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Publication number: DED0018284MA
Authority: DE

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 20. Juli 1954 Bekanntgemacht am 31. Oktober 1956

DEUTSCHES PATENTAMT

Die Erfindung bezieht sich auf ein Gerät zum Messen von in mehreren Richtungen auftretenden Schwingungen' oder zur Richtungsbestimmung solcher Schwingungen mit Hilfe einer nach allen Seiten hin nachgiebig aufgehängten trägen Masse, die als Kernmasse für ein mit kapazitiver oder induktiver Trägerfrequenzmethode arbeitendes elektrisches Meß- und Anzeigegerät dient.

Die Erfindung besteht darin, daß die Masse im Zentrum zwischen acht auf Zug beanspruchten, in den Raumdiagonalen eines vierseitigen Prismas mit senkrecht aufeinanderstellenden Diagonalflächen paarweise hintereinander angeordneten Sohraubenfedern aufgehängt ist.

DieMasse ist jeweils mit so viel von ihr strahlenförmig in die entsprechenden Richtungen abragenden und in Tauchspulen oder -kondensatoren ein- tauchenden Kernen versehen, als Schwingungsrichtungen untersucht werden sollen. Die Tauchspulen oder -kondensatoren gehören dem Meßzweig einer Meßbrücke eines in an sich bekannter Weise mit Trägerfrequenzmodulation arbeitenden Anzeigegerätes an.

Bei den bekannten Geräten ähnlicher Art handelt es sich um optische Geräte mit einer einzigen Meßstelle, deren Geber an mehreren Gruppen von parallelen Federn aufgehängt sind. Ein Nachteil dieser Gruppenaufhängung ist, daß alle Federn

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äußerst gleichmäßig wirken müssen, wenn ein brauchbares Meßergebnis erzielt werden soll. Außerdem kommt man beim Anmeldungsgegenstand mit weniger Federn als Einzelfedern aus, und es können so viel Meßstellen bei diesen vorgesehen werden, als Schwingungsrichtungen interessieren. Es ist die Meßvorrichtung nach der Erfindung gegenüber den bekannten Anordnungen baulich erheblich einfacher und feinfühliger und

ίο trotzdem vielseitiger als die bekannten Einrichtungen. Es sind zwar auch Geräte bekannt, bei denen eine träge Masse im Zentrum von zwei zueinander senkrecht stehenden Kreuzungen aus Widerstandsdraht aufgehängt ist, doch ist mit dieser Anordnung ein Messen extrem hoher Frequenzen nicht möglich, weil die Widerstandsdrähte gegenüber der Tauchkerngeberanordnung zu träge reagieren. Außerdem kann man mit der getroffenen Anordnung keine reine Richtungsmessung vornehmen, weil beim Abweichen der trägen Masse aus ihrer Ruhelage nicht nur ein Meßdraht, sondern auch sämtliche übrigen Meßdrähte so mit beeinflußt werden, daß sie das Meßergebnis beeinträchtigen. Durch die Trennung von Meßgeber und Massenaufhängung beim Anmeldungsgegenstand und die gleichzeitige Wahl entsprechend weiter Spulen ist der fehlerhafte Einfluß von unerwünschten Komponentenwirkungen ausgeschlossen.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar "zeigt

Fig. ι das Gesamtschema eines Dreikomponenten-

schwingungsmessers in schaubildlicher Darstellung, Fig. 2 einen Schnitt nach der Ebene E durch die

Anordnung nach Fig. 1 in ausführlicherer Darstellung,

Fig. 3 das Schaltschema eines mit Trägerfrequenzmodulation arbeitenden Meß- und Aufzeichnungsgerätes,

Fig. 4 das Schema der Magnetfeld^ und Meß-. wegverhältnisse an einer Spule der Anordnung von Fig. ι und 2.

