DE2945819C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer derartigen, aus der DE-AS 17 98 041 bekannten Vor­ richtung geht man von der Überlegung aus, daß sich das axiale Massenträgheitsmoment eines Prüfkörpers, der auf einem Schwingtisch Drehschwingungen ausführt, aus der Eigenfrequenz des Schwingungssystems unter der Voraussetzung des Bekannt­ seins der Federkennzahl des Schwingungssystems und des Massenträgheitsmomentes des Schwingtisches bestimmen läßt. Dabei sollen Einflüsse aus Luftreibung, mechanischer Reibung u. dgl., die zu einer Dämpfung der Schwingungen führen, dadurch beseitigt werden, daß die Schwingungs­ amplitude des Prüfkörpers konstant gehalten wird, um eine Änderung der Eigenfrequenz, aus der das Massenträgheits­ moment des Prüfkörpers ermittelt werden soll, zu verhindern.

Bei der bekannten Vorrichtung liefert der Aufnehmer, welcher die Schwingungen des Prüfkörpers abtastet, ein winkel­ geschwindigkeitsproportionales Ausgangssignal, das in einer Integrationseinrichtung und einer gesteuerten Gleichrichter­ einrichtung in das drehwinkelproportionale Signal umgewandelt wird. Bei der bekannten Vorrichtung muß jedoch eine Auswer­ tung des der Eigenfrequenz entsprechenden Signals durchge­ führt werden, um das Massenträgheitsmoment des Prüfkörpers zu ermitteln.

Aufgabe der Erfindung ist es im Gegensatz dazu, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der unab­ hängig von der Ermittlung der Eigenfrequenz des aus Prüfkör­ per und Schwingtisch bestehenden Schwingungssystems das axiale Massenträgheitsmoment direkt abgeleitet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnen­ den Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der Erfindung erfolgt die Drehbeschleunigung in der Antriebseinrichtung mit Hilfe eines Elektromagneten. Die Kraftmessung läßt sich durch Messen des Stroms bei der Spei­ sung des Elektromagneten einfach durchführen, da die aufzu­ wendende Kraft dem Strom, der durch die Spule des Elektro­ magneten fließt, proportional ist. Bei konstanter Dreh­ beschleunigung des Prüfkörpers gewinnt man eine direkte Anga­ be für das Massenträgheitsmoment, da dieses dann direkt pro­ portional der Kraft ist, die die Antriebseinrichtung aufwen­ den muß. Bei der Erfindung läßt sich das axiale Massenträg­ heitsmoment unmittelbar aus der auf den Prüfkörper einwir­ kenden Drehbeschleunigung ableiten.

Aus der dynamischen Grundgleichung für Drehbewegungen ist es zwar bekannt (z. B. Dobrinski, Paul, Physik für Ingenieure, Stuttgart, 1976, Teubner Verlag, S. 72, 73), daß das Dreh­ moment das Produkt aus Massenträgheitsmoment und Winkel­ beschleunigung ist. Diese dynamische Grundgleichung wird jedoch immer im Zusammenhang mit einem Versuchsaufbau de­ monstriert, bei welchem die Drehbewegung in einer Richtung um einen bestimmten Winkel erfolgt.

Abweichend hiervon wird bei der Erfindung die Messung in einem schwingenden System durchgeführt. In einem solchen Meßsystem hat man, wie die DE-AS 17 98 041 zeigt, das Träg­ heitsmoment aus der Eigenfrequenz des schwingenden Prüfkör­ pers abgeleitet, was eine Auswertung des Eigenfrequenz­ signals erforderlich macht.

Es ist auch möglich, den Prüfkörper mit Hilfe einer karda­ nischen Lagerung zu lagern, wobei wahlweise der Kardan in 90°-Komponenten arretierbar ist. Es lassen sich dann die Massenträgheitsmomente bezüglich zweier senkrecht aufeinander stehender Achsen ermitteln, wobei durch vektorielle Addi­ tion hieraus eine der Trägheitshauptachsen ermittelt werden kann.

In den Figuren sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dar­ gestellt. Anhand dieser Figuren soll die Erfindung noch näher erläutert werden. Es zeigt

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 Ein­ satz kommen, um den Waageteller 1 gleichmäßig innerhalb eines Winkelbe­ reiches von 360° schwenkbar auszuführen. Die kardanische Lagerung 9 kann hierbei wahlweise in 90°-Komponenten durch Arretierungen 10, 11, 12 arre­ tiert werden. Hierdurch ist es möglich, die Massenträgheitsmomente eines Prüfkörpers, der mittig auf dem Waageteller 1 angeordnet ist, bezüglich zweier senkrecht zueinander liegender Achsen zu ermitteln. Hier­ aus 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 weiter­ geleitet werden.

Ein voreinstellbarer Speicher 6 dient zum Eingeben der vorgegebenen Aus­ lenkungen X. Die Ausgangssignale der Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung 5 steuern einen Leistungsteil 13, der über ein Strommeß- und Anzeigeinstrument 8 eine An­ triebseinrichtung 7 ansteuert, die zur Erzielung der Drehbeschleunigung ei­ nen Elektromagneten aufweist. Hierdurch läßt sich eine konstante Drehbe­ schleunigung, 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 hat, wird der vom Elektromagneten der Antriebseinrichtung 7 aufgenommene Strom durch das Strommeß- und Anzeigein­ strument 8 gemessen und angezeigt. Das Strommeß- und Anzeigeinstrument 8 läßt sich so eichen, daß die Anzeige direkt die Größe des Massenträgheits­ momentes des Prüfkörpers 3 darstellt. Durch Nulljustage ist vorher das Mas­ senträgheitsmoment 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 kardanischen Lagerung 9 zusammen, während der andere Regelkreis am unteren Waagebalken 14 der kardanischen Lagerung (9) 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 Wegmeßwertaufnehmer (4) vorzusehen ist, genügt es, wenn diese beiden Wegmeßwertaufnehmer an eine Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung angeschlossen sind, die einen Leistungs­ teil für die Stromversorgung der Antriebseinrichtungen für den Waagebalken 14 und des Waagetellers 1 ansteuert.

Es kann eine herkömmliche Auswuchtwaage mit hori­ zontal angeordnetem Waageteller bzw. Waagebalken verwendet werden.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Ermittlung des axialen Massenträgheits­ momentes 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-Ver­ gleichseinrichtung aufweist, die in Abhängigkeit von einem aus der Schwingamplitude des Prüfkörpers abgeleiteten Aus­ gangssignal eines die Schwingungen des Prüfkörpers abtasten­ den Aufnehmers eine die Schwingungen des Prüfkörpers erzeu­ genden Antriebseinrichtung mit einem Elektromagneten zur Erzielung einer konstanten Schwingungsamplitude regelt, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebseinrichtung (7) eine Strommeßeinrichtung (Strommeß- und Anzeigeinstrument 8) für den zur Speisung des Elektromagneten dienenden Strom, der ein Maß für das axiale Massenträgheitsmoment des Prüf­ körpers darstellt, vorgeschaltet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Drehbeschleunigung eine konstante Frequenz von 5 bis 10 Hz vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer als Wegmeßwertaufnehmer (4) ausgebildet und direkt an die Soll-Istwert-Vergleichseinrichtung (5) ange­ schlossen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Waageteller (1) eine kardanische Lagerung (9) aufweist und daß die kardanische Lagerung (9) wahlweise in 90°-Komponenten arretierbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wegmeßwertaufnehmer (4) berührungslos arbeitet.