Mechanisch-elektrischer Messwertumformer für Drehbewegungen
Die Erfindung betrifft einen mechanisch-elektri- schen Messwertumformer für Drehbewegungen, ins besondere für Drehschwingungsmesser, bei dem die Selbstinduktivität einer in einem Spulenkörper eingebetteten Induktionsspule durch Verändern des magnetischen Flusses verändert wird, wobei ein mindestens teilweise ferromagnetischer Körper relativ zu einem reibungsarm mit ihm ferromagnetischen koppelten zweiten Körper-der auf der Spule gelagert ist-mechanisch verschoben wind.
Es ist ein Messwertumformer der beschriebenen Art bekannt, bei dem die Selbstinduktivität einer als Flachspule ausgebildeten Induktionsspule durch Verändern der Eindringtiefe eines ferromagnetischen Kernes in das Spuleninnere messbar verändert wird. Der Speisestrom für die Spule und die Messsignale werden dabei der, z. B. mit einer zu prüfenden Welle umlaufenden Spule bzw. dem Messgenät, im allgemeinen einer Trägerfrequenzwechselstrombrücke, tuber Schleifkon- takte zugeführt. Diese Stromzuführung und die Signalentnahme zeigen im Dauerbetrieb gewisse Mängel.
Die Erfindung dient dazu, Idiese Mängel unter Verzicht auf Schleifkontakte durch rein induktive Über- tragung des Messsignals zu beseitigen. Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass, auf ! dem stillstehenden Spulenkorper der Induktionsspule ein mindestens ein ferro- magnetisches Plattenpaar trageader, gegenüber dem Spulenkörper beweglicher erster Trägenkörper glietet und dal3 ferner auf diesem ein zweiter Trägerkörper angeordnet ist, welcher mindestens einen den Ab stand zwischen dem Plattenpaar überbrückende. n Steg aus ferromagnetischem Material. trägt und dass schliesslich beide Trägerkörper relativ zueinander verschiebbar sind.
Auf diese Weise erreicht man - besonders bei Verwendung einer einzigen, unterteilten Spule, tderon Hälften in je einem Brückenzweig, z. B. einer Träger frequenzmessbrücke, angeordnet sind-eins Messvor- richtung mit grosser Empfindlichkeit, guter Lineanität und einem grossen Ausschlagsbereich.
Um die Eigenfrequenz des Systems möglichst niedrig zu halten, ist es vorteilhaft, wenn der den Steg tragende Körper als seismische Masse ausgebil- det. ist.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung sind die Trägerkörper, als koaxiale Hohlzylinder ausgebildet, wobei der Spulenkörper ebenfalls ! als Kreis- zylinder ausgebildet ist, der mindestens eine Ringnut für die Wicklung der Spule besitzt und von den hohlzylindrischen Trägerkörpern koaxial umgeben ist. Bei, dieser Ausführungsform erfolgt die Stromzuführung für die Induktionsspule vorteimafterweise in axialer Richtung im Zentrum des zylindrischen Spu- lenkörpers.
Weiterh. in kann es günstig sein, bei einer Verwendung der erfindungsgemässen Anordnung in einem Drehschwingungsmesser an einem freien Wellenende bei Wellen mit sehr grossen Tourenzahlen den Spu- lenkörper als Hohlzylinder auszubilden, der in seiner inneren Mantelfläche mindestens eine Ringnut für die Wciklung der Spule besitzt und in den die hohl- zylindrischen Trägerkörper koaxial eingeschoben sind. Auf diese Weise tritt gegenüber der ersten Au. s- führungsform eine geringere Lagerbelastung der Wellenlager auf.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenkörper und die Trägerkörper als kreisförmige Soheiben ausgebildet sind, wobei in dem Spulenkörper konzentrisch mindestens eine kreisringförmige Nut für die Wicklung der Spule vorhanden ist und wobei femer das Plattenpaar und der Steg als ebenfalls konzentrisch angeordnete Kreisringsegmente ausgebildet sind,
Zur Verwendung der Messanordnung in einer Wechselstrommessbrücke unterteilt man die Induk tions. spule zweckmässigerweise in mindestens zwei Toilwicklungen, wobei jeder Teilwiokhmg minidestens , Plattenpaar und ein Steg zugeordnet ist und wobei die Plattenpaare oder die Stege der einzelnen Teilwicklungen gegeneinander versetzt sind.
