander gegenüberliegenden ungleichartigen Polen von Wechselstrommagnetfeldern
angeordneten und durch diese entgegen der elastischen Rückstellkraft des Prüfstabes
abwechselnd in beiden Drehrichtungen belasteten Anker.
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Die Erfindung bezweckt, eine Maschine dieser Art zu schaffen, die
nach einer groben Anpassung des schwingfähigen Systems an die Wechselstromfrequenz
eine einfache und schnelle Feinabstimmung auf die Frequenz erlaubt, ohne daß dabei
unterschiedliche Prüfstabhelastungen für die beiden entgegengesetzten Belastungsrichtungen
auftreten und wobei die Maschine derart gebaut ist, daß sie gegen Frequenzschwankungen
des erregenden Wechselstromes verhältnismäßig unempfindlich ist. Dies wird gemäß
der Erfindung dadurch erreicht, daß zur Feinabstimmung der Frequenz eine auf den
Prüfstab stets in der augenblicklichen Richtung der elastischen Rückstellkraft des
Prüfstabes wirkende und während des Betriebes in ihrer Größe verstellbare Richtkraft
vorgesehen ist.
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In den Abbildungen ist als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine
Dauerprüfmaschine für Drehschwingungen dargestellt, und zwar zeigen Abb. I eine
Vorderansicht der Dauerprüfmaschine, Abb. 2 eine schaubildliche Darstellung dieser
Maschine zum besseren Verständnis ihres Aufbaues und ihrer Wirkungsweise.
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In der Mitte eines Prüfstabes 1, der an seinen beiden Enden in durch
Schnecken 22 einstellbaren Schneckenrädern 23 mittels aufgepreßter Hülsen 24 und
Befestigungsglieder zo fest eingespannt ist, ist ein aus magnetisierbarem
Werkstoff
hergestellter Anker 3 befestigt. In der Ebene des Ankers 3 sind vier magnetisierbare
Stäbe 4, 5, 6, 7 angeordnet, die mit ihrem einen Ende bis dicht an den Anker 3 heranragen
und mit ihrem anode ren Ende über Jochstücke 8, 9, 21 bzw. 21a aus magnetisierbarem
Werkstoff miteinander verbunden sind.
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Um die Seitenteile 8, 9 und die Stäbe 4, 5.
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6, 7 sind gemäß Abb. 1 isolierte Drahtwicklungen 10 bzw. 11 gelegt.
Die Drahtwicklungen 11 sind von Wechselstrom durchflossen und so geschaltet, daß
immer abwechselnd in den Stäben 4 j ein magnetischer Fluß in der Richtung der Pfeile
I2, 13 und danach in den Stäben 5, 6 ein magnetischer Fluß in der Richtung 14. 15
erzeugt wird. Die Drahtwicklungen 10 werden durch Gleichstrom gespeist, und zwar
derart, daß ein gleichmäßiger magnetischer Fluß in den oben als magnetisierbar bezeichneten
Teilen entsteht, z. B. unten in der Uhrzeigerrichtung von Teil 8 durch die Stäbe
4, 5, Anker 3, Stäbe 6, 7 und Teile 9, 21 zurück zu Teil 8.
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Sendet man nun bei entsprechender Bemessung des Ankers 3 durch die
Wicklungen 10 einen Gleichstrom und durch die Wicklungen 11 einen Wechselstrom,
so überlagern sich in den Stäben 4, 5. 6, 7 ein magnetisches Gleichstrom- und ein
magnetisches Wechselstrommfeld. Hat dabei der magnetische Fluß des Wechselfeldes
zeitweise die Richtung der Pfeile 12, 13, so sucht sich der mit dem Prüfstab 1 verbundene
Anker 3 in die Richtung dieser Pfeile einzustellen. Die Einstellung erfolgt sowohl
gegen die Wirkung des Gleichstromfeldes als auch gegen die elastische Rückstellkraft
des Prüfstabes. die der Prüfstab I einer Verdrehung aus seiner Ruhelage entgegensetzt.