Bei dem gewählten Ausführungsbeäspiel ist in der Mitte eines würfelförmigen Gehäuses 1 eine Kugel 2 als träge Masse, nachstehend durchwegs »Kernmasse« genannt, angeordnet. Die Form des Gehäuses wird nach Fig. 2 durch ein dessen Profilkanten bildendes Gerippe 1 bestimmt. Die Gerippeteile haben einen im wesentlichen dreieckigen Querschnitt und sind mit durchgehenden Längsbohrungen 3 versehen. Die Kernmasse 2 wird von acht Zugfedern 4_a bis 4_rf und 5_fl bis Sa iⁿ ihrer Lage gehalten, von denen jeweils vier in einer Ebene E₁E' liegen. Die beiden Ebenen stehen zueinander senkrecht. Innerhalb der durch die Federn 4_a bis 4_d bestimmten Ebene E ragen von der Kernmasse 2 zwei zueinander senkrecht stehende, insbesondere stabförmige Tauchkerne 6 und 7 und dazu wiederum senkrecht ein dritter Tauchkern 8 ab. Jedes freie Tauchkernende ragt in eine elektrische Spule 9, 10 und 11 hinein. Die Dicke der Tauchkerne und die lichte Weite der Spulen 9 bis 11 ist derart bemessen und es sind die Spulen den Tauchkernen gegenüber derart angeordnet, daß sich die Tauchkerne unter dem Einfluß von quer zu ihren zugehörigen Spulen gerichteten Bewegungskomponenten nur im Bereich eines konstanten Magnetfeldes bewegen. Zur Dämpfung dieser Querbewegung sind die Tauchkerne mit Dämpfungsflächen 15, 16 und 17 versehen. Das Gewicht der Tauchkerne ist durch von der Kernmasse 2 in entgegengesetzter Richtung abragende, ebenfalls stabförmige Gegengewichte 18, 19 und 20 ausgeglichen. Die Gegengewichte sind ebenfalls mit Dämpfungsflädhen 21,

22 und 23 versehen. Die Dämpfungsflächen 21 bis

23 der Ausgleichsgewichte liegen jeweils zu den Dämpfungsbremsflächen 15 bis 17 der zugehörigen Tauchkerne parallel.

In die Stirnenden der Tauchkerne 6, 7, 8 und deren Gegengewichte 18, 19, 20 sind Bolzen 12, 12', !3) ¹Z' ^und 14, 14' als Ausschlagsbegrenzungsanschlage eingeschraubt, die auch durch Aufschraubkappen Oider -büchsen ersetzt werden können. Als Aufschlagsgegenflächen dienen an der Innenseite der Gehäusewände vorgesehene elastische Beläge 24 bis 29. Die Tauchkerne selbst bestehen aus Weicheisen, die Schraubteile an ihren Stirnenden z. B. aus Messing. Wie bereits weiter oben ausgeführt worden ist, sollen sich die Kernenden im konstanten Magnetfeld der Spule bewegen, das z. B. für die Spule 10 nach Fig. 2 als Ausführungsbeispiel herausgegriffen, in Fig. 4 mit M bezeichnet ist. Wie die Fig. 4 zeigt, beginnt dieses etwa in der Mitte der Spulenlänge und endigt kurz vor dem Wicklungsende der Spule 10. Demnach steht dem Ende des Tauchkernes 7 ein Meßweg / zur Verfügung bzw. ein Meßweg //2 nach beiden Axialbewegungsrichtungen. Es wird also für die Kernruhelage dessen Eintauchtiefe auf //2 eingestellt. Dementsprechend muß der Anschlag 13 bis zur Anschlagfläche 28 für das Ende des Tauchkernes 7 ebenfalls eine Bewegungsfreiheit von //2 zulassen.

Die Gehäusewände sind als Füllstücke 30 in die Ausnehmungen des Gehäusegerippes 1 eingelassen. Das ganze Gehäuse ist mit Dämpfungsflüssigkeit, insbesondere Silikonöl, gefüllt. Um Störwirbelbildungen möglichst zu vermeiden, sind die Kanten und Ecken der Dämpfungsflächen 15 bis 17 und 21 bis 23 abgerundet. Die Spulenanschlüsse 31 liegen zweckmäßig jeweils neben den zugehörigen Spulen auf der Außenseite der Gehäusewandflächen 3p.