Schliesslich können auf den Trägerkörpern in Umiangsrichtung g , auch mehrere Plattenpaare und Stege verteilt sein.
Weitere Merkmale ergeben sich aus nachfolgen- der Beschreibung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung.
Fig. 1 bis 4 geben ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder. Dabei zeigt Fig. l im Längsschnitt den konstruktiven Aufbau eines Dreh- schwingungsmessers, bei dem der Spulenkörper als Kraiszylinder im Zentrum angeordnet und von (den hohlzylindrischen Trägerkörpem umgeben ist. Fig. 2 stellt einen Schnitt längs 1-1 von Fig. 1 dar. Fig. 3 und 4 verdeutlichen schemiatch in perspektivischer Darstellung. die erfindungswesentlichen Teile ides Drehschwingungsmessers, die in Fig. 3 im zusammengabauten Zustand und in Fig. 4 auseinandergezogen gezeichnet sind.
Fig. 5 zeigt in der gleichen Danstellungsweise wie Fig. 4 eine etwas andere Anolidnung des Spulenkörpers und der Trägerkörper.
Ein drittes Ausführungsbesipel der Erdinung sit ebenfalls schsmatisch in Fig. 6 und 7 gezeigt, wobei Fig. 7 einen Schnitt längs II-II von Fig. 6 und Fig. 6 einen Schnitt längs III-III von Fig. 7 wiedergeben.
Fig. 8 schliesslich zeigt ein elektrisches Schaltschema, an dem die Wirkungsweise der Erfindung schematisch dargestellt ist.
Gleiche Teile sind in allen Figurez mit gleichen B-zugszeichen versehen.
Fig. 1 zeigt einen Drehschwingungsmesser, der mittels der Flansches 1 an den auf Torsionsschwin- gungen zu prüfenden Gegenstand, z. B. eine Kurbel- welle, angeílanscht wirld, wozu nicht dargestellte Schraubenbolzen durch die Bobrungen 2 in einen entsprechenden Flansch der Kurbelwelle eingeschraubt werden.
Koaxial mit der zu prüfenden Welle liegt im Zentrum des Drehschwingungsmessers eine schlanke Welle 3. Auf ihr ist der : aus, einem ferromagnetisohen Material, z. B. Ferroxcube, hergestellte Spulenkörper 5 befestigt, der in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Einfräsungen 6 und 7 für je eine Teilwicklung der Induktionsspule 8 (Fig. 3 und 4) besitzt, die in die Einfräsungen mit einer hartenden Masse eingekittet ist. Ist die Welle 3 aus Stahl gefertigt, so kann zwischen ihr und dem Spulenkörper 5 ein magnetisch isolierender Körper 4, z. B. aus Messing, eingeschoben sein, der in Fig. 3 schematisch gezeigt ist.
Die Stromzuführungen zu der Spule 8 verlaufen in Richtung der Längsachse durch die Bohrung 9 in der Welle 3 und die Bohrungen 10 in der Welle 3 bzw. dem Spulenkörper 5.
Der Spulenkörper 5 ist von einem ersten hohl- zylinderförmigen Trägerkörper 11 umgeben, der aus Aluminium, Messing oder einem Kunststoff hergestellt sein kann. In diesen Trägerkörper 11 sind für jade Teilwicklung zwei ferromagnetische Plattenpaare 12 eingelegt und d druch eine geeigente Klebemase fest mit ihm verbunden. Diese Plattenpaare sind für die einzelne Teilwicklungen gegeneinder veretzt und überdecken auf dem Umafang jeweisl etwa einen Winkelbereioh von 90 (Fig. 4). Die Plattenpaare 12 bilden aux'dièse Weise bai Stromdurchgang durch die Spule 8 fr jede Teilwicklung magnetische Nordund Südpole, die die Rotation der zu prüfenden Welle mitmachen.
