Ein hydraulischer Erreger für die dynamische Untersuchung der Werkzeugmaschinen

(1)

Ein hydraulischer Erreger für die dynamische Untersuchung

der Werkzeugmaschinen

Citation for published version (APA):

van der Wolf, A. C. H., & Beer, de, C. (1966). Ein hydraulischer Erreger für die dynamische Untersuchung der Werkzeugmaschinen. (TH Eindhoven. Afd. Werktuigbouwkunde, Laboratorium voor mechanische technologie en werkplaatstechniek : WT rapporten; Vol. WT0153). Technische Hogeschool Eindhoven.

Document status and date: Gepubliceerd: 01/01/1966

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(2)

afdeling der

werktuigbouwkunde

rapport

van het laboratorium voor

mechanische technologie

en werkplaatstechniek

EIN HYDRAULISCHER ERREGER FÜR DIE DYNAHISCHE UNTERSUCHUNG

(3)

- - - -- -- -- - - --- -

-1

~--~---

--technische hogeschool eindhoven

laboratorium voor mechanische technologie en werkplaatstechniek

1 - - -

-rapport van de sectie: Dynamische nor:nen r -titel:

Ein hydraulischer Erreger fÜr die dynamische Untersuchung der 1_{1erkzeugmaschinen}_.

,

__________ _

_{- - - -}_{- - -}

-I

I

auteur(s): Ir. A.C.H. van der Wolf ur.d ·Prof. Ir. C. de Beer

I

r

•ect;ele;de"

- - --- - - - -- - -

--- -- - - ---- - - ·

~-1 hoogleraar: _Prof_.

Ir.

c.

_{de Beer}

1 - - - -- -- - - --- - -- --·- --- -- -samenvatting

Ausgehend von der Notwendiökeit fÜr jie dynamische Erforschung van '.Yerkzeugmaschinen einen guten

Schwingungserreger zur VerfÜgung zu haben, wird an Hand theoretischer t:berlegun~en die

Wirkungs-wei ae und den technischen Aufbau einas solchen Erregers erÖrtert.

Di e bisher erzielten Forscbungs

-ergebnisse weieen in Richtung einer

guten

Verwend

-barkeit im Sinne des vorausgesetzten

Frequenz-und Amplitudenbereiches.

Das im Anfang erliuterte

Modell nähert sich der #irklichkeit, besanders

im Bereich niedriger Frequenzwerte, in sehr be-friedigender Weise.

prognose

Als Gegenstand zukÜnftiger Untersucbungen bleibt

die Abnab.me der Druckë.unplitude in oberen Frequ::nz-bereicb Übrig, und die d-3.her notwendigen Korrektur-massnahmen angesichta der Ausweicbung des

anse-stossenen Haschinenteils. blz.o van20 blz. rapport nr.O

153

codering:

C41.

c

.5.

P

.7

..

c. I j i

_--

_-

_--·

_-

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_---l

I

trefwoord:

i

I

Excitator

_I

I

~

I

f---

-

.

----

--j

i

I

datum: 9 febr. 1966 aantal blz. 21 !

~hikt

voor

I

;:~~icatie

in: Industr.ie -Anzeiger I

I

I I

I

i i i

(4)

TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN blz. 1

LABORATORIUM VOOR MECHANISCHE TECHNOLOGIE EN WERKPLAATSTECHNIEK

Rapport

nr .0153

~!:in

fur

die dyn~ische Uotersuchung

der

Nach einer kurzen EinfÜhrung hinsichtlich der Notwendigkeit eines guten Brregers f~r àie ~rforschun6 des dynamischen

Verhaltens der Werkzeu~asc!linen, werden, auf' dem Grundprinzip einas ::ec an.isch gesteuerten Dro.ss.Jlve>ntiJ. ~ die :richtige:ten T ~~- •ines solchen Er~.ge~s nac~ e~nan·~r b vC~riêb~~.

Zunächst ~~r die gesam~e Yersuchs~nlage n:ner erläutert.

Schl"ess ie erfalgen einige Fo?s=h~~b~-~gebnisse.

1. 2in~Ührung.

