DE464295C - Schwingungsmesser - Google Patents

Schwingungsmesser

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DE464295C
DE464295C DEM92607D DEM0092607D DE464295C DE 464295 C DE464295 C DE 464295C DE M92607 D DEM92607 D DE M92607D DE M0092607 D DEM0092607 D DE M0092607D DE 464295 C DE464295 C DE 464295C
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  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

  • Schwingungsmesser Die meisten der bekannt gewordenen Schwingungsmesser sind für den Laboratoriumsbedarf bestimmt. Andere sind schwer und kompliziert, weil für jede der Hauptschwingungsrichtungen eine besondere Masse verwendet werden muß. In fast allen Fällen mußte bei der Änderung der Eigenfrequenz und bei anderen Einstellungen die Masse berührt werden, wodurch Veränderungen und Zeitverluste eintraten. Hauptsächlich war es aber die bei ähnlichen Geräten bekannte hohe Eigenfrequenz des Meßsystems, welche bei Schwingungsmessungen mit geringer Frequenz störend wirkte.
  • Der neue Apparat beseitigt alle bisher bestehenden Mängel und führt zu einer Anzahl Vorteile. Der Grundgedanke ist in der Abb. i an einem Beispiel erläutert.
  • Eine Masse i mit dem Schwerpunkt 2 ist über einen horizontalen Hebelarm 3 in den Achsen .4 und 5 kardanisch aufgehängt. Die Masse wird durch die Feder 6 im Gleichgewicht gehalten. Angenommen, daß eine solche Vorrichtung eine ganz geringe Eigenschwingungszahl besitzt (was noch erläutert wird), so würden Schwingungen höherer Frequenz, welche in den Aufhängepunkten des Meßsystems angreifen, eine Veränderung der Lage des Massenschwerpunktes 2 gegenüber einem Fixpunkte 2d des Gehäuses hervorrufen. Die Schwingungen werden durch die relative Bewegung der Masse zu einem fixierten Punkte des Gehäuses erkannt. Hierbei ist zufolge der kardanischen Aufhängung jede Schwingungsebene zu erfassen. Der Vorteil ist die Anwendung einer :Masse für alle Untersuchungsrichtungen, d. h. geringes Gewicht.
  • Um die Eigenfrequenz der kardanisch aufgehängten Masse i auf eine geringe Zahl zu beschränken und zu regulieren, ferner um dem System eine gewisse Stabilität zu geben, sind die Aufhängepunkte, die Federkräfte, überhaupt alle die Stabilität und die Eigenfrequenz beeinflussenden Teile in ihrer räumlichen Lage zueinander und in der räumlichen Lage zu der Masse i und deren Aufhängepunkte in bestimmter Art geordnet. In der Abb. 2 sind diese Verhältnisse besonders dargestellt. Hier ist die Entlastung der Masse i erneut durch die Feder 6 gezeigt, jedoch bestimmt diese Anordnung auch ein System sowohl geringer als auch veränderlicher Eigenschwingungszahl.
  • Die Versuche und die Berechnung lehren, daß die Eigenschwingungszahl von dem Orte des Punktes 7 abhängt, und zwar muß dieser Punkt 7 oberhalb der Achse und des Drehpunktes 4. auf der gekennzeichneten Strecke 7-8 liegen, wobei der Punkt 7 der geforderten Stabilität halber höchstens in der Verlängerung der Achse 5 liegen darf. Für die Erfindung ist ferner bemerkenswert, daß die Eigenfrequenz sinkt, wenn der Punkt 7 sich dem Punkte 8 nähert, d. h. die Eigenfrequenz fällt und steigt mit der Strecke 7-8. Punkt 8 ist hierbei der Schnittpunkt der Federachse mit der Achse 5. Ferner ist wichtig, daß diese Regelung der Schwingungszahl für alle Richtungen der kugelförmigen Bewegung der Masse maßgebend ist. Man kann auch für die horizontalen Schwingungen eine besondere Feder 9 vorsehen, welche in ähnlicher Weise durch einen veränderlichen Stützpunkt 7a reguliert wird. In beiden Fällen ist jedoch durch die Lage der Punkte 7, 8 zueinander und wegen der Verstellbarkeit der Federstützen die Einstellung der Eigenfrequenz, die niedrige Zahl der Eigenfrequenz und die gewünschte Stabilität erreicht, ohne claß bei der Veränderung der Eigenfrequenz die Masse z in irgendeiner Weise angegriffen bzw. in ihrer Bewegung beeinträchtigt wird.
  • Die Durchführung der vorgezeichneten Anordnung führt auf besondere Konstruktionen, von denen die Abb. 3 ein Beispiel zeigt.
