DE2945819A1

DE2945819A1 - Verfahren und vorrichtung zur ermittlung des axialen massentraegheitsmomentes eines pruefkoerpers

Info

Publication number: DE2945819A1
Application number: DE19792945819
Authority: DE
Inventors: Ing.(grad.) Günther 6100 Darmstadt Himmler
Original assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Current assignee: Gebr Hofmann GmbH and Co KG Maschinenfabrik
Priority date: 1979-11-13
Filing date: 1979-11-13
Publication date: 1981-05-21
Also published as: DE2945819C2

Description

Uerfahren und Uorrichtung zur Ermittlung des axialen Massent rägheitsmanentes
eines Prüfkörpers Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des axialen Massenträgheitsmomentes eines PrUfkorpera, bei dem der Prüfkorper um eine Achse mit einer Drehbeschleunigung beaufschlagt und dadurch um diese Achse zum periodischen Schwingen mit konstanter Frequenz und konstanter Amplitude gebracht wird sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens mit einem gelenkig gelagerten Waageteller zur Aufnahne des Prüfkörpers und mit einem Regelkreis zur Konstanthaltung der Amplitude und der Frequenz der Schwingungen des Prüfkörpers, der eine Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von einem aus der Schwingungsamplitude des Prüfkörpers abgeleiteten Ausgangssignals eines die Schwingungen des Prüfkörpers abtastenden Aufnehmers eine die Schwingungen des Prüfkörpers erzeugende Antriebseinrichtung zur Erzielung einer konstanten Schwingungsamplitude regelt.
Bei einer derartigen aus der DE-AS 17 98 041 bekannten Vorrichtung geht man von der Überlegung aus, daß sich das axiale Massenträgheitsmoment eines Prüfkörpers, der auf einem Schwingtisch Drehschwingungen ausführt, aus der Eigenfrequenz des Schwingungssvstems unter der Voraussetzung des Bekarntseins der Federkennzahl des Schwingungssystems und des Massenträgheitsmomentes des Schwingtisches sich bestimmen läßt. Dabei sollen Einflüsse aus Luftreibung, mechanischer Reibung und dergl., die zu einer Dämpfung der Schwingungen führen, dadurch beseitigt werden, daß die Schwingungsamplitude des Prüfkörpers konstant gehalten wird, um eine Anderung der Eigenfrequenz, aus der das Massenträgheitsmoment des Prüfkörpers ermittelt werden soll, zu verhindern. Bei Prüfkörpern, die gegenüber dem Schwingtisch eine geringe Masse aufweisen, sind die Anteile des Prüfkörpers an der Eigenfrequenz gering, was rwangelaufig zu Ungenauigkeiten bei der Bestimmung des Massentragheltsmomentes führt.
Aufgabe der Erfindung ist es im Gegensatz dazu, ein Verfahren und eine Uorrichtung zur Ermittlung des axialen Massenträgheitsmomentes eines Prüfktirpers zu schaffen, bei der unabhängig von der Eigenfrequenz des aus Prüfkörper und Schwingtisch bestehenden Schwingungssystems das axiale Massenträgheitsmoment abgeleitet werden kann.
Diese Aufgabe wird beim eingangs genannten Verfahren dadurch gelöst, daß bei konstanter Drehbeschleunigung die aufgewendete Kraft gemessen wird und bei der eingangs genannten Vorrichtung dadurch1 daß zur Durchführung dieses Verfahrens an die eine konstante Drehbeschleunigung an den Prüfkörper abgebende Antriebseinrichtung ein kraftmessendes Instrument angeschlossen ist.
Während bei der aus der DE-AS 17 98 041 bekannten Vorrichtung zur Gewinnung des Istwertes der Schwingungsamplitude der Aufnehmer, welcher die Schwingungen des Prüfkörpers abtastet, ein winkelgeschwindigkeitsproportionales Ausgangeaignal liefert, das in einer Integrationseinrichtung und einer gesteuerten Gleichrichtereinrichtung erst in das drehwinkelproportionale Signal umgewandelt wird, kann bei der Erfindung als Aufnehmer ein Wegmeßwertaufnehmer, der direkt an die Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung angeschlossen ist, verwendet werden. Darüber hinaus muß bei der bekannten Vorrichtung eine Auswertung des der Eigenfrequenz entsprechenden Signals durchgeführt werden, um das Massentragheitsmoment des Prüfkörpers zu vermitteln. Im Gegensatz dazu gewinnt min unabhängig von der Eigenfrequenz aus der Kraftmessung, welche bei konstanter Drehbeschleunigung des Prüfkörpers durchgeführt wird, eine direkte Angabe für das Msssentrfigheitsmoment, di dieses dann direkt proportional der Kraft ist, die die Antriebseinrichtung aufwenden muß. Bei der Erfindung läßt sich das axiale Massenträgheitsmoment unmittelbar aus der auf den Prüfkbrper einwirkenden Drehbeschleunigung ableiten.