Man kann die Stabilitä.t einer \'/erkzeugmaschine untersuchen. indem man den zu untersuchende !-1aschineteil mit ciner

harmonischen Nechselkraft anstÖsst . .Jazu soll die Fr qu~n;~ dieeer Nechselkraft genau rege bar sein. Ausserdem wi~d es. hinsichtlich der dynamischen nicht-Line rität 1es Obj~kt~s •.

in Allgemeinen nÖtig sein Jie armonische e hs~lkr~ft auf eine statische Vorspannkraft zu superpo ieren. 1 ooenstehe -der Neise bild&t man gle cnsam die Umst.nde n1ch. \elche beim "1attern'' während der spangebende 3earbeit.ung a.uftreten. Hierbei war es bis vor einiger Zeit u:..lich eldktro-:::~agnetis-:he .Erreger anzu.:enden. Hieran sind aber einige Na.chteile ver -bunden, n:im.li ch;

diP. grosse Abrnessungen und da gross~ Gewicht des Zrregers, wenn eine verh~ilt nismä:::.si~ grosse .ièchselkr ft verL,n,_;1; l'li ... ein eleri:t ro-magneti . .sch~r ::; ... reger kann

normalerweise keine .... 3-ti..>che '/orspan -kraft liefern.

Es liegt dann uuch auf der Hand, dass ie neueste ~ntwicklungen

auf diesem 3eoiet gerade jiese Nachteile zu elim~niPren versuchen. Sin deispiel hierzu ist d~r ele~tro-hydraulische Erreger (1). ~in Nachteil der hieran kleot ist die kost-spielig· elektroni3che und hydraulischd Hilfsappar~tur. In àem Labor· toriu:n fÜr .rertigung und Werr.st:att-rechn.ik der

l'H ~indhoven wurde ein hyJrau.lischer 3rreger ent .ickeit, wob

mittels ~ines mechanisch gesteuerten Drosselventils versuc~t

~urde ji~sen ~acht~il abzufan;en. Die Er~orschung de 'er -haltens dieses Erregers wur ie bis jet~t noch nicht beenJet . Bis her ar die Entwicklung haup:sächlich gerichtet auf die Er~orschung der Sta:ü l ität nicht all -·,u g-rosser 1 erkzeug -maschinen. In diesem Zusam:nenhang erscheint ein zu Über-brÜcKender Fre1uenzbereich zwi~chen 10 und 1000 Hz.

(5)

TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN LABORATORIUM VOOR MECHANISCHE TECHNOLOGIE

EN WERKPLAATSTECHNIEK

Die Gr~s~eno;'dnung der .Vechselkraftamplitude müsste da7.u etwa 100 l'l sein und d::..e mA.xil:n.le Vors ankraft 2000 N • ~eiterhin er!o~g~ nun jie 3escbreibun· der :inzelheiten. 2. Die •ii:·kungsweise des mechani.;ch gest~uerten ·:enti.Lc.

blz. 2 Rapport nr.0153

i:ine hydr!iulische l~Üssigkei::. strÖ'nt in 3iJ.d 1 von der .Ste.Lle A nach B and passiert abei das Ventil.

Fl.:.che F' \ \ Fördermenge ~ B

"

I

~

I Druck p Drosselventil Bild 1

Unter Annahme das hinter d-r Drosse..L der ::Jruck gegen p V~:!r

-• .:t.ch ;,isaigbar klein ü;t. gilt in erster ::.1nie !"Ür die F0rier1lene,e:

~

=

c

F

v

2

: ---· 1) Hierin ist p die spezi.:ische Di:hthei der L ... :: ... ü;ke· t , Der di•nen.s i.onf'-lose Kontrakt i onsfaktor C wir-l hauptaäcl:.l i ch bestimmt

va~ der fr~ien Durchfl tss~ffnung ~. von 1cr liskositit der

il~ssi~Keit und vonder Durchflususeachhi~di~keit (2). Der C- 1ert i ;t io AlgenJeinen nur experi:nente:... ~u bestir11.rnen ( _3) . ~. C und p vorl~ufi~ als konst~nt vor~us;esetzt, dann ;i.t n eh .c'ormel (I) di . folgende Abhängi.;keit zwischen :· und p:

F -

Q

I{P

1

v:~p

---~---~---~---

--

(:!

)

,..

V

Im

vcrliegenden

?all

wi.r.J der Druck p zusammengesetzt aus

einem statischen DrtJck c t ._ un1 einem mit der Zeit t harmonisch

• s at.

wechselendem Druck pd yn

-p

=

Patat + Pdyn

=

Pst~t + p cos wt ---~--~~(!!!) Hierin ist

p

die Schwingungsweite des dynamischen Druckea

w

die Ninkelgeschwinàigkeit. Aus den Gleichungen (II) und ergibt sich: un1 (III)

Q

'/P

F - - - . 1

----

-

---

----

--

----(IV)

c

(6)

TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN

blz.

