DE927833C - Schwingungsmessung mit Dehnungsmessstreifen - Google Patents

Description

• Schwingungsmessung mit Dehnungsmeßstreifen Die bekannten Dehnungsmeßstreifen bestehen im wesentlichen aus einem Draht, der auf dem zu untersuchenden Körper befestigt wird und sich je nach der Beanspruchung des Körpers dehnt. Dabei verändert sich der elektrische Widerstand des Drahtes, wodurch ein Maß für die Körperbeanspruchung gegeben ist. Diese Meßstreifen können für die Messung statischer wie auch dynamischer Beanspruchungen verwendet werden.
• Statische Messungen ruhender Beanspruchungen lassen sich mit Dehnungsmeßstreifen auf verhältnismäßig einfache Weise verwirklichen, indem man Iür die Widerstandsmessungen an den Meßstreifen eine Brückenschaltung vorsieht, in deren Diagonale ein Anzeigegerät, z. B. ein Lichtmarkengalvanometer genügender Empfindlichkeit (IoAmp.), angeordnet ist.
• Bei Anwendung dieser Schaltung für die Schwingungsmessung wechselnder Dehnungen stößt man jedoch auf erhebliche Schwierigkeiten. Da es kein verstärkerloses Wechselstromanzeigegerät genügender Empfindlichkeit gibt, so muB man sich hierfür eines teuren Verstärkers und unter Umständen einer Trägerfrequenz von mehreren I 000 Hz bedienen. Letztere ist wegen der Leitungskapazitäten besonders unvorteilhaft.
• Für die Messung dynamischer Dehnung wird deshalb erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Brückenschaltung mit dem Gleichstromanzeigegerät in der Diagonale zwar zweckmäßigerweise beizubehalten, aber durch die Dehnungsmeßstreifen keinen Gleich-, sondern Wechselstrom zu senden.
• Einfache Anzeigeinstrumente lassen sich dann, ähnlich wie bei der statischen Messung üblich, verwenden.
• Eine derartige Schwingungsmessung kann mit Vorteil nicht nur an Konstruktionsteilen verschiedenster Art und in Materialprüfmaschinen für die Feststellung dynamischer Dehnungen, sondern auch in der Auswuchttechnik als Hilfsmittel zur Messung und Anzeige der Unwucht von Rotationskörpern benutzt werden.
• Dynamische Dehnungen verlaufen in der Regel periodisch, insbesondere rein harmonisch wechselnd.
• Der Wechselstrom muß dann die Frequenz der zu messenden dynamischen Dehnungen besitzen. Ist der DelmaungsverlTauf zwar per,iodisch, aber nicht rein harmonisch, so sind nacheinander die Wechselstromfrequenzen zu verwenden, die das Spektrum der Dehnungsfunktion enthält. Am Meßinstrument wird dann eine Anzeige erhalten, wenn die Frequenzen übereinstimmen, und zwar ein Maximum der Anzeige, wenn Wechselstrom und Dehnungsharmonische die gleiche Phasenlage haben.
• Zur näheren Erläuterung der neuen Schwingungsmessung mit Dehnungsmeßstreifen dienen die Abbildungen der Zeichnung.
• Abb. I zeigt das Schema einer Brückenschaltung.
• In letzterer liegen vier Dehnungsmeßstreifen I bis 4 mit den Widerständen R1 bis R4. Die Streifen I und 3 mögen auf der Oberseite und die Streifen 2 und 4 auf der Unterseite eines wechselnd beanspruchten Biegestabes aufgeklebt sein. Die Dehnungen dieser beiden Seiten folgen dem Gesetz: e = eg sin w t (Oberseite) bzw. e = -Eg sin w t (Unterseite).
• An die Brücke ist die Wechselspannung UE = UO sin w t gelegt. In der Brückendiagonale liegt ein hochempfindliches Gleichstrommeßgerät G, z.B. ein Lichtmarkengalvanometer, und parallel dazu eine Kapazität K zum Durchlaß von Wechselströmen.
• Wenn RG der Widerstand des Galvanometers ist, Rc der Widerstand der unbelasteten Streifen I bis 4, UE die Wechselspannung des Generators E, dann gilt für den durch das Galvanometer fließenden Strom- r = der Faktor, der die Empfindlichkeit der Dehnungsmeßstreifen angibt, das ist das Verhältnis der Widerstandsänderung zur Dehnungsänderung.
• Der Faktor liegt für die bekannten Streifen zwischen I,7 und 3,6. eo kann bis zu t/looo betragen und UO so groß gewählt werden, daß durch die Streifen ein Strom bis zu 20 mA fließt.
• Durch das Meßgerät fließt also Gleichstrom, der der dynamischen Dehnungsamplitude direkt proportional ist.
• Hinsichtlich der Verwendung der neuen Schwingungsmessung in der Auswuchttechnik ergibt sich als Vorteil, daß damit ebenso wegelos wie mit piezoelektrischen Schwingungsaufnehmern gemessen, dabei aber deren bekannte Nachteile vermieden und auch ein Verstärker, zumindest ein empfindlicher Verstärker, überflüssig werden kann.
• Die Dehnungsmeßstreifen lassen sich an einem Federdynamometer anbringen oder - bei überkritischer Messung - an den Stützfedern der Lagerbrücken einer Wuchtmaschine. Abb. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel hierfür.
• Es ist: II der Lagerzapfen eines Wuchtkörpers, 12 das Wuchtmaschinenlager für den Wuchtkörperlagerzapfen, I3 die schwingende Lagerbrücke, I4, 14a die Stützfedern der schwingenden Lagerbrücke, I5 das Wuchtmaschinenfundament. I und 2 sind clie Dehnungsmeßstreifen an der Außenseite, 3 und 4 die Dehnungsmeßstreifen an der Innenseite der Stützfeder 14.
• Die Wirkungsweise der Schwingungsmessungen einer solchen Wuchtmaschine ist folgende: Mit dem Wuchtkörper ist ein Wechselstromgeber gekuppelt, dessen Strom durch die Deßhnungsmeßstreifen in der geschilderten Brückenschaltung geschickt wird. Das Galvanometer zeigt einen Strom an, seine Anzeige ist proportional dem Unwuchtanteil, der in Phase mit dem Wechselstrom liegt.
• Wenn der Wechselstromgeber in bekannter Weise drehbar oder zur Abgabe von Zweiphasenströmen eingerichtet ist, so erhält man den Unwuchtvektor nach Größe und Winkellage oder in Komponenten angezeigt.
• Wenn die neue Messung zur Eichung, Spannungs- oder Dehnungsmessung an Pulsern, Flachbiege-, Torsions- oder ähnlichen Maschinen angewandt werden soll, dann genügt es im allgemeinen, den Maschinenantrieb mit einem Phasengeber zu kuppeln, dessen Stator drehbar ist.
• Ein Phasengeber mit einstellbarer Phasenlage, z. B. mit drehbarem Stator, erlaubt ferner, die Erfindung zur Dämpfungsmessung an Bauteilen heranzuziehen. Mit dem Bauteil wird ein ebenso hoch wie der Bauteil beanspruchtes, geeichtes Dynamometer in einer dynamischen Prüfmaschine in Reihe geschaltet. Am Dynamometer angebrachte Dehnungsmeßstreifen lassen die Kraft bzw. das Moment, also allgemein die Beanspruchung messen, der das Dynamometer und der Bauteil ausgesetzt sind. Wenn außerdem die Stellungen des Wechselstromgebers festgehalten werden, in denen der Ausschlag am Galvanometer ein Maximum erreicht oder durch Null hindurchgeht und in diesen beiden Stellungen das Galvanometer an die Dehnungsmeßstreifen auf dem Bauteil legt, so erhält man zwei Werte, diezder Bauteilverformung enltsprechen und deren Quotient dem Tangens des Dämpfungswinkels, also dem Phasenwinkel zwischen Beanspruchung und Verformung gleichkommt. Hierbei ist vorausgesetzt, daß Beanspruchung und Verformung mit genügender Genauigkeit harmonisch verlaufen. Der Dämpfungswinkel läßt sich auch unmittelbar am Stator des Wechselstromgebers ablesen, wenn man ihn nach der Beanspruchungsmessung derart verdreht, daß das Galvanometer entweder den Nulldurchgang oder das Maximum der Verformung anzeigt.