  • Das Kardangelenk 4,5 ist entgegen den Beispielen laut Abb. i und 2 verkleinert. Der Bock 7 ist eine Stütze für die Verlängerung der Feder 6. Dieser Bock kann auf einer besonderen Bahn in der Richtung der Federachse und der Strecke 7-8 hin und her geschoben oder sonstwie bewegt werden. So oder analog wird die Eigenfrequenz des Schwingungsmessers verändert. Äußerlich zeigt eine Vorrichtung, z. B. eine Skala mit Zeiger, die eingestellte Frequenzzahl an.
  • Die zweite Feder 9 mit dem Stützpunkt 7a ist in der Abb. 3 nicht mitgezeichnet. Ihre Funktion wird, wie bereits erklärt, durch die Feder 6 ausreichend übernommen.
  • -Neu ist auch die Federspannvorrichtung für derartige Schwingungsmesser. Die Feder 6 ist als ein Stahlband oder besser als ein dünner Draht über die Achse 5 hinaus verlängert. Dieses freie Ende kann so bewegt «-erden, daß die Feder 6 die Masse i tnit Hebel 3 in waagerechter Lage hält. Die Bewegung des Drahtes oder des Bandes kann vermittels eines Schneckentriebes und Trommel, auch auf jede andere gleichwertige Art, herbeigeführt werden. Auch hier ist wesentlich, daß die Einstellung ohne Beeinflussung der Masse i stattfindet und daß diese Einstellung für alle Schwingungsrichtungen maßgebend ist.
  • Bereits am Eingang dieser Beschreibung wurde erläutert, daß die Bewegung des fixierten Gehäusepunktes 2a gegenüber der Masse i bzw. deren Schwerpunkt 2 in weitgehendster Weise die zu untersuchenden Schwingungen mit Bezug auf alle Schwingungsrichtungen erkennen läßt.- Ferner wird im Verlaufe der heschreibung erklärt, daß die Bedingungen für die Eigenfrequenz ausreichend erfüllt sind.
  • Die Praxis erfordert es, daß Feststellungen über untersuchte Schwingungen eindeutig aufgezeichnet werden, Damit wird. die Schreibvorrichtung dieses neuen Schwingungsmesser s zu einem wichtigen Erfordernis bei der Anwendung. Das Schreibzeug soll alle bemerkenswerten Vorgänge und Bedingungen zeitlich richtig und auswertbar aufnehmen. Insbesondere die zeichnerische Vergrößerung der Schwingungsvorgänge ist bei den stark schwankenden und vielfach geringen Amplitudengr ößen von Bedeutung. Der in dem Beispiel der Abb.3 gezeigte Schwingungsmesser registriert seine Ergebnisse, wenn der Zeichengeber io, der sich in der Masse i befindet, als Spiegel ausgebildet wird. Dieser Spiegel würde sich dann in der Nähe des Massenschwerpunktes 2 befinden und könnte durch einen Lichtstrahl auf eine lichtempfindliche Schicht in üblicher Weise die Bewegung des Zeichengebers fixieren. Der Anordnung gemäß und dem Verlaufe der Bewegungen entsprechend würde sogar der Abstand der photographischen Schicht vom Zeichengeber io eine leicht kontrollierbare Vergrößerung der Bewegungen des Zeichengebers io bringen. Diese Registrierung ist in ähnlicher Weise in der Abb. 4 gezeigt. Allerdings ist das Schreibzeug eine Verlängerung des Hebels 3 über den Kardanpunkt .4, 5 hinaus. Die mechanische Vergrößerung ist nach der Abb, q. aus der Anordnung des Zeigers i i und der Schreibtafel 12 zu erkennen. Diese Aufzeichnung der Bewegungen liefert ein unzerlegtes Bild der untersuchten Schwingung. Dieses Beispiel läßt es unbenommen, die Aufzeichnung lichtempfindlich oder graphisch zu vollziehen.
  • Die Abb. 5 zeigt eine ähnliche Schreibvorrichtung, wobei ebenfalls verschiedene Vergrößerungen eingestellt werden können. -Ob diese Vorrichtung .von dem Zeichengeber io oder von den Anzeigeteilen i i und 12 aus in Tätigkeit gesetzt wird, ist gleichbedeutend. In der Abb. 5 ist wiederum die Masse mit i und der Zeichengeber mit io bezeichnet.