Wenn die Erzeugung der Drehbeschleunigung in der Antriebseinrichtung mit Hilfe eines Elektromagneten erfolgt, läBt sich die Kraftmessung durch Messen des Stroms bei der Speisung des Elektromagneten einfach durchführen, da die Kraft dem Strom, der durch die Spule des Elektromagneten fließt, proportional ist.
Es ist auch möglich, den Prüfkörper mit Hilfe einer kardanischen Lagerung zu lagern, wobei wahlweise der Kardan in 90°- Komponenten arretiert werden kann. Es lassen sich dann die MassentrEgheitsmomente bezüglich zweier senkrecht aufeinander stehender Achsen ermitteln, wobei durch vektorielle Addition hieraus eine der Trägheitshauptachsen ermittelt werden kann.
In den beiliegenden Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Anhand dieser Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigen: Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel.
In der Fig. 1 ist ein Waageteller 1 in einer Achse 2 drehbar gelagert. Es kann auch eine in der Fig. 2 dargestellte kardanische Lagerung 9 zum Einsatz kommen, um den Waageteller 1 gleichmäsig innerhalb eines Winkelbereiches von 3600 schwenkbar auszuführen. Die kardanische Lagerung 9 kann hierbei wahlweise in 90°- Komponenten durch Arretierungen 10, 11, 12 arretiert werden. Hierdurch ist es möglich, die Massenträgheitsmomente eines Prüfkörpers, der vorzugsweise mittig auf dem Waageteller 1 angeordnet ist, bezüglich zweier senkrecht zueinander liegender Achsen zu ermitteln. Hieraus kann dann durch vektorielle Addition auch eine der Trägheitshauptachsen ermittelt werden. Zur Ermittlung der Auslenkung X des Waagetellers 1 dient ein vorzugsweise berührungslos arbeitender Wegmeßwertaufnehmer 4, dessen Ausgangssignale an eine Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung 5 direkt weitergeleitet werden.
Ein voreinstellbarer Speicher 6 dient zum Eingeben der vorgegebenen Auslenkungen X. Die Ausgangssignale der Vergleichseinrichtung 5 steuern einen Leistungsteil 13, der über ein Strommeß- und Anzeigeinstrument 8 eine Antriebseinrichtung 7 ansteuert, die zur Erzielung der Drehbeschleunigung einen Elektromagneten aufweist. Hierdurch läßt sich eine konstante Drehbeschleunigung, mit der die Antriebseinrichtung 7 auf den Waageteller 1 und den Prüfkörper 3 wirkt, erzielen. Um die Antriebsleistung möglichst gering zu halten, wählt man eine konstante Erregerfrequenz der Antriebseinheit 7, die vorzugsweise zwischen 5 und 10 Hz gewählt wird. Es muß sich hier nicht um die Eigenfrequenz des schwingenden Systems handeln.
Sobald eine konstante Drehbeschleunigung sich eingestellt hst, wird der vom Elektromagneten der Antriebseinrichtung 7 aufgenommene Strom durch das Instrument 8 gemessen und angezeigt. Das StrommeB- und Anzeigeinstrument 8 lI3t sich so eichen, daß die Anzeige direkt die Größe des Massenträgheitsmomentes des PrUfkörpers 3 darstellt. Durch Nulljustage ist vorher das Maseenträgheitsmoment des Waagetellers 1 kompensiert worden.
Bei dem in der Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei dem in der Fig. 1 dargestellten Regelkreis entsprechende Regelkreise vorgesehen.
Dabei wirkt der eine Regelkreis mit dem oberen Waageteller 1 der Kardanlagerung 9 zusammen, während der andere Regelkreis am unteren Waagebalken 14 der Kardanlagerung angreift. Der untere Waagebalken 14 ist um eine Achse 15 verschwenkbar, die 90° versetzt ist zu einer Achse 16, um welche der oben angeordnete Waageteller 1 verschwenkbar ist. Während sowohl für den Waageteller 1 als auch den Waagebalken 14 jeweils ein Wegmeßwertsufnehmer vorzusehen ist, genügt es, wenn diese beiden Wegmeßwertaufnehmer an eine Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung angeschlossen sind, die einen Leistungsteil für die Stromversorgung der Antriebseinrichtungen für den Waagebalken 14 und des Waagetellers 1 ansteuert.
Insofern kann bei der Erfindung eine herkömmliche Auswuchtwaage mit horizontal angeordnetem Waageteller bzw. Waagebalken verwendet werden.
Leerseite