Während des Betriebes gleitet der erste Trägerkörpwer 11, der mit dem Flansch 1 und dadurch mit der zu prüfenden Welle fest verbunden ist, mit mötg lichst geringem Luftspalt auf dem stillstehenden Spu- lenkörper 5. Er ist an seinen beiden Stirnseiten auf je ein scheibenförmiges Element 13 und 14 aufgescho- ben und fixiert. Die beiden Scheiben 13 und 14 sind über die Kugellager 15 und 16 auf der Welle 3 gela gert, so dass der Trägerkörper 11 gegenüber der stillstehenden Welle 3 und dem Spulenkörper 5, zusammen mit der zu prüfenden Welle, eine Rotationsbewegung ausführen kann.
Die Scheibe 13 ist m Richtung auf den Falnsch 1 zylinderartig verlängert, wobei die Verlängerung 17 in ihrem Durchmesser stufenförmig vermindert und mit dem Flansch l fest verbunden ist. Eine ähnliche Ver längerung 18 der Scheibe 14 umschliesst die Welle 3 und trägt an ihrem äusseren Ende ein Gewide, auf das die hülsenartige Schraubenmutter 19 aufge- schraubt ist. Die Schraubenmutter 19 ist gegenüber der Welle 3 durch ein weiteres Kugellager 20 drehbar gelagert.
Den ersten Trägerkörper 11 umgibt, ebenfalls mit möglichst geringem Luftspalt, ein zweiter Trägerkörper 21, der aus den gleichen Materialtien gefertigt sein kann. Dieser Körper 21 besitzt Stege 22 aus ferromagnetischem material. Die Stege 22, von denen auf dam Umgang des Trägerkörpers 21 für je, de Teilwicklung der Spule 5 zwei Stück verteilt sind, überdecken wieder einen Winkelbereich von etwa 90 .
Der Trägerkörper 21 ist haubenförmig ausgebil- det und von der dem Flansch 1 zugewandten Seite über den ersten Trägerkörper 11 und die Scheiben 13 und 14 geschoben. Seine. andere Seite ist durch eine Halterung 23 abfeschlossen, in der zwei Stifte 24 befestigt'sind.Diese Stifte 24 ragen in Ausnehmungen 25 des Gehäussedekles 26 hinein. Dieser bildet denm Abschluss der die Fortsetzung des Flansches 1 bildenden, hohizylindriscben Gehäuses 27 das Dreh- scihwingungsmsssers. In dem Deckel 26 sind an nicht dargestellten Stiften zwei ebenfalls nicht dargestellte Schraubenfediern gehalten, die mit ihrer Mitte in, die Stifte 24 des Trägerkröpers 21 eingehängt, sind.
Durch die erwähnten Schraubenfadem wird über die Kugellager 28 und 29, die die Lagerung zwischen den Verlängerungen 17 und 18 und dem Körper 21 bzw. der Halterung 23 bilden, eine lose, leicht verschiebliche Verbindung zweichen dem ersten und dem zweiten Trägerkörper 11 bzw. 21 ermöglicht.
Mit dem Trägerkörper 21 ist weiterhin ein Hohl- zylinder 30 aus Kupfer verbunden, der in n einem Luftspalt zwischen einigen in dem Flansch 1 über den Umfang verteilten Polschuhen 31 und 32 von Permanentmagneten hineinragt und als Wirbelstrom- dämpfung bei einer Relativeweegung zweichen dem mit dem Flansch 1 verbundenen, ersten Trägerkörper 11 und dem zweiten Trägerkörper 21 dient. Für die Aufnahme der Permanentmagnete besitzt der Flansch 1 Radialbohrungen, in denen die Polschuhe 31 und 32, unter Umständen zusammen mit einem Haltestück 33, eingeschoben sind.
Die Polschube sind dabei entweder in den Flansch 1 oder in den Haltestücken 33, die selbst, durch Maidenschrauben 34 ge- halten sind, festgeklebt.
Die Welle 3 und der Spulenkörper 5 mit den Spulen 8 bilden somit den im Raum stillstehenden Teil des Drehschwingungsmessers, während der Flansch 1, das Gehäuse 27, der Gehäusedeckel 26, die Schraubenmutter 19, die Scheiben 13 und 14 mit ihren Verlängerungen 17 und 18 und der die Platten- paare 12 tragende Körper 11 starr mit der zu prüfenden Welle verbunden sind und deren Rotation sowie jede Drehschwingung der Welle mit ausführen. Mit diesen rotierenden Teilen sind der Trägerkörper 21 mit den Stegen 22, die Halterung 23 und der Hohlzylinder 30 lose verbunden, so, dass diese Teile zwar die ungestörte Rotation der zu priifenden Welle mitmachen, den infolge von Störungen auftretenden Drehschwingungen jedoch nicht unterworfe-n sind.