Diese elastische Rückstellkraft. die mit wachsender Auslenkung stetig zunimmt, und
das Gleichstromfeld drehen den Prüfstab wieder in die Ruhelage zurück, sobald in
der Richtung 12, 13 der magnetische Fluß abnimmt. Die Auslenkung des Ankers 3 und
des Prüfstabes in die Richtung der Pfeile 14, 15 erfolgt in entsprechender Weise
dadurch, daß der ÄVechselstrom hei seiner Richtungsänderung den Magnetfluß entsprechend
ändert. Wenn die Eigenschwingungszahl des aus dem Prüfstab I und dem Anker 3 bestehenden
Gebildes mit der Taktzahl des Wechselstromes übereinstimmt, entstehen Resonanzschwingungen.
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Für die Schwingungsdauer T des aus dem Prüfstab 1 und dem Anker 3
bestehenden schwingfähigen Gebildes gilt die Beziehung
wobei mit I das Trägheitsmoment in bezug auf die Achse des Prüfstabes und mit D
das Rüclistell- oder Richtmoment bezeichnet ist. Hiernach kann die Schwingungsdauer
T vergrößert werden durch Vergrößern des Trägheitsmoments des Ankers 3 oder durch
Verkleinern des Riclit moments D bzw. umgekehrt.
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Es ist bekannt, durch Ändern des Trägheitsmomentes I die Schwingungsdauer
eines bestimmten Wechselstromes. z. B. 1/50 Sek., genau zu erreichen. Jedoch ist
es regelmäßig sehr umständlich und zeitraubend, die hierzu notwendigen Gewichte
genau zu die, auf dem richtigen Durchmesser augebracht, gerade das gewünschte Trägheitsmoment
ergeben. Um solchen Schwierigkeiten bei der genauen Ermittlung des Trägheitsmoments
zu entgehen, hat man bereits vorgeschlagen, das Trägheitsmoment der mit schwingenden
Massen im Verhältnis zum Prüfstab außerordentlich groß zu machen.
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Hierdurch will man erreichen, daß kleine Änderungen in der wechselnden
Beschaltenheit der zu untersuchenden Prüfstäbe gegenüber dem Einfluß der großen
mitschwingenden Massen zurücktreten. Dies führt jedoch dazu, daß man entweder unerwünscht
kleine Prüfstäbe benutzen muß oder aber, daß die Prüfmaschinen allzu groß und teuer
werden.
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Wenn auch die genaue Anpassung des Trägheitsmomentes an den Wechselstromtakt
umständlich ist, so ist es doch verhältnismäßig einfach, eine Annäherung der Eigenschwingzahl
von Anker und Prüfstab an den Wechselstromtakt durch entsprechende Bemessung des
Trägheitsmomentes des Ankers 3 zu erreichen. Es wird deshalb bei der erfindungsgemäßen
Drehschwingungsmaschine von dieser Annäherung für eine Art Grobeinstellung Gebrauch
gemacht und erfindungsgemäß zur Feineinstellung in der Nähe der Wechselstromtaktzahl
das Richtmoment D geändert.
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Das Richtmoment D setzt sich zusammen aus dem durch die elastische
Rückstellkraft des Prüfstabes 1 bedingten Richtmoment DF und dem magnetischen Richtmoment
DM.
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Von diesen kann das magnetische Richtmoment DM durch Andern des Stromes
in den Gleichstromwicklungen 10 mittels eines Regelwiderstandes in einfacher Weise
geandert werden. Der durch den Gleichstrom erzeugte Teil des magnetischen Richtmomentes
DM wirkt unabhängig von der jeweiligen Größe und Richtung der durch das Wechselfeld
hervorgerufenen Prüfstabauslenlim7g aus dessen Ruhelage stets im Sinne der elastischen
Rückstellkraft in die Ruhelage zurückdrehend. Durch einfaches Ändern des Gleichstromes
kann man nun das magnetische Richtmoment DM so beeinflussen, daß das der Wechselstromfrequenz
von vornherein nur grob angepaßte schwingfähige
System der genannten
Frequenz sehr fein angenähert werden kann. Hierdurch läßt sich nicht nur die jeweils
gewünschte Prüfstabbelastung bzw. der Auslenkwinkel genau einstellen, sondern es
kann auch die Belastung in den beiden einander entgegengesetzten Belastungsrichtungen
im Gegensatz zu bekannten Prüfmaschinen absolut gleichgehalten werden.
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Die neue Drehschwingungsmaschine ist gegen Frequenzschwankungen des
erregenden Wechselstromes verhältnismäßig unempfindlich.