DE2813890A1

DE2813890A1 - Pendelsystem mit veraenderlicher traegheit zur messung mechanischer eigenschaften eines pruefkoerpers

Info

Publication number: DE2813890A1
Application number: DE19782813890
Authority: DE
Inventors: Daniel Dabadie; Joseph Merlet; Jean-Louis Seghesio
Original assignee: PERFECTIONNEMENT DE MATERIELS; Centre National dEtudes Spatiales CNES
Current assignee: PERFECTIONNEMENT DE MATERIELS; Centre National dEtudes Spatiales CNES
Priority date: 1977-03-31
Filing date: 1978-03-31
Publication date: 1978-10-12
Also published as: FR2386029A1; FR2386029B1

Description

Dipl. !ng. V^iLFRiD RAECK

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 - TELEFON (0711) 244003

• 5-

- C 107 -

CENTRE NATIONAL D¹ETUDES SPATIALES,

129, rue de 1'Universitg, 75007 Paris / Frankreich

SOCIETE POUR LE PERFECTIONNEMENT DE MATERIELS ET EQUIPEMENTS AEROSPATIAUX, Zone ASronautique Louis Breguet, B,P. 48, 78140 Velizy-Villacoublay / Frankreich

Pendelsystea mit veränderlicher Trägheit zur Messung mechanischer Eigenschaften eines Prüfkörpers

Di« Erfindung bezieht sich auf ein Pendelsystem mit veränderlicher Trägheit, um die Höhenlage des Schwerpunkts eines beliebigen Prüfkörpers zu messen, insbesondere von länglichen Prüfkörpern, wie auch zur Messung bzw· Ermittlung seiner Trägheitsmomente bezüglich seiner zu einer vorgegebenen Richtung senkrecht verlaufenden Achsen·

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. S-

Die prinzipeile Durchführung derartiger Messungen ist bekannt» jedoch ist es mit den dazu bekannten Einrichtungen nicht möglich, gleichzeitig die Höhenlage des Schwerpunktes und die gesuchten Trägheitsmomente zu bestimmen. Darüber hinaus führt die Verwendung von Pendeln mit mehreren Linien als Auflager für die Pendelschneide, um den Prüfkörper um unterschiedliche Achsen schwingen zu lassen, zu dem Nachteil, daß man die aus Prüfkörper und Pendel bestehende Einheit zwangsläufig so vorsehen muß, daß sie von der einen auf die andere Schwingachse überführt werden kann. Weiterhin ist bei bestimmten Pendelarten eine waagerechte Anordnung des Prüferkörpers notwendig, was sich häufig als unpraktisch und zuweilen auch unmöglich erweist, zumal venn bestimmte nachgiebige Strukturen als Prüferkörper nur eine vertikale Position einnehmen können.

Ziel der Erfindung ist daher ein Pendelsystem, das die vorbeschriebenen Nachteile beseitigt. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck vorgeschlagen, daß das Pendelsystem eine veränderliche Trägheit besitzt und zusätzlich zu einer als Schwingachse dienenden Schneide eine verstellbare Hilfsmasse aufweist.

Aufgrund dieses Vorschlages entsteht ein äußerst leicht bedienbares Pendelsystem, bei dem durch einfache Verstellung der Hilfsmasse und Messung der Schwingungsperiode des Pendels vor und nach Verstellung der Masse das Trägheitsmoment der aus Pendel und Prüfkörper bestehenden Einheit bezüglich der Schneidenachse sowie der Abstand des Schwerpunktes dieser Einheit bezüglich der Schwingachse errechnet werden kann.

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Wird mit I das Trägheitsmoment der Einheit bezüglich der Schwingachse bezeichnet, mi t Mg das Gewicht dieser beweglichen Einheit und mit"a" der Abstand des Schwerpunktes der Einheit von der Schwingachse, so ist klar, daß man in Kenntnis der Periodenwerte: .