Die Wirkungsweise eines Drehschwingungsmes- sers gemäss der Erfindung sei nun beschrieben. Bei dem in Fig. 8 gezeigten Schaltschema bilden die Teilwucklungen der Induktionsspule 8 zwei Brückenzweige einer nicht dargestellten Trägerfrequenzmessbrücke, wobei die Leitungen 35 und 36 an die interne Halbbrücke eines Trägerfrequenzverstärkers angeschlossen sind und dessen Ausgang zu dfem An zeigeinstrument, z. B. einem Kathodenstrahloszillographen oder Registriergerät, führt.
Rotiert die zu prüfende Welle ohne Störung, so laufen die Trägerkörper 11 und 21 ohne gegenseitge Relativbewegung zusammen mit der zu prüfenden Welle um, während die Induktionsspule stillstehen bleitb. Die Messbrücke ist abgeglichen. Wird die gleichmässige Rotation der zu prüfenden Welle gestört, so entsteht eine Relativbewegung zwischen dem Trägerkörper 11 mit den Plattenpaaren 12 und dem Trägerkörper 21 mit den Stegen 22, da diesel. auf GrundseinerTrägheit und der losen Lagerung auf dem ersten Trägerkörper 11 nur die ungestörte Be- wegung mitmacht. Durch die Strörung entsteht so eine Drehschwingung zwischen den Trägerkörpern 11 und 21, die eine Verschiebung-in Fig.
8 durch einen Doppelpfiel angedeute - der Plattenpaare 12 gegenüber den Stegen 22 und damit eine Anderung des magnetischen Flusses durch die Spulenwicklungen verursacht. Da der Magsetfluss die Selbstindkuivität der Teilspulen verändert, wird die abgeglichene Messbrücke verstimmt und die Störung auf dem Oszillographen als abklingende Schwingung sichbar, die durch die bereits beschriebene Wirbelstrombremse zusätzlich gedämpft werden kann.
Da die Induktionsspule 8 nicht mehr mit der zu prüfenden Welle rotiert, und die Messwertüber- traung auf die Spule rein induktiv vor sich geht, wobei die Weiterleitung des Signals zum Anzeige- gerät über die Speiseleitungen erfolgt, ist die Messanordnung völlig ohne Schleifkontakte ausgebildet.
Die Störanfälligkeit des Drehschwingungsmessers wird dabei erheblich reduziort.
Durch die Versetzung der Plattenpaare 12 oder der Stege 22 für die einzelnen Teilwklungen und die dadurch erreichte gegenläufige Beeinflussung der Selbstinduktivität in zwei benanchbarten Brückenzweigen wird eine erhöhte Empfindlickeit der Anordnung erzielt. Dadruch, dass die Plattenpaare 12 und die Stege 22 je etwa einen Winkelbereich von 90 ausfüllen, lassen sich weiterhin relativ grosse Dreh schwmgungsausschläge von etwa 45 messen, ohne dass die lineare Proportionalität zwischen Schwingungsaussohlag und Selbstinduktiviätsände rung verlorengeht.
Die Eigenfrequenz des Messsystems ist im wesentlichen durch die Mase des aus dam Trägerkörper 21 mit den Stegen 22, der Halterung 23 mit den Stiften 24, dem Kupferzylinder 30 und der Haltefeder bestehenden schwingenden Systems. bestimmt.
Sie kann daher in gewissen Grenzen verändert werden, z. B. durch eine Änderung der Dicke des Körpers 21 und der zugehörigen Teile, durch Verwen dung anderer Materialien oder Anbringen zusätzlicher Massen an disesm syste, ferner Druch Ändern der Federkonstante.
Soll der Drehschsingungsmesser an das freie Wel lonende von Wellen mit hohen Tourenzhalen angeschlossen werden, so ist unter Umständen der Aufbau des Messsystems nach Fig. 5 günstiger, da dadurch die durch die Messvorrichtung hervorgerufene, zusätzliche Belastung der Wellenlager Reduziert wird.
In dem Beispiel nach Fig. 5 ist der Spulenkörper 5 als Hohlzylinder ausgebildet, der Ausnehmungen 6 und 7 Für die Spulenwicklungen 8 besitzt. In diesem Hohlzylinder 5 wird als erster Trägerkörper ein zweiter Hohlzylinder 11 eingeschobern, der die Plattenpaare 12 trägt, während die Stege 22 auf idem inner- sten Hohlzylinder 21 angeordnet sind. Dieser kann zur Erhöhung seiner trägen Masse noch einen Kern 37 aus geeignetem, magnetisch isolierendem Material enthalten.
Bei dem in Fig. 5 gezeigten Beispiel überdecken, im Gegensatz zu der Ausführungsform nach Fig. 1 bis 4, die Plattenpaare 12 und die Stege 22 jeweils nur einen Winkelbereich von 45 , wobei dann über den Umfang jeweils vier Plattenpaaare und Stege ver teilt sind. Die maximal messbare Drehschwingungs- amplitude ist dabei. auf etwa ¯ 22 beschränkt.
Eine von den ersten beiden Beispielen etwas stärker abweichende Form des erfindungagemässen Messsystems ist in Fig. 6 und 7 gezeigt. Hierbei sind die Träger- und der Spulenkörper als Scheiben ausgebildet, die konzentrisch nebeneinander angeordnet sind. Über die Welle 38 wird dabei der die als Kreisringsagmente ausgebildeten Plattenpaare 12 tragende, erste Trägsrkoiper 11 mit der zu prüfenden Welle verbunden. Auf geeignate Weise ist dann der mit den - ebenfalls Kreisringsegmente bildenden- Stegen 22 versehene, zweite Trägerkörper 21 auf der Welle 38 gelagert. Er steht mit dem lersten Trägerkörper 11 in einer reibungsarmen, losen Verbindung.
Mit dem zweiten Trägerkörper 21 ist eine zusätzliche seismische Masse 37 verbunden, deren Grösse in breiten Grenzen variiert werden kann.
Die im Raum wiederum ruhende Spule 8, die in kreisringförmige Ausnehmungen 6 und 7 des Spulenkörpers 5 eingebettet ist, ist konzentrisch mit den beiden Trägerscheiben 11 und 21 gehalten. Der Spulenkörper 5 ist so befestigt, dass die Plattensegmente 12 der Scheibe 11 mit möglichst eringem Luftspalt, auf dem Spulenkörper 5 gleiten.
Statt der in allen Beispielen gezeigten zwei Teilwicklungen der Spule mit den zugehörigen Plattenpaaren und Stegen ist es auch möglich, die Induk tionsspule in vier Teilspulen aufzuteilen und jeder Teilspule mindestens ein Plattenpaar und einen Steg zuzuordnen. Eine derartige Anordnung kann man an dann zu einer Vollbrücke zusammenschalten. Desgleichen kann die Wechselstrombrücke durci'veine Gleichstrombrüoke ersetzt werden, bei deren Ver stimmung dann nicht die Amplitude der Drehschwin- gung, sondern deren Geschwindigkeit, also der Dif- ferentialquotient der Schwingungsmpl5tude nach der Zeit, messen wird.
Weiterhin ist es möglich, Drehschwingungsaus- schläge durch elektrische Integrationsglieder über einen bestimmten Zeitabschnitt zu integrieren und das Integral zu mesen und auszuwerten.
Mechanical-electrical transducer for rotary movements
The invention relates to a mechanical-electrical transducer for rotary movements, in particular for torsional vibration meters, in which the self-inductance of an induction coil embedded in a coil body is changed by changing the magnetic flux, an at least partially ferromagnetic body being coupled to a low-friction ferromagnetic body second body - which is mounted on the spool - is mechanically displaced.
A measuring transducer of the type described is known in which the self-inductance of an induction coil designed as a flat coil is measurably changed by changing the penetration depth of a ferromagnetic core into the interior of the coil. The feed current for the coil and the measurement signals are the, z. B. with a rotating coil to be tested or the measuring device, generally a carrier frequency alternating current bridge, fed via sliding contacts. This power supply and the signal extraction show certain deficiencies in continuous operation.
The invention serves to eliminate these deficiencies by dispensing with sliding contacts by purely inductive transmission of the measurement signal. It is characterized by the fact that, on! the stationary coil body of the induction coil has at least one ferromagnetic plate pair carrying wire, first carrier body movable relative to the coil body glides and furthermore a second carrier body is arranged on this, which was at least one distance between the plate pair bridging. n Bar made of ferromagnetic material. carries and that finally both support bodies are displaceable relative to one another.
In this way you can achieve - especially when using a single, subdivided coil, tderon halves each in a bridge branch, e.g. B. a carrier frequency measuring bridge, one measuring device with high sensitivity, good linearity and a large deflection range are arranged.
In order to keep the natural frequency of the system as low as possible, it is advantageous if the body carrying the web is designed as a seismic mass. is.
In one embodiment of the invention, the carrier bodies are designed as coaxial hollow cylinders, the coil body also! is designed as a circular cylinder, which has at least one annular groove for the winding of the coil and is surrounded coaxially by the hollow cylindrical support bodies. In this embodiment, the power supply for the induction coil is advantageously carried out in the axial direction in the center of the cylindrical coil body.
Continue In, when using the arrangement according to the invention in a torsional vibration meter at a free shaft end for shafts with very large numbers of revolutions, it can be advantageous to design the coil body as a hollow cylinder, which has at least one annular groove in its inner surface for winding the coil and in the the hollow-cylindrical support bodies are inserted coaxially. In this way occurs opposite the first Au. In the form of guidance, the shaft bearings are subject to a lower bearing load.
Another embodiment of the invention is characterized in that the coil body and the carrier body are designed as circular solenoids, with at least one circular groove for winding the coil concentrically in the coil body and with the pair of plates and the web also being concentrically arranged circular ring segments are trained
To use the measuring arrangement in an AC measuring bridge, the induction is subdivided. Coil expediently in at least two toilet windings, each partial winding being assigned at least a pair of plates and a web, and the pairs of plates or the webs of the individual partial windings are offset from one another.
Finally, several pairs of plates and webs can also be distributed on the carrier bodies in the circumferential direction g.
Further features emerge from the following description of some exemplary embodiments of the invention in conjunction with the drawing.
Figs. 1 to 4 show a first embodiment of the invention. 1 shows, in longitudinal section, the structural design of a rotary vibration meter, in which the coil body is arranged as a Krais cylinder in the center and is surrounded by the hollow cylindrical carrier bodies. FIG. 2 shows a section along 1-1 of FIG. 1 3 and 4 illustrate schematically in a perspective representation the parts of the torsional vibration meter which are essential to the invention and which are drawn in FIG. 3 in the assembled state and in FIG.
FIG. 5 shows, in the same manner of presentation as FIG. 4, a somewhat different consolidation of the coil body and the support body.
A third exemplary embodiment of the grounding is also shown schematically in FIGS. 6 and 7, FIG. 7 showing a section along II-II of FIG. 6 and FIG. 6 showing a section along III-III of FIG.
Finally, FIG. 8 shows an electrical circuit diagram on which the mode of operation of the invention is shown schematically.
The same parts are provided with the same B-symbol in all figures.
1 shows a torsional vibration meter which, by means of the flange 1, is attached to the object to be tested for torsional vibrations, e.g. B. a crankshaft, angeílanscht wirld, for which purpose bolts, not shown, are screwed through the stanchions 2 into a corresponding flange of the crankshaft.
A slender shaft 3 is located coaxially with the shaft to be tested in the center of the torsional vibration meter. On it is the: made of a ferromagnetic material, e.g. B. Ferroxcube, manufactured bobbin 5, which in the embodiment shown has two millings 6 and 7 for one partial winding of the induction coil 8 (Fig. 3 and 4), which is cemented into the millings with a hardening mass. If the shaft 3 is made of steel, a magnetically insulating body 4, for. B. made of brass, which is shown schematically in FIG.
The power supplies to the coil 8 run in the direction of the longitudinal axis through the bore 9 in the shaft 3 and the bores 10 in the shaft 3 or the coil body 5.
The coil body 5 is surrounded by a first hollow cylindrical carrier body 11, which can be made of aluminum, brass or a plastic. Two ferromagnetic plate pairs 12 are inserted into this carrier body 11 for each partial winding and are firmly connected to it by a suitable adhesive base. These plate pairs are offset against one another for the individual partial windings and each cover approximately an angular range of 90 on the circumference (Fig. 4). The plate pairs 12 also form magnetic north and south poles for each partial winding, which participate in the rotation of the shaft to be tested.
During operation, the first support body 11, which is firmly connected to the flange 1 and thus to the shaft to be tested, slides with the smallest possible air gap on the stationary bobbin 5. It rests on a disk-shaped element 13 on each of its two end faces and 14 pushed on and fixed. The two disks 13 and 14 are gela Gert via the ball bearings 15 and 16 on the shaft 3, so that the support body 11 can perform a rotational movement relative to the stationary shaft 3 and the coil body 5, together with the shaft to be tested.
The disk 13 is elongated in the manner of a cylinder in the direction of the Falnsch 1, the extension 17 being reduced in its diameter in steps and firmly connected to the flange l. A similar extension 18 of the disk 14 surrounds the shaft 3 and at its outer end has a thread onto which the sleeve-like screw nut 19 is screwed. The screw nut 19 is rotatably supported with respect to the shaft 3 by a further ball bearing 20.
The first carrier body 11 is surrounded by a second carrier body 21, likewise with the smallest possible air gap, which can be made from the same materials. This body 21 has webs 22 made of ferromagnetic material. The webs 22, two of which are distributed on the handling of the carrier body 21 for each de partial winding of the coil 5, again cover an angular range of approximately 90.
The carrier body 21 is designed in the shape of a hood and is pushed over the first carrier body 11 and the disks 13 and 14 from the side facing the flange 1. His. the other side is closed off by a holder 23 in which two pins 24 are fastened. These pins 24 protrude into recesses 25 of the housing cover 26. This forms the end of the hollow cylindrical housing 27, which forms the continuation of the flange 1, the torsional vibration meter. Two helical springs, also not shown, are held in the cover 26 on pins (not shown), the centers of which are hooked into the pins 24 of the support body 21.
By means of the screw thread mentioned, a loose, easily movable connection is made possible by the ball bearings 28 and 29, which form the storage between the extensions 17 and 18 and the body 21 or the holder 23, between the first and second support bodies 11 and 21, respectively .
A hollow cylinder 30 made of copper is also connected to the support body 21, which protrudes into an air gap between some of the pole pieces 31 and 32 of permanent magnets distributed over the circumference in the flange 1 and serves as eddy current damping in the event of a relative movement 1 connected, first support body 11 and the second support body 21 is used. To accommodate the permanent magnets, the flange 1 has radial bores into which the pole shoes 31 and 32, possibly together with a holding piece 33, are inserted.
The pole pieces are either glued in the flange 1 or in the holding pieces 33, which are themselves held by maiden screws 34.
The shaft 3 and the coil body 5 with the coils 8 thus form the part of the torsional vibration meter that is stationary in space, while the flange 1, the housing 27, the housing cover 26, the nut 19, the washers 13 and 14 with their extensions 17 and 18 and the body 11 carrying the plate pairs 12 are rigidly connected to the shaft to be tested and carry out its rotation as well as every torsional vibration of the shaft. With these rotating parts, the support body 21 with the webs 22, the holder 23 and the hollow cylinder 30 are loosely connected, so that although these parts participate in the undisturbed rotation of the shaft to be tested, they are not subject to the torsional vibrations occurring as a result of disturbances .
The mode of operation of a torsional vibration meter according to the invention will now be described. In the circuit diagram shown in Fig. 8, the partial windings of the induction coil 8 form two bridge branches of a carrier frequency measuring bridge, not shown, the lines 35 and 36 are connected to the internal half-bridge of a carrier frequency amplifier and its output to dfem to display instrument, z. B. a cathode ray oscilloscope or recorder leads.