  • Der Zeichengeber io ist kugelartig ausgebildet. Diese Kugel liegt zwischen zwei parallelen Flächen 13, welche das hintere Ende des Schreibhebels 14 darstellen. Dieser Schreibhebel ist in Punkt 15 drehbar gelagert, und zwar auf einer verschiebbaren Vorrichtung, bestehend aus einer festen Schiene 16 und einem Schlitten 17. Die Abb. 5 gibt zu erkennen, wie durch die seitliche Verschiebung des Schlittens 17 und des Lagers 15 mit dem Schreibhebel 14 der Angriffspunkt der Kugel io in den Flächen 13 verändert wird. Wenn der Abstand zwischen Geber io und Lager 15 verändert wird, ändert sich auch das Hebelverhältnis vom Geber io bis zur Schreibhebelspitze, d. h. das Maß der Vergrößerung. An Stelle der Kugel kann auch ein anderes geeignetes Verbindungsglied die Masse i mit dem Schreibzeug 13, 15 verbinden.
  • Außerdem zeigt die Abb. 5 einen Ring 18, der beim Verschieben des Schreibgerätes gleichzeitig mit diesem der Masse i genähert wird, und zwar so weit, bis die Masse i zentriert und festgehalten wird. Deshalb ist die Masse 1 konisch ausgebohrt. Den gleichen Zweck würde ein Vollkonus erfüllen, der zwischen Zeichengeber io und Masse i angebracht sein könnte. In diesem Falle würde der Ring 18 als negativer Kegelteil ausgebildet sein müssen. Fernerhin dient der Ring 18 als Maximalbegrenzung bei dem Ausschlag der Masse i, wobei durch die starre Verbindung des Schreibhebellagers 15 mit diesem Ring 18 zwangläufig der Wert der Hubbegrenzung der jeweiligen Vergrößerung angepaßt ist.
  • Die bisher erläuterten Aufzeichnungsartefi beziehen sich auf die vertikale Schwingungskomponente, die Abb.5 zeigt jedoch schon durch die Planfläche 13 und die Ausbildung des Zeichengebers io als Kugel, daß durch die horizontalen ' Bewegungen die Lage des Schreibgerätes nicht beeinflußt wird. Die Kugel io wird lediglich zwischen den Flächen 13 horizontal hin und her bewegt.
  • Will man auch die horizontale Komponente aufzeichnen, so müßten an der gleichen Kugel io zwei weitere Planflächen i9 angreifen, die jedoch tun 9o' zu den Flächen 13 versetzt sind. Diese Flächen i9 betätigen alsdann der Abb. 6 entsprechend einen zweiten Schreil:-liebel 2o. Auf diese Art werden von einem Schwingungsvorgang zwei Bilder gleichzeitig entworfen, die zwei getrennten Beobachtungsebenen entsprechen. Die Flächenpaare 13 und i 9 stehen in solchen Winkeln zueinander, wie es die Winkel der Beobachtungsebene erfordern.
  • Dieser Schwingungsmesser gestattet es, über diese Vertikal- und Horizontalzerlegung hinaus einen Schwingungsvorgang in sämtlichen Beobachtungsebenen zu betrachten.
  • ach dem Vorausgehenden wird diese Messung möglich, sobald laut Abb. 5 der Schreibhebel 14 mit seinen Flächen 13 um die Horizontalachse des Apparates gedreht werden kann. Diese Drehung wird einfach dadurch ausgeführt, daß das gesamte Schreibzeug nebst der Schreibplatte um die Horizontalachse des Schwingungsmessers gedreht wird. Der Grad der Verdrehung wird an einer Skala des Apparategehäuses abgelesen.
  • Ferner ist das Schreibzeug mit dem Gleitringe des Gehäuses durch eine Transportvorrichtung 21 verbunden, welche bei der erwähnten Verdrehung des Schreibzeuges einen Schreibhebel 22 betätigt. Auf die Weise wird auch der Grad der Schreibzeugverdrehung, d. h. der Winkel der Beobachtungsebene, gegenüber der Horizontalebene durch eine Linien- oder punktartige Eintragung auf dem Schwingungsdiagramm vermerkt.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Schwingungsmesser zur Messung mechanischer Schwingungen, bestehend aus einer trägen Masse und Federn, dadurch gekennzeichnet, daß die träge Masse (i) an einem horizontalen Hebelarm (3) befestigt ist, welcher so gelagert ist, daß sich der Massenschwerpunkt (2) zwangläufig auf der Oberfläche einer Kugel bewegt.
  2. 2. Schwingungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm (3) in horizontaler und vertikaler Lage durch die Federn (6 und 9) gehalten wird, wobei diese Federn einerseits an der Masse (i) bzw. an einem Hebel der Masse und anderseits am Gehäuse befestigt sind.