3

Ra~ port nr.0153

Mit Hilfe dieser Formel ergibt sich, ~Ür jeden beli~bigen

Hert on Pstat und

p,

F als . unkti?n von wt . Gleichcr~~~sen

mÜsste F sich also zusammenaetzen aus einem konstanten ~e·l

F

t t und eineQ mit der Zeit wechselndem Teil Fd • =in

s a yn

periodisch achwellender Jruck p Ürde also entstehen. \enn di

Durchfluss~ffnung F sich n eh diesar ?u~Ktion oerioJisch ändern wÜrde. ;/ie si ch nachher er~ibt (Par. 3) wi ·J die

Schwingungs\ eite van li'd ausschliesslich von der For!ngebung

yn

des Ventils bestimmt. Dagegenist der konstante Teil F

6t t de.

DurchflussÖffnung in der vorlie~enden Konstruktion innbrh 1

eines bestimmten Ber,iches frei ~u wählen. gs lieöt auf der Hand dass fÜr eine Änderung von ~~t~t' sich auch eine anJ re

Kombination (o t t + pd ) ergibt

(s

.

?orm.(

IV)).

Es i st • s a yn

wahrscheinlich dasa sich bei einem solchen Regelverga g das

entstehende Drucksignal nur deuten lässt mittels einer

Fourieranalyse:

p

=

a₁ sin wt + a

2 ~in 2wt + a₃ in }wt + --- +

+ b₀ • b₁ cos wt + b₂ cos 2wt ~ b

3 cos

3wt

+ --- {V)

Die vor~iegende Ausf~brung des Ventils ist derart, dass F. (wt)

=

Fd (-Wt) . ... s gilt al.so:

d.yn yn

p

=

b

0 + b1 cos wt + b2 cos 2wt • b

₃

cos

3wt

+ ---(;:) Hieri ist b

0 :: pstat und b1 =

p.

~ie Glieder nt.it b 2 ,

s nd die Oberschningu"l.,·en die !llit der .:ie;nJ.lver;zerrung ~U~'\.IlUll~n hängen. Neon lll!~n nur :.!i erste dr•..:i 1lieder Jer Forme.l Cl!)

beachtet, ergibt sich fÜr p eine Kurve Nie in Bi~u 2.

Druck p

I

/ '

p

=

p(wt)

J

;

I

i

_wt

0 n: 2n: Bild 2

(7)

b

lz.

4

Rapport nr.

1

5

3

Bild

3

geht aus der Auswertun~ 1er oben3tehenden Gleichungen

hervor. Jie Grössen von Q und

G

stimmen Überein mit den

i n der hydr3u1ischen Anlage exi sti erenden 1erten. ~eit rbin

ist ger echnet mi~ der Tat sache daas

Q

und C noch eini~ r

-maaaen von p abh~ngig si nd. Für p wurde der Wert des be

-zÜglichen Medi ums gewähl t {MobiJ. Oi..1. D. T • ..; • Mediwn,

.50

r)C).

b, Druckampli tude

N/m

2

24 22 20

16

14 12 10 8

6

2 0 0 10

/

V

/

20 Bild

3 I

I

4o

50

x 10? b statischer Druck - -0- -...,

N

/

m

""

(8)

In 3ild

3

sind b

1 und b2 aus Formel (VI) eingetragen als Funktion von b

0• Die Glieder mit Index

3

und hoher sind vernachlässigbar. FÜr die Ausgangslage ist d~s Ventil

ausgelegt fÜr b 0

=

10 x 105 N/m 2 und b 1

=

3

x 105 N/m 2

mi.ttels Formel (IV). Aus diesen #erten sind _?d _und

_F

_t _t

yn s 3.

besti nunt . Nachher i st fÜr diesen '.'ve.rt \·on F. und einen uyn

Zahl von verschiede~en ~erten von Fstat der Druck p nach

blz.

5

Rapport nr.0153

F'ormel (II) bere hnet. Diese p-·.verte sind IJ!i':.tels .'~ormel ( !1)

näher untersucht. Aus Bild

3

lässt sich ersehen, daas

rür

b0

=

10 x 10

5

N/m2 tatsächlich b

2

=

0 ist. Die Verzer rungs-am-plit:ude b₂ bleibt weiterhin der er,.Ühnste Amplitude b

1

5

2

x 10 N/m ,

gegdnÜber k~ein. So be~äuft sich z.3. b

2, fÜr b0 - 50 nur auf

6 %

von b

1•

Damit zeigt sich, da~s das Ventil innerh:üb einer;

grÖsseren 3el"ei ches von 1:>

0 h•chni.-·ch gut v~rt.enribar bl~. ;_ t. vie An.1endbarkeitsgrenz~ ird m WesentlichE:"n be~timmt von der maximal zul~sei,;~;n Verz"lrrung des dynadliochen Druck0ignc1ls.

I

mmerhin

existiert fÜr eine bestimmte Ventilfor:n ei.r. ge1L:;ser Zusammenhang zwit>chon sc.atisc't~er und dynarnisch0!' i}ruck

(b

1

=

t 1(b0) in Bild j ) .

Ein oehr grossur Bereich statiac er und dynamischer Drucke konnta deswegen erfor ... cht '.JerdP.n, wenn versebiedene Ventile zur Varf~gung oteh~n.

(9)

(10)

~

I

!

blz.

7

Rapport nr.0153

3. Die

I"l Bü.i 4 ist d..ie hydr!iuli.:;che '/ersuchsan.L"\:;e tei weise d-

r-gestel~t. vas Ven ilgeh~use ist mi~te~s ein~r L~i~~~g

B

ver bund:m cit er Hochdruckseite lner Pumpe Herst . .·: .E.).

Das 1:1 stro;ut von der Hochdr'.JCk3eitP. des Ventilgeh .. u·~e3 ::iurcl-t

Schli t ze in der Yentil bÜ~hse D in d. s :fiede .rud:.-1:· ckl ~ufr~h · ':. Die freie L~n .,.e der S h.!..i~ z.e wir 4 besti . .mt •ron der i.age un·

der Form des Ve tils

E

.

3i l ·

5

ze'gt ·i cl JÜchse D und zwei verschieden. Ventile E in demo.ti~rtem ~u~t~~l.

Das

V

ntil E wirè. von einem kleinen Ke.:..::r.i..!.1 n i'1 lo~ót.:ion s~o.~-::Lt, mi~tel

ei n s .:n~i:h~trommotors mit :)re z ... hlsteuer n6. :Jie a:Y.i le !..a e des Ve tils 'S in de 5Üc'lse :> kann .Ai~ ..:i'1. · .ikrome-teruch:-3.u· F eingestellt Merd n. ~n ieser eise i~t ~stnt innerh 1

6 ~e·n~s

Rege bereich~s fr~i wählb~r. Die ~eitliche ~nd~run~ ven Fd wird erste .• s beEti!mllt vom U:nf"'n6Gr>rofil • s Venti~s ~ und

zweitens von der Drehzahl mit der das Ven~il rotiert.

yn

Das f'rvfi~

i3t am Um:'"'n.~ es Ve tilszylinier::> mehr-·ach 'ln:;eorè.net • 1s.I!lit

die U.afo:J.n~sgeschwi.ldig,: :it v~rhäl~n:tsmsssi~ kl in b:!. ib~

4 m/:::> c oei 5'JO Hz). Jie tech. i .eh~ fl.Us!'Ührun; .:..r ... ".in-i·-:htli~h

der ~baicht~ng und Lagerung i 4i~ser ~e~se er eo!ich ver~infach~ . Jie O~fangsgesch- indi~kei~ soll ausser em viel ~leinar sein

wie ~ie mi~t er 0lgeschRin~igk~i~ in den Schlit'.tn, d~ const

dur eh V~::r 1.r;;n6er ir.-.u·1g us . die b :ei.chu _.en von ::l.er.t 3trö aun,;s

-modcll (-.?ar. ) derart zunehmen dass i~~es nicht m hr

Die !c!ee des Rot ationsv".~tils, 'lU!" de die Konst ukti.::>n

sich grÜ':ldet, i.c.;t nicht ganz neu. Sie ·ur.:ie se on et lfa zw nzig

anre verwenti<•t in .1elkmaschinen (4. , .!.S c,iot Sc.1 in~un:5s

maschinen Jie in et~a dieser ~~·se angetrieoen .• er'en (;l .

----~

:l

(11)

blz.

8

Rapport nr.0153

4. Der Schwiugungserreger.

Bild 4 zeigt de Erreger. Diesar besteht aus einem zyli~

drischen Gehäuse G, in dem ein Koloen H axial verschie en

kann. De Zylinderrawn ist mitt.els eines Hochdruckschlauches

(Herst. ARGUS) verbunden mit der Hoch"!ruc~t,seite des Ven i

l-gebiuses A. Auf dem Koloen ist der M~sek;rper I geschrau· t ,

an dem vier ~ehnungsmesstreifen (Herot. BUDD, Abm. 2,5 x i,1 mm )

geklebt sinL

Ji eser Messk""rpe i 3t der'l-rt ausgefÜhrt, dass

statisch und dynami8ch Krifte in dem Jereich z l~chen 1 und

2100 N gemessen werden kÖ~n~n.

Die niedri6ste ~igenfrequenz

der Longitudina s~hwin3un~ des .'o:.b n- und MesskÖr"9ers betr ... -t

etwa 1J kHz.

Die Gesammt aese soll i.:,. rnoglichst klein sei und ' st in dem varliegenden Fall O,J75 kg.

In Bild

6

ist der

Schwingungserr~ger nochmal dargestellt.

(12)

Gleichstrommotor 24 V

=

Thyr.1 ,.. ... Thyr.? 220 I .. puls-6en .. 2

50

Hz V'!rstirker Bild

7

i

r:

+ i

r:

ma x blz.

9

Rapport nr.0153 Istwert V + So.Ll -~~ ~ V ., ref \~

(13)

blz. 10

Rapport nr.0153

Wie schon in P~r graph 3 erwähnt, wirct das Ventil von einem

gesteuerten Gleichstrommotor i n Rota.tion geor'l.cht. Die

Um-drehungsfrequenz des Ventila und <lso auch des Motors, soll

aehr genau konst~nt gohalten werden k;nnen.

Der Gleicbstrom

-motor i st m:it Fremderregung (Gleichspanuung, 24 V) ·1.usge

-rÜstet (s. 3i lJ 7). ~1it dem Gleicl:strommotor i ;;t eine Tach

o-metermaschine gekuppelt, welche eine 3p nnung V, prop~rtiotml

der Umdrehungsf:-e -~uenz des Mo :.ors, lief~rt. !:>ie Jifferenz

zwischen diesem Ist•ert V und einem eingestellten Sollwert

V wi d einem Verstirkar zugef~hrt.

ref .

J~e Ausgangsspannung

des Verstirkers steuart Impulsgener~tor 1 oder 2, je nachdem

die Differenz zwibchen V und V~ f posi tiv o ·er negativ i st. _e Der ~mpulsgen~rator liefert dem T~y!"istor I:npulse mit. einer iiiederholungc;fre:~uenz

von 50 Hz. Der Thyristor ent ~Ündet ;:;i eh bei j 2dem Ir-:~puls

und erl~scht wenn die Spannung gleich oder kleiner null

•rlr-:i, Die Thyri .storen sind mi.t dern. .:..nker in Reihe geschaltet. In 3ild

8

ist der zei tl iche Str~m- und cipannungsverlauf

dargestellt.

/ NetzE.. annung

Zeit t

(14)

TECHNISCHE. HOGESCHOOL EINDHOVEN

Die schra!fierte 1-'l :Ï::he i st massg~"olich df!r Leistungs .1 uos

blz. 11 Happort nr.0153

durch den Thyri.:-tor. )ie Zei >:konstante 1: beestbunt die GrÖsse der ... ei stung und iet -'ibhän~g von der Grt:isae der Ausgangs

-spat:.nun0 am Impu.i..sg~nerator. In dem FaJ.l dass die Umdrehung

s-frequenz des Motors nied~ige~ ist •i e der eingestellt~ Wert , rird d :~lh Ho tor durch 'l'hy. i st or ~ Ener~e d.us d<:r- Netz. zHg"'fi.ihrt.

I'tl ~nderen Fall wird der Mot or durch 'l'h yristor 2 :::nergie ins

Netz zurÜckspaisen. Die Schal :-un,s umfasst ausserdew. noch eine

Strombegrenzung fÜr den t1otor.