Jede der Spulen 9, 10 und 11 gehört je einer Meßbrücke B (Fig. 3) eines mit Trägerfrequenzmodulation arbeitenden Anzeigegerätes an. Die Brücke B wird durch einen Generator G mit Hochfrequenz (Trägerfrequenz) versorgt. An diesen ist ein Verstärker V, an diesen ein phasenempfindlicher Gleichrichter Gl und gegebenenfalls eine Siebkette S angeschlossen, deren Ausgang zu einem Ablese- oder Aufzeichnungsgerät A (Schreiber oder Oszillograph) führt.

. Um einen Körper auf Schüttelschwingungen zu untersuchen, wird das Gehäuse, z. B. mittels durch die Bohrungen 3 gesteckte Schrauben, auf diesem befestigt, und zwar so, daß die Tauchkerne mog-Höhet in jene Richtung zu liegen kommen, aus

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welcher die Schwingungen erwartet werden. In der Regel sollen drei Komponenten (senkrecht, waagerecht und quer dazu) analysiert werden. Diese erschüttern das Gehäuse i, während die in ihm aufgehängte Masse 2 mit ihren Tauchkernen und Gegengewichten ihre Lage im Raum beizubehalten versuchen, mit der Folge, daß sich die Eintauchtiefen der Tauchkerne an den Spulen und damit deren Induktivität ändert, wobei eine größte Induktivitätsänderung nur in der Meß richtung eintritt.

Die Änderung der Induktivität (oder Kapazität) hat im Meßzweig der zugehörigen Meßbrücke B

. eine Störung des Brückenabgleichs zur Folge, die am Oszillograph oder an einem Schreibgerät aufgezeichnet wird.

Die Füllung des Gehäuses mit Dämpfungsflüssigkeit soll es ermöglichen, auch Messungen in der Nähe der Eigenfrequenzen des durch die Kernmasse, Tauchkerne und Gegengewichte gebildeten Systems durchzuführen. Die Füllung erfolgt durch mit einem Sohließstopfen 32 versehene Füllöc'her. Außerdem ist das Schwingungssystem mit Hilfe der Dämpfungsflügel 15 bis 17 und 21 bis 23 derart abgestimmt, daß das optimale Dämpfungs-

²^ maß D =— ]/2 bzw. bei einer bestimmten zulässigen

Fehlergrenze entsprechend kleiner ist. Die Spannung der Federn 4_a bis 4_d und 5_a bis 5_d, die auch im Gehäuse 1 diagonal angeordnet sein können, kann durch in ihrer Länge veränderliche Aufhängeglieder 33 eingestellt werden. Bei der Verwendung von Schreibgeräten ordnet man vorzugsweise ein gemeinschaftliches Aufzeichnungsblatt an, auf welchem die Schreiber der einzelnen Geräte ihr Meßergebnis so aufzeichnen, daß alle Meßergebnisse übersichtlich unter- bzw. nebeneinanderzuliegen kommen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