  3. 3. Schwingungsmesser nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Einstellung- und Änderung der Eigenfrequenz der Einrichtung während des Betriebes ein als Federstützpunkt ausgebildeter Bock (7 bzw. -. 7d) in Richtung der Federachse verschoben werden kann. .
  4. 4. Schwingungsmesser nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Einstellung der Nullage oder Höhenlage der Masse (i) das freie Ende der Feder (6) als Band -oder Draht ausgebildet wird, wodurch die Feder (6) mittels eines am Gehäuse befindlichen Schneckentriel:es gespannt oder entspannt werden kann.
  5. 5. Schwingungsmesser nach Anspruch 1 bis .I, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingbewegung vermittels eines an der Masse (i), deren Hebel (3) oder dessen Verlängerung (i i) angebrachten Spiegel zur Ablenkung eines Lichtstrahls führt zwecks photographischer Aufzeichnung und gleichzeitiger Vergrößerung der aufzuzeichnenden Schwingbewegung.
  6. 6. Schwingungsmesser nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingbewegungen durch einen in der Nähe des Massenschwerpunktes (2) befindlichen Zeichengeber (io) auf einen oder mehrere Schreibhebel übertragen werden, wodurch eine oder zwei Komponenten der Schwingbewegung vergrößert wiedergegeben werden.
  7. 7. Schreibvorrichtung zum Schwingungsmesser nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeichengeber (io) kugelartig ausgebildet und zwischen planparallelen Flächen (13 bzw. i g) eines Schreibhebels (1q. bzw. 20) geführt ist, wodurch für jedes Flächenpaar nur eine zugehörige Bewegungskomponente des Zeichengebers (io) bzw. der Masse (i) zur Aufzeichnung gelangt. B. Lagerung der Schreibhebel nach Anspruch 7 zum Schwingungsmesser nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strecke zwischen Schreibhebeldrehpunkt (15) und Zeichengeber (io) nach Maßgabe der Vergrößerung verändert wird. 9. Schwingungsmesser nach Anspruch i bis 6 mit einer Schreibvorrichtung nach Anspruch 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Feststellung der Masse (i) beim Transport bzw. zur Begrenzung der Schwingungsamplituden gleichzeitig mit der Veränderung der Strecke zwischen Schreibhebeldrehpunkt (15) und Zeichengeber (io) eine kreisförmige Anschlagscheibe (18) mit einem Gegenpaßstück in der Masse (i) in Berührung kommt. io. Schreibvorrichtung zum Schwingungsmesser nach Anspruch i bis 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schreibzeug gegenüber dem Gehäuse eine Schräglage einnehmen kann, indem das Schreibzeug an einem im Gehäuse drehbaren Lagerring (23) befestigt ist. i i. Schreibvorrichtung nach Anspruch 7, 8, io zum Schwingungsmesser nach. Anspruch i bis 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kennzeichnung der Schräglage derselben gegenüber dem Gehäuse eine RegistriervorrichtLmg vorgesehen ist, bestehend aus einem an dem Gleitring (23) befestigten Schreibhebel (22), welcher einerseits in einer schraubenförmigen Tut (21) des Geh- iuses gleitet und anderseits die entsprechende Schräglage selbsttätig auf den zur Aufzeichnung der Schwingungen dienenden Papierstreifen graphisch darstellt. 12. Schreibvorrichtung zum Schwingungsmesser nach Anspruch i bis 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Aufzeichnung der unzerlegten Schwingung nach Größe und Richtung der Horizontalhebel (3) über das Kardangelenk hinaus mit einer in eine Kugel endenden Verlängerung versehen ist, die mit einem Stehrohr eines kardanisch aufgehängten Schreibhebels (i i) zusammenwirkt. 13, Schreibvorrichtung nach Anspruch 12 zum Schwingungsmesser nach Anspruch i bis 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe zwecks Änderung des Aufzeichnungsmaßstabes der Schwingungen auf einen im Gehäuse verschiebbar angebrachten Schlitten (2q.) befestigt ist, welcher in Richtung des horizontalen Hebelarmes (3) gegenüber dem Kugelzapfen verschoben wird. 1.1.. Schreibvorrichtung nach Anspruch 12 zum Schwingungsmesser nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle des Schreibstiftes (ii) der Schreibhebel mit einem Spiegel versehen ist, der in an sich bekannter Weise die Ablenkung eines auf denselben geworfenen Lichtstrahls auf eine photographische Platte oder einen vorbeibewegten Filmstreifen aufzeichnet.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3028187A1 (de) * 1980-07-25 1982-02-25 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Sensor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE3028187A1 (de) * 1980-07-25 1982-02-25 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Sensor

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