:-tit Hilfe .Jieser doppe t wi:-:.CE'nden

·rnyristorschalt un.g, "'elche seit eini6I!O Jahren in der ntrieoa

-t eclm.ik vt~rwe:J. let :dr:i 6) , ist man ln cier i..3.ge die Jrehzahl

des mechanisch geuteu~rten Vent.il s bi3 au~ .!.n, 1 Hz gleich zll

(15)

I

• egi.stri~ren,ies

Thermomet r Rapport nr.0153 - blz. 12 mech. _est. Ventil

,- -4r

I

I I

L __

Dr uck-spe i-eh er

-

...,

I I

Thermoelement I

Gleichst rommot· r-steu~rung I

I

t

motor I

I

4 L __

_ ______

__:_]

r--J

I~---

Dehr.tE's~nus!'l.:;stre-·

I

'--Vo- tm_e

t

_

er

_1__,~--

i

I

~

L __

Vo.itmeter 2 l l ! " ' l . t

-:.

,--1 I I I

I

_.___

u~hler 1 I

I

I I

~J

i

~---~

I

Mesz.brl..cke Oszillogra.ph

I

I _ _ j Nerkzeu6 -maschine 3ild 9

(16)

( • 4J~e V~r5UCb8·Lnl ·i.' •

la Bild 9 i : t rtie b'èsa: ... L V r3uchs nl-'ige scht~l'!l.dtis~h d.

r-blz. 13 Rapport nr.0153

g stel1t. ~ie von ein~~ Urdhst~o~aotor (h ~ } ~ngecriebene '"'.llD!', "'.i.eL' .. rt ~:<in-:n nah ... u ':ton."t~,...t n .. eagon,.,tr(\ . ~eh dra "Je!ltil str~mt d':is ~1 dur h einen ·~Ü.1l.er, wo die gedr:>nsel te

Ltistu:tg Ltw'-1 1,) te.l bei 'loll sti van dem i-:\i.!',l.Yct.sser-

:.Î:l:r-HOr.u:len i ·d. Nachde..n !'liesst das ·· urch · nt-:n Beh~J. er, in d..!:n e.~ o.:.ttel3 eines. cle;ürischen Heizel.r.:-;:n~ea {4 k'') ev"ntuell er ~rm: vertien kann. !ii se H i .ua- wi ·,• a.u:oroa...iocn

!1. ·ge~3cho.lt.t, wenn ·ie "l t r·r>e.· t r u ter .inen ,iflee.:.te~lt n

.:crt s.:..n':t. Die ~;,tamp ratur wira L .KL vor d...: · cr.t.:.l,

.. :!. • P.iJ. e ei.ne :'her. o Jl· !!l··nt:es g"' esaen u: d v i r. -t;l

"'c r.,.ittçr registriert. J.:.e '.~-':!mpera., ursch•.- nr.un0 n s~:::. ·im~tl

··). 5 °v. r~ls 5etr-iebstr per tur h:..t ~ich 50 °C b_·".Ührt.

::...m·.t

der Dreh -t rommotor ur.bel alauf<?n k.ann, ;; ·Li.:hkei

t

~org~sebf~ di Pu .p in r~c l,s~n U~l,uf dr .. ~n s•o.

~uc;se ... 4 ein :n .• in t_llb o U· .~druckvcntil.l w.~ ,_.dt ..

.:.e

leitun; d~r Pumpe ~in>:1n 0ruc <,.speich-~r. :Ln dem n.: L..:.lL ko pri:uiert~n .;tick_,.-,to;r Jlase, kleine ... 1_rucie_~chwi'tnk_ur_.;"'n _'lU

-6~31 - chen ~erd n.

Das dynami..:che 3i;nal aus dar JrÜck~osch ltu ..

-der Dehnungsmesstreifen au dem Messk3rpe~, w rd gemessen

mit eineD Effektiv.tert-'/oltmeter (~/oltmeter 1); das stati eh...:

Signal mit ei nem Jiöit h.esser (Volt.n~ter 2) . ..-as dynauische

~i·nal Nird auf e'nem Oszillograph dargcatel-t. Jie Frequenz

· ird basti.::unt mi t tels d'er Ventil drehzah..l in der H:dse ass

ein Magnetaufnehmer eine mitrotier~od~ ~chei~e mit wofangs

-schlitzen abtastet . Das .":lignal ûieaes \.ui'n~hmers Rird

einem Impul szähler zugefÜhrt . Jchliesslich kano man mit

ei nem Frequenz- nalys tor die Abwlichun,;en des .:>ignals von

der 3inusform bestimmen.

In Bild 10 ist die leicht fahrb~re

(17)

,r;

blz. Harport nr.0153 14

(18)

TECHNISCHE· HOGESCHOOL EINDHOVEN LABORATORIUM VOOR MECHANISCHE TECHNOLOGIE

EN W~RKPLAATSTECHNIEK

7 .

Der· F'reque zgang des Erresers.

blz. 1~

:\apport nr.0153

In Sili 11 ist die Frequen~charakteridtik fÜr ein besti~~tes

Vent'l;rofi ..-ingetragen. :3ei d~r Hessung wurde ein Syatem

mit einer Federzahl .?.5

x

107

/ut

in Schwingung gehracht.

Es er~ab si eh dass fÜr nie drige Frequ -nzwerte das '/erhal ten des Erregers ziemli ch gut Ûb~rainstimmt mit dea the retiach

abge1ei teten in Paragraph 2 . • ~t zunehmender Frequenz wird

die ~mplitude J~r dynamische

Kraf

~lein.r. ~ei ein r statiac~e~

Kraft von 1~00 N

z

• ..

verringer~ sich die AmplituJe der

dynamischen K:a~t um etwa 11~ f~r jede 100Hz Fr~quenzzuwachs. Da dieser J bfall bei jer irforschu 1 von err:z Ue,-mas~hinen

in Prinzip unzulässig ist • wird versucnt l ""ngs elektronisc .em

~ege eine Jign~lkorrektur !Ür die us~~ichamplitude des

Systems an ... ubringen • • enn der 'forsuch sich be üeht auf i n m kleinen Frequen~bereich gibt s ~usserdem ~ie KÖ~lich%eit die Kraft~mplitude mit Hilfe einer kleinen Korrektur in de stati~chen iraft kon·tant zu h~lten.

F~r den Abfall der A~nlitude

sind mehrPre Ursachen erant ortlich.

In

P3r~~raph

3

wurde

scnon er· ~hnt, dass bei zunehme,der ~requenz di e i n einer

3ekunj .. r:;trömung geL ng2nde FlÜseigkéitsmange anwächst; d"lher

ergib sich einen ~mplitudP.abfall. Jas heisst. dass der

Faktor

C

(Par.2} eine ?requenzabhängigkeit aufweisen muss.

Aus diesbezÜ~lichen Versucben

(

7 )

hat sich argeben, dass C

sich ausserdem ändert je nachdem die Drossel~f~nung sich,

b~ ein~r bestimmten GrÖsse. in negativem ader posi ivem

Sinne ändert. Das heisst im wesentl~chen, dass der C-1ert

sich be·ieutent ändert, je nachdem der FlÜssigkeL.sst.c-om in

~ros3el beschleuni~t oder abgebreost 1ird. Zs ist kl r, dass

man dem qud~i-stationire Modell aus Parugr,nh 2 in Pri~~ip

nur eine, fÜr die Auslegung der Drossel ori entierende, Bedeutung beilegen darf.

~unächst werden die Dr~ckwe.Llen ot?i..JI Fortschreiten durch eine hy raulische Lei tung einen Amplitudc

-abfal! erleiden. ;':an kann die . usbreitung der ~ruck.Yel.Le i 1

einem, mi nahezu i akompressi oler FlÜ:.sigkei~ ~efÜllten.

unelastischem Rohr mit der gl~ichen )iffer encia!g1ei hung beschreibe .de eine ~ongitu inalschwingung eines Stahl -stabes (Ö) . In diesem Fall wird keine Abnahme der Amplitude stattfinden. Das ~l wird aber immer eine bestimmte Menge

absorbier te Lu t enthü ten u d d:1rf deshalb nicht mn.hr a..ls

inkompressi bel angenommen werden (9)~ Jie Ungewissh~it

hinsichtlieh der Meng-e der enth3.l tenen Luft oacht i'a3 Pr ul m

numeri scb schwieri.; zuginglich. In Anbet rach t der 3la tizi tät

des Rohres kann noch angemerkt werdPn, dass sich bei den

Versuchen her~usgestellt h~t, Jass fÜr ein nahcloses Stahlronr als Verbindungsleitung zwischen Drossel und ::rreger die .~ bnah.'tle der Scnwingungsweite bei Frequenzzunatme ~einer ist wia fÜ einen rlochdruckschlsuch. In varliegenden ·?all (Ji!d 11) wu de ein Eochdruckschlauch verwendet .