If the shaft to be tested rotates without interference, the carrier bodies 11 and 21 rotate together with the shaft to be tested without any mutual relative movement, while the induction coil is at a standstill. The measuring bridge is adjusted. If the uniform rotation of the shaft to be tested is disturbed, a relative movement occurs between the carrier body 11 with the plate pairs 12 and the carrier body 21 with the webs 22, since this is the same. due to its inertia and the loose mounting on the first support body 11 only participates in the undisturbed movement. As a result of the disturbance, a torsional vibration occurs between the support bodies 11 and 21, which causes a displacement - in FIG.
8 indicated by a double arrow - the plate pairs 12 opposite the webs 22 and thus a change in the magnetic flux caused by the coil windings. Since the magnetic flux changes the self-inductance of the partial coils, the balanced measuring bridge is detuned and the disturbance is visible on the oscilloscope as a decaying oscillation, which can also be dampened by the eddy current brake described above.
Since the induction coil 8 no longer rotates with the shaft to be tested, and the measured value transfer to the coil is purely inductive, with the signal being passed on to the display device via the feed lines, the measuring arrangement is designed entirely without sliding contacts.
The susceptibility of the torsional vibration meter to failure is considerably reduced.
By offsetting the pairs of plates 12 or the webs 22 for the individual partial waves and the resulting counteracting of the self-inductance in two adjacent bridge branches, an increased sensitivity of the arrangement is achieved. Because the plate pairs 12 and the webs 22 each fill approximately an angular range of 90, relatively large rotational oscillation excursions of approximately 45 can still be measured without the linear proportionality between oscillation output and self-induction changes being lost.
The natural frequency of the measuring system is essentially determined by the mass of the oscillating system consisting of the support body 21 with the webs 22, the holder 23 with the pins 24, the copper cylinder 30 and the retaining spring. certainly.
It can therefore be changed within certain limits, e.g. B. by changing the thickness of the body 21 and the associated parts, by using other materials or attaching additional masses to disesm system, further by changing the spring constant.
If the rotary vibration meter is to be connected to the free end of shafts with high revs, the construction of the measuring system according to FIG. 5 may be more favorable, since it reduces the additional load on the shaft bearings caused by the measuring device.
In the example according to FIG. 5, the coil body 5 is designed as a hollow cylinder, which has recesses 6 and 7 for the coil windings 8. A second hollow cylinder 11, which carries the plate pairs 12, is pushed into this hollow cylinder 5 as the first carrier body, while the webs 22 are arranged on the innermost hollow cylinder 21. This can also contain a core 37 made of suitable, magnetically insulating material to increase its inertial mass.
In the example shown in Fig. 5 cover, in contrast to the embodiment of FIGS. 1 to 4, the plate pairs 12 and the webs 22 each only an angular range of 45, then four pairs of plates and webs are divided ver over the circumference. The maximum measurable torsional vibration amplitude is included. limited to about ¯ 22.
A form of the measuring system according to the invention that differs somewhat more from the first two examples is shown in FIGS. 6 and 7. Here, the carrier and the coil body are designed as disks which are arranged concentrically next to one another. Via the shaft 38, the first carrier rod 11 carrying the plate pairs 12 designed as circular ring fragments is connected to the shaft to be tested. The second carrier body 21, which is provided with the webs 22 which also form circular ring segments, is then mounted on the shaft 38 in a suitable manner. It is in a low-friction, loose connection with the first carrier body 11.
An additional seismic mass 37, the size of which can be varied within wide limits, is connected to the second carrier body 21.
The coil 8, which is in turn resting in space and is embedded in circular recesses 6 and 7 of the coil body 5, is held concentrically with the two carrier disks 11 and 21. The bobbin 5 is fastened in such a way that the plate segments 12 of the disk 11 slide on the bobbin 5 with the smallest possible air gap.
Instead of the two partial windings of the coil with the associated plate pairs and webs shown in all examples, it is also possible to divide the induction coil into four partial coils and to assign at least one plate pair and one web to each partial coil. Such an arrangement can then be interconnected to form a full bridge. In the same way, the AC bridge can be replaced by a DC bridge which, if it is detuned, does not measure the amplitude of the rotary oscillation, but rather its speed, i.e. the differential quotient of the oscillation amplitude over time.
Furthermore, it is possible to integrate torsional oscillation deflections by means of electrical integration elements over a certain period of time and to measure and evaluate the integral.