DE2528575B2 - Einrichtung zum Messen und gegebenenfalls zum Verändern der Eigenschwingungsfrequenzen eines metallischen Stabes - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung nach dem Gattungsbegriff des Anspruchs 1.

Mechanisch schwingende Stäbe werden insbesondere in Oszillatoren oder elektromechanischen Frequenzfilb(> tern benutzt.

Bekanntermaßen besitzt ein freier ferromagnetischer Stab genau definierte mechanische Schwingungsfrequenzen, die eine unendliche Folge von diskreten Werten /i, f₂ ... f„ bilden. Für /?= 1 ergibt sich die h) Grundschwingung, in welcher der Stab in einer Halbwelle schwingt. Für n=2 ergibt sich die Harmonische zweiter Ordnung, wobei der Stab in einer Vollwelle schwingt usw. Die Schwingungsfrequenz des Stabes

hängt von seinen geometrischen Parametern ab, insbesondere von seiner Länge, wenn der Durchmesser klein im Verhältnis zur Länge ist Genauer gesagt, ist die Schwingungsfrequenz umgekehrt proportional zur Länge des Stabes.

Zur Messung der Frequenz benutzt man gewöhnlich das Phänomen der Magnetostriktion, genauer gesagt die direkte Wirkung des longitudinalen Joule-Effekts, nach welchem jede Anlegung eines magnetischen Feldes oder Veränderung eines angelegten Feldes bei einem ferromagnetischen Stab eine Veränderung der Länge, d.h. eine longitudinale Druckwelle erzeugt. Dieser Effekt wird insbesondere zur Schall- oder Ultraschallerzeugung benutzt.

Der Stab, dessen Schwingungsfrequenz gemessen werden soll, wird einem magnetischen Feld unterworfen, das mit einer veränderlichen Frequenz /'moduliert ist. Durch den Joule-Effekt beginnt der Stab longitudinal mit der Frequenz /zu schwingen. Wenn diese Frequenz /in den Bereich einer der Eigenschwingungsfrequenzen des Stabes kommt, beobachtet man ein Resonanzphänomen, und die Schwingungsamplitude des Stabes nimmt erheblich größere Werte (100- bis lOOOmal so groß) als diejenigen an, die durch den Joule-Effekt außerhalb der Resonanzfrequenz bewirkt werden. Der Wert /des überlagerten Wechselfeldes ergibt hierbei den Wert der gemessenen Frequenz.

Wenn man eine gewünschte Schwingungsfrequenz erzielen möchte, berechnet man die entsprechende Länge des Stabes, stellt einen ersten Rohling mit angenäherten Abmessungen her und ändert danach die Länge durch nachfolgende Überarbeitungen, während man die Schwingungsfrequenz des Stabes nach jedem Überarbeitungsvorgang mißt.

Aus der DT-AS 11 15 470 ist es beispielsweise bekannt, die Eigenfrequenz eines stabförmigen Testkörpers zu ermitteln, der durch äußere Einwirkung zum Schwingen ange.egt wird. Dabei wird der stabförmige Testkörper auf zwei Tastspitzen von zwei elektromechanischen Wandlern aufgesetzt, wovon der eine durch die eine Tastspitze den stabförmigen Testkörper zum Schwingen anregt, während die anderen Tastspitze mit dem zweiten magnetostriktiven Wandler verbunden ist, an den ein Empfänger angeschlossen ist. Durch die körperliche Verbindung zwischen dem Teststab und den Tastspitzen und damit auch den Verbindungsarmen von den Tastspitzen zu den Stäben der magnetostriktiven Wandler besteht die Gefahr einer großen Dämpfung der vom Teststab ausgeführten Eigenschwingungen und zugleich einer Verfälschung der genauen Eigenfrequenz, die nur dann gering bleibt, wenn, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