(19)

(20)

LABORATORIUM VOOR MECHA.NISCHE TECHNOLOGIE EN WERKPLAATSTECHNIEK

blz.

17

Rapport nr.0153

Bild :2 gibt einig-e ··ufn:..hmP.n des dynamischen Druc "i ·nals.

A. B und C korrespondieren mi:; den gl :dchen 1uch..:;t oen i:1 Bil d 11. UrsprÜn :·lich NUrde das V ... ntil ausgelegt fÜr eine

1orsu~nnkr~ft

•nn

500 N. WirJ z .3. li~se K-aft bis 130J N

v~r~~J;"Össert (Bild ~2-t) so ~r~o sicl:, in ··u~r .in,_.,ti>nrn ng

~it d~m oen erw-h tan {Par. )-dil; 2), t1ts~chlich ei ne A weichung der W llen!orm. Jie ·~~li ~uda Jer d~durch ent -stehendl'!'n bweichung i n der ..:>chwin;u:1g.s ~ei te w:1r maximal

'J% der jeweiligen Eauptschwingung unci stimot also ·~berein mit dcc varher bereenneten ~er~.

(21)

~ blz. an,ort nr .0153 ., .) I

I

L_

3.!. .. ) . ~ ~

__

_

.

(22)

-'-TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN

blz.

19

Rapport nr.0153

J.usgehend von der ~otwendigkeit fÜr die dynamische Erforschung

von erk3eU₀~ schine ei nen guten Schwingungserreger zur VerfÜ ung zu h~ben, wir an Hand theoretischer 'berlegungen diP . rkun~sNeise und den technischen Aufbau ~ines solchen Erregers erÖrtert.

Die bisher erzi elten Forschungsargebnisse

weisen in .r<ichtung einer guten Verwendbarkeit in Sinne des

vor usg~setzten Frequenz- und Amplitudenbereiches.

Das im

n.nf!.Lng erläutert MoJ~ll nihert sich der .hrklichkeit, besenders ia Bereich nlodriger Frequenzwerte, in sehr

be-riedige,,del· .Veise.

~ls Gegenstand zukÜnftiger Untersuchungen bleibt die Abnah~e der Druck~mplitude in oberen Frequen~

berei ch Üorig. und die daher notwendigen KorreKturm ssnahmen augesichts cl9r h.Usweichung des angestossenan l1aschi anteils.

(23)

Schrifttum.

blz.

20

Rapport

nr.0153

{1) H.Opitz: "Jesign an·d ápplic'-!.ti.-m of .,18ctro-hy.:.rau.i.ic ex ei ters for th.:- i:w~ë t. ig, t ion o:' l '"rge r:u.c:hine : ool!.i".

Vortrag "Fi!' .h ir~~crn' tionnl L"lachine tool design -lnd

research conference", 3irmingham 16 septemb~r '!964.

2) H. ~ouse: "Fluid mech:\nics for h,Y(iraulic engineers".

Dover Puolicati ons Nr. S729. .

( 3) l

1

• J . V:i.er5ma: ''Inv-::ntig~·, ions :i.nto the accuracy , f hydr · •J.lic

servomotors'. Dis:J, '.:'H )elf"c, 19 ~lpril 1961.

(4) G.Riemer u.a.: "Handboek voor .i.anibouw·,erktuigen en trekkers''. Bd6II, rjeenk ~iil.i.ink, Zv;o.Lle 196ï.

(5) H.J .J .Y.raak.man: "H)•draul ische v..,r.noeiillf·sinnchti n.'(". Patentantrag Nr. b404î 50 • 16 april 1 ~64.

( 6) H .Ost e.rrttann: ''Hodr1rne Antriebe mit Thyristoron "• ''De Ingenieur",

16

april

196

5 .

{ 7) J. i .Jaily u.::!.. : "Resist=Ance coeffici f':nts fox· <:tceeler:tted 'lntl docelerated ~loY~s throu.z:h smooti tub~s an:l. .-,rifiëë:Q'i.

Tr 'lns. l.S:·L~, 3J.?ó, ~r.5, jul.i ~,95f. -( 5) C. Inglis: ",'coplied ce-:h~nics for en~i:tears''.

over ~ublic~tio~s ~r. ~1119.

(9) :,•,; .J .-;cr.l;.9ser: '':·1etcn aan ver:iri nk:>ru0!:men".

Jiss. T~ Del~t, 21 october 19)9.