Claims

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des axialen Massenträgheitsmomentes eines Prüfkörpers Patentansprüche: 1. Verfahren zur Ermittlung des axialen Massenträgheitsmomentes eines Prüfkörpers, bei dem der Prüfkörper um eine Achse mit einer Drehbeschleunigung beaufschlagt und dadurch um diese Achse zum periodischen Schwingen mit konstanter Frequenz und konstanter Amplitude gebracht wird, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die bei konstanter Drehbeschleunigung aufgewendete Kraft gemessen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daB die Drehbeschleunigung mit einer konstanten Frequenz von 5 bis 10 Hz auf den Prüfkörper zur Wirkung gebracht wird.
3. Vorrichtung zur Ermittlung des axialen Massenträgheitsmomentes eines Prüfkörpers mit einem gelenkig gelagerten Waageteller zur Aufnahme des Prüfkörpers und mit einem Regelkreis zur Konstanthaltung der Amplitude und der Frequenz der Schwingungen des Prüfkörpers, der eine Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von einem aus der Schwingamplitude des Prüfkörpers abgeleiteten Ausgangssignal eines die Schwingungen des Prüfkörpers abtastenden Aufnehmers eine die Schwingungen des Prüfkörpers erzeugende Antriebseinrichtung zur Erzielung einer konstanten Schwingungsamplitude regelt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß zur Durchführung eines Verfahrens nach Anspruch 1 an die eine konstante Drehbeschleunigung abgebende Antriebseinrichtung (7) ein kraftmessendes Instrument (8) angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, d a du r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß der Aufnehmer (4) als Wegmeßwertaufnehmer ausgebildet und direkt an die Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung (5) angeschlossen ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Antriebseinrichtung (7) in bekannter Weise als Elektromagnet und die Kraftmeßeinrichtung (8) als Stroomeßeinrichtung für den zur Speisung des Elektromagneten dienenden Strom ausgebildet sind.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Waageteller (1) in an sich bekannter Weise kardanisch aufgehängt ist und wahlweise die kardanische Aufhgeinrichtung (2) in ggbKomponenten arretierbar ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -net, daß der Wegmeßwertaufnehmer (4) berührungslos arbeitet.