^Tl

für eine erste Stellung der Hilfsmasse und

Mga

für eine zweite Stellung der Hilfsmasse das Trägheitsmoment I sowie den Schwerpunktsabstand "a" errechnen kann, da die Trägheitsänderung aufgrund der Verschiebung Δ ζ der Masse m (ursprünglich in der Entfernung ζ von der Schwingachse) sich zu

^I - m (2z + A ζ) · Δ^ζ

errechnet und man gleichzeitig ζ und ^z kennt.

In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Pendelsystems wird vorgeschlagen, daß zur vereinfachten Messung der Verschiebung der Hilfsmasse ein Halter oder Träger vorgesehen ist, der als Führung und als Befestigungseinrichtung für die Hilfsmasse dient. Auf diese Weise kann man die Hilfsmasse schnell von einer in die andere Position verschieben und gleichzeitig die Ablesung der Verschiebewerte erleichtern und die Genauigkeit der Messungen verbessern.

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Zur Vereinfachung der Messungen der Trägheitsmomente des Prüfkörpers bezüglich der horizontalen Achsen verschiedener Ausrichtungen kann das Pendel mit einer Platte oder Scheibe versehen werden, die um eine vertikale Achse schwenkbar ist. Indem man somit den Prüfkörper auf seiner Platte oder Scheibe befestigt» wird die Ausrichtung des Prüfkörpers in beliebigen erwünschten Richtungen und insbesondere in zwei zueinander senkrechten verlaufenden Richtungen vereinfacht«

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung wird die Änderung der Ausrichtung des Prüfkörpers durch Einführung eines Motors vereinfacht! vorzugsweise eines Schrittmotors, der zwischen dem Pendel und dem Träger des Prüfkörpers angeordnet ist. Man braucht dann lediglich den Motor zu betätigen, wenn sich das Pendel im Ruhezustand befindet, um den Prüfkörper in die erwünschte Position zu bringen, ohne ihn dazu von seiner Auflage abnehmen zu müssen.

Das Pendelsystem kann aufgrund der Form und Anordnung seiner Bestandteile mit einer großen Steifigkeit ausgeführt sein, so daß dadurch jegliche Störbewegungen ausgeschaltet werden, die sonst eine Verschlechterung der Genauigkeit der Messungen nach sich ziehen würden. Aufgrund der erfindungsgemäß ermöglichten reduzierten Abmessungen des Pendelsystems können auch Fehler aufgrund des Luftwiderstandes sehr kleingehalten werden. Weiterhin trägt zur Genauigkeit der Messungen die Verwendung einer einzigen Laderschneide bei oder einer einzigen Auflagelinie der Schneide.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht des erfindungsgemäßen Pendelsystems mit einem darauf angebrachten teilweise abgebrochen gezeigten Prüfkörper,

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Fig. 2 einen abgebrochenen Axialschnitt eines Teils einer Hilfsplatte und

Fig. 3 einen Axialschnitt einer abgeänderten Ausführungsform des Pendelsystems.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 umfaßt das Pendelsystem eine Auflageplatte 1, die vorzugsweise auf Kugellagern 2 ab-gestützt ist, welche ihrerseits auf einem den Oberteil des Pendels 4 bildenden zylindrischen Abschnitt 3 angeordnet sind. Der Zylinderabschnitt 3 kann unmittelbar zur Zentrierung der Prüfkörper dienen, beispielsweise des geprüften Körpers 5. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Auflageplatte außerdem einen äußeren Zylinderabschnitt 6, der zur Zentrierung der Prüfkörper 5 oder eines beliebigen Zwischenstückes zwischen der Auflageplatte 1 und den Prüfkörpern dient. Die Auflageplatte 1 kann insbesondere auch eine in Fig. 2 gezeigte Form besitzen und mit beliebigen geeigneten Einrichtungen zur Befestigung der Prüfkörper 5 oder einer Hülle oder eines Gehäuses der Prüfkörper versehen sein. Beispielsweise enthält die Auflageplatte 16 Nuten 17 und geschliffene oder mit Gewinde versehene Befestigungsöffnungen 18, die um die Nuten 17 herum verteilt angeordnet sind.

Im Beispiel nach Fig. 1 treibt ein auf dem Zylinderabschnitt angeordneter Motor 19 den Prüfkörper 5 über seine Verbindung mit dem innenliegenden Abschnitt 20 der Auflageplatte 1 zu einer Drehbewegung an. Der Motor ist vorzugsweise als Schrittmotor ausgeführt, so daß man den Prüfkörper auf einfache Weise in genau auf vorbestimmte Richtungen einstellen kann, nachdem zuvor die Lage des Prüfkörpers 5 bezüglich der Auflageplatte 1 ausgerichtet worden ist. Somit lassen sich beliebige Richtungsänderungen des Prüfkörpers leicht durchführen, sobald da· Pendel in Ruhe ist und ohne da· manuelle Handhabungen erforderlich sind.

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Das unterhalb des Zylinderabschnittes 3 befestigte Messer des Pendels liegt mit seiner Schneide auf einer Auflagerfläche 7 eines Bauteils 9 auf, der waagerecht auf feststehenden Stützteilen 10 aufliegt. Beiderseits dieses Hauptträger 9 sind Ttagschenkel 11 vorgesehen, an denen eine Masse 12 befestigt ist, welche die Aufgabe hat, das Pendel auszugleichen, wenn es mit einem Prüfkörper 5 belastet wird· Ein zylindrischer Pendelstab 13 dient als Gleitführung für eine Hilfsmasse 14, die man durch geeignete Hilfsmittel leicht auf dem Pendelstab verschieben und befestigen kann· Aufgrund der soweit beschriebenen Gesamtanordnung erstreckt sich die Auflageplatte 1 in waagerechter Ebene, wenn die Mittelachse 15 des Pendels im Gleichgewichtszustand vertikal verläuft.

Nachdem der Prüfkörper 5 so zentriert worden ist, daß sich das Pendelsystem 4 in ausgeglichenem Zustand befindet, läßt man das Pendelsystem schwingen und mißt die Schwingungsperiode für zwei vorbestimmte Lagen der Hilfsmasse 14, so daß man daraus leicht das Trägheitsmoment der aus Pendel und Prüfkörper bestehenden Einheit bezüglich der Schwingachse sowie die Höhenlage des Schwerpunktes ermitteln kann« Da die entsprechenden Werte für das Pendelsystem allein bekannt sind, kann man unmittelbar daraus die entsprechenden Werte für den Prüfkörper ableiten. Weiterhin braucht man nur die Auflageplatte 1 zu verdrehen, um auf die gleiche Art das Trägheitsmoment des Prüfk-örpers bezüglich seiner neuen Schwingachse bestimmen zu können, die durch/tiie Schneide des Messers 8 bestimmt ist.

Es versteht sich, daß das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel de· Pendelsystems auch durch gleichwertige Systeme ersetzt werden kann, von denen eine Ausführungsform in Fig. 3 gezeigt ist. Bei dieser Ausführungsform sind die auf die Schwing-

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achse gerichteten Messer 22 auf einem starren Sockel 24 befestigt und die Auflageplatte 21 für Prüfkörper ist normalerweise mit Ulfe von Schubkolbenmotoren 23 von den Messern 22 abgehoben· Auf diese Weise werden Beschädigungen und Ermüdungserscheinungen der Messerschneiden vermieden. An der Auflageplatte 21 ist eine Gewindestange 25 befestigt, die in der gleichen Achse wie die Auflageplatte 21 verläuft und als Träger für eine verschiebbare Masse 26 dient. Diese Masse 26 ist mit Innengewinde 30 versehen, das mit dem Gewinde 31 in Eingriff steht. Die Masse 26 wird somit zur Einstellung einer vorbestimmten Höhe aufwärts oder abwärts geschraubt. Die Größe der Masse 26 läßt sich leicht durch Zufügung oder Wegnahme von vorbestimmten, vorzugsweise einander gleichen Massenwerten verändern.

Zur Befestigung des Prüfkörpers auf der Auflageplatte 21 können beliebige nicht gezeigte Einrichtungen vorgesehen sein. Die Gewindestange 25 besitzt einen Hohlraum 32, um dadurch ihre Steifigkeit zu erhöhen und um gleichzeitig gegebenenfalls Verlängerungen oder Ansätze des Prüfkörpers oder einen Befestigungsträger für den Prüfkörper aufzunehmen, der gegebenenfalls auch durch einen in dem Hohlraum der Gewindestange 25 untergebrachten Motor angetrieben wird. Abdeckglocken 27 und 28, die auf der Oberseite bzw. auf der Unterseite der Auflageplatte 21 befestigt sind, ermöglichen einen Betrieb unter vorbestimmten gleichbleibenden Bedingungen bzw. ohne Einfluß des Luftwiderstandes.

Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen gegenüber den vorbeschriebenen und gezeigten Ausführungsbeispielen möglich, z.B. eine Abstufung der Auflageplatten 1 oder 21, eine Verriegelungseinrichtung für bestimmte Positionen der Auflageplatte und der Hilfsmas se, eine Abstufung der Pendelstange 13 oder des Pendelstabes 25 oder auch Einrichtungen zum Ablesen oder zur

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Ermittlung der Stellungen der Auflageplatten 1 und 21 und der Hilfsmassen 14 oder 26.

Die Auflage für den Prüfkörper kann mit jeder beliebigen Einrichtung zur Zentrierung oder zur Befestigung auf dem Pendel versehen sein. Inisbesondere kann der Prüferkörper selbst als Stabilisierungsmasse für das Pendel dienen, und die mit Hilfe von Befestigungsmitteln 33 an den Füßen der Schenkel 11 gehaltenen Masse 12 kann durch den Prüfkörper ersetzt werden. Die aus der Hilfsmasse 14 und ihrem Träger 13 bestehende Einheit kann auch oberhalb des zylindrischen Abschnittes 3 am Pendel befestigt werden, wobei dieser Zylinderabschnitt dann natürlich weder den Motor 19 noch die Auflageplatte 1 noch die Kugellager 2 besitzt. Anstelle der Masse 12 kann auch ein drehendes Zubehörgerät vorgesehen werden, das eine Platte antreibt, an der der Prüfkörper befestigt ist. Sdiießlich kann auch die in Fig. 3 gezeigte Anordnung umgekehrt werden, so daß der Prüfkörper auf der Unterseite der Platte und die Führungsstange für die Hilfsmasse oberhalb der Iagerlinie der Messer angeordnet sind. Wie in den Zeichnungen dargestellt, können die Messer entweder fest oder beweglich angeordnet sein, je nach dem Antrieb des Pendele und seinem feststehenden Abschnitt. Zum Antrieb der Auflageplatte kann jeder beliebige Servomechanismus und allgemein jede Antriebseinrichtung dienen, welche die jeweilige Lage der Auflageplatte oder des Prüfkörpers mit großer Genauigkeit gewährfeistet.

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Leerseite

Claims

Dipl. !ng. Wilfrid RAECK

7 STUTTGART 1, MOSERSTRASSE 8 - TELEFON (0711) 244003

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Patentansprüche

Pendelsystem zur Messung mechanischer Eigenschaften eines Prüfkörpers» wobei das Pendelsystem mit einem Träger zur Befestigung des Prüfkörpers versehen ist, der eine Drehbewegung des Prüfkörpers ermöglicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1; 21) des Prüfkörpers auf mindestens einer Auflageschneide (8; 22) ruht und eine einzige Hilfsmas·· (14) sowie eine Einrichtung (13) aufweist, die eine Verschiebung der Hilfsmasse senkrecht zu «iner Stabilisierungemasse (12) des Trägers (1; 21) ermöglicht, wobei die Linie oder Richtung der Verschiebung die Richtung der Auflageschneide des Messers (8) schneidet.
2. Pendelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stabilisierungsmasse (12) unterhalb der Höhe der Auflageschneide (7, 8) oder der Linie der Auflageschneiden (22) angeordnet ist.
3. Pendelsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfkörper (5) unterhalb der Auflageschneide oder der Verbindungslinie der Schneiden (22) am Pendel befestigt ist.
4. Pendelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichct, daß der Träger (1) für den Prüfkörper (5) um eine Achse (15) drehbar ist, die durch den Schwerpunkt der Hilfsmasse (14) verläuft.

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ORIGINAL INSPECTED

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5. Pendelsystem nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsmasse (12) einen Träger (15) zur Führung der verschiebbaren Hilfsmasse (14) aufweist.
6. Pendelsystem nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) für den Prüfkörper (5) aus einer Auflageplatte besteht, die oberhalb der Stabilisierungsmasse (12) angeordnet ist.
7. Pendelsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageplatte (1) über beiderseits der Lagerschneide (8) angeordnete Tragschenkel (11) der Stabilisierungsm see (12) in Verbindung stehtt
8· Pendelsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageplatte (1) um eine Achse (15) des Pendels drehbar ist, die senkrecht zur Lagerschneide (7, 8) verläuft.
9. Pendelsystem nach einem der Ansprüche 4 bis 8, mit einem Präzisierungsantrieb für den Träger des Prüfkörpers, wobei der Träger auf Rollen läuft, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollenlagerung (19) oberhalb der Auflageschneide angeordnet ist, auf der der Prüfkörper-Träger (1) ruht.
10. Pendelsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Pendel fest verbundene Antriebsmotor (9) die Auflageplatte (1) mit Hilfe von Einrichtungen antreibt, die in einer zentralen Lageranordnung der Auflageplatte angeordnet sind.

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11. Pendelsystem nach einem der Ansprüche 4Ms 10, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Abschnitt des Trägers (16) für den Prüfkörper (5) einen zylindrischen Abschnitt sowie mehrere Nuten (17) zur zentrierten Befestigung des Prüfkörpers aufweist»
12. Pendelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Lagerschneide ruhende Fläche des Pendels durch den unteren Abschnitt eines Elementes des Pendels gebildet ist, das die Auflageplatte unterstützt·
13. Pendelsyatem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Achsen der Auflageplatte und der Einrichtung zur Führung und Befestigung der Hilfsmasse zusammenfallen, durch die Linie der Schneidenauflage hindurchverlaufen und in Vertikalrichtung verlaufen, wenn das Pendel ausgeglichen ist.
14. Pendelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Pendel von den Auflageschneiden (22) mit Hilfe von Hubzylindern abhebbar ist, die auf dem Trägersockel der Auflageschneiden angeordnet sind.
15. Pendelsystem nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Führung und Befestigung der Hilfsmasse (26) aus einer Gewindestange (25) besteht, die als Stabilisierungsmasse sowie als Befestigungs einrichtung für die Hilfsmasse dient.
16. Pendelsystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewindestange (25) hohl und unterhalb der Trägerplatte befestigt ist und mit einer mittleren öffnung der Trägerplatte eine Aufnahme für einen Antrieb oder eine Befestigungseinrichtung für den Prüfkörper bildet.

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17. Pendelsystein nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerplatte auf einer durch Auflageschneiden (22) gebildeten Linie aufliegt und abgestützt ist und auf ihrer Oberseite und auf ihrer Unterseite Aufnahmen zur Befestigung einer Schutzglocke (27) für den Prüfkörper sowie einer Schutzglocke (28) für das Pendel aufweist.
18. Pendelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingachse durch eine von den Auflageschneiden (22) dargestellten Linie gebildet ist.
19. Pendelsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, bei

dem die Hilfsmasse oberhalb der Schwingachse angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Achse der Hilfsmasse mit der Drehachse des Prüfkörperträgers zusammenfällt.

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