Claims (7)

1. PATENTANSPROCHE: I. Schwingungsmessung mit Dehnungsmeßstreifen, dadurch gekennzeichnet, daß die in Brückenschaltung, mit einem Gleichstrommeßgerät in der Brückendiagonale, liegenden Meßstreifen mit Wechselstrom gespeist werden.
2. 2. Schwingungsmessung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß dem Wechselstrom die Frequenz der zu messenden dynamischen Dehnungen gegeben wird.
3. 3. Anwendung der Schwingungsmessung nach Anspruch I oder 2 zur Messung von Wuchtkörperschwingungen an Wuchtmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstreifen an einem Federdynamometer oder an Stützfedern der schwingenden Wuchtmaschinenlager angeordnet sind und Wechselstrom von einem mit dem Wuchtkörper synchron umlaufenden Wechselstromgeber erhalten.
4. 4. Anwendung der Schwingungsmessung nach Anspruch I oder 2 an dynamischen Materialprüfmaschinen zur Eichung, Spannungs- oder Dehnungsmessung, insbesondere an Zug-, Druck-, Flachbiege- oder Torsionsmaschinen.
5. 5. Schwingungsmessung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfmaschinenantrieb mit einem Phasengeber gekuppelt ist, der einen zum Beanspruchungsverlauf synchronen, aber in seiner Phasenlage einstellbaren Wechselstrom abgibt.
6. 6. Anwendung der Schwingungsmessung nach Anspruch I oder 2 zur Dämpfungsmessung an Bauteilen, indem sie sowohl auf die Dehnungen des Bauteils wie auch auf die Dehnungen eines ebenso hoch wie der Bauteil beanspruchten Dynamometers angewandt wird.
7. 7. Dämpfungsmessung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der den Dehnungsmeßstreifen zugeführte Wechselstrom durch einen Phasengeber mit einstellbarer Phasenlage erzeugt wird, so daß durch Vergleich der Dehnungsmessung am Bauteil mit der Beanspruchungsmessung am Dynamometer die relative Phasenverschiebung zwischen beiden gemessen werden kann.