i. Gerät zum Messen von in mehreren Richtungen auftretenden Schwingungen oder zur Richtungsbestimmung solcher Schwingungen mit Hilfe einer nach allen Seiten hin nachgiebig aufgehängten trägen Masse, die als Kernmasse für ein mit kapazitiver oder induktiver Trägerfrequenzmethode arbeitendes elektrisches Meß- und Anzeigegerät dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (2) im Zentrum zwischen acht auf Zug beanspruchten, in den Raumdiagonalen eines vierseitigen Prismas mit senkrecht aufeinanderstellenden Diagonalflächen (E, E') paarweise hintereinander angeordneten Schraubenfedern (4_a bis \_d, 5„ bis 5_d) aufgehängt ist.
2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (2) mit so viel von ihr strahlenförmig in die entsprechenden Richtungen abragenden und in Tauchspulen (9, 10, 11) bzw. Tauchkondensatoren eintauchenden Tauchkernen (6, 7, 8) versehen ist, als Schwingungsrichtungen untersucht werden sollen.
3. Gerät nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchspulen (9, 10, 11) bzw.. -kondensatoren dem Meßzweig einer Meßbrücke (B) eines in an sich bekannter Weise mit Trägerfrequenzmodulation arbeitendes Anzeigegerätes (Fig. 3) angehören.
4. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der Tauchkerne (6, 7 und 8) auf der Gegenseite der Kernmasse (2) durch Gegengewichte (18, 19 und 20) ausgeglichen ist.
5. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Tauohkerne (6, 7 und 8) und Gegengewichte (18, 19 und 20) mit Ausschlagsbegrenzungsanschlägen (12, 12', 13, 13', 14, 14') versehen sind.
6. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tauchkerne: (6, 7 und 8) und ihre Gegengewichte (18, 19 und 20) mit Dämpfungsflächen (15, 16, 17 bzw. 21; 22 und 23) versehen sind, und zwar derart, daß diese Flächen jeweils die Querbewegung ihres Trägers . (Tauchkern oder Gegengewicht) dämpfen.
7. Gerät nadh den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsflächen (15, 16, 17 bis 21, 22, 23) zur Unterdrückung von Störwirbeln abgerundete Kanten und Ecken aufweisen.
8. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen 9, 10 und 11) derart weit bemessen und den Tauchkernen (6, 7 und 8) gegenüber derart angeordnet sind, daß sich die Tauchkerne unter dem Einfluß von quer zu den Spulen gerichteten Bewegungskomponenten nur im Bereich eines konstanten Magnetfeldes bewegen.
9. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch elastische Anschläge (24 bis 29) für die Tauchkerne und Gegengewichte.
10. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis g_t dadurch gekennzeichnet, daß die die Kernmasse (2) haltenden Federn (4_a bis 4J und Sa bis 5_rf), insbesondere auf der Masseseite, an in ihrer Lage verstellbaren Haltegliedern (33) aufgehängt sind.
11. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ganze Einrichtung in einem mit Dämpfungsflüssigkeit, insbesondere Silikonöl, gefüllten und mit Befestigungsmitteln (3) versehenen Gehäuse (1) angeordnet ist.
12. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 11, gekennzeichnet durch drei in einem rechten Winkel zueinander stehende Tauchkerne (6,7,8) mit zugeordneten Tauchspulen (9, 10, 11) oder Tauohkondensatoren und entsprechend angeordneten Gegengewichten (18, 19, 20) innerhalb eines mit durchgehenden Eck- bzw. Kantenbohrungen (3) versehenen würfelförmigen Gehäuses (1), mit jeweils in der Mitte der Kanten oder diagonal angreifenden Zugfedern (4_a bis 4,; und 5„ bis Sa) für ^ei'^ne kugelförmige Kernmasse (2).

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13· Gerät nach Anspruch I2, gekennzeichnet durch ein die Würfelkanten bildendes Rahmengestell (i), in dessen Flächenausnehmungen füllende Wandabschnitte (30) mit ihren auf der Innenseite liegenden Teilen (Spulen 9, 10, 11, Kondensatoren oder Begrenzungsanschlägen 24 bis 29) jeweils leicht lösbar eingesetzt sind.
14. Gerät nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule (9, 10, 11) eitlem besonderen Anzeigegerät (Fig. 3) angehört.
15. Gerät nach.den Ansprüchen 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Verwendung von Schreibgeräten für sämtliche Schreiber ein gemeinschaftliches Aufzeichnungsblatt vorgesehen ist, auf welchem die Meßergebnisse sämtlicher ■ Geräte (Fig. 3) neben- oder untereinander aufgezeichnet werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 1 869 828;
britische Patentschrift Nr. 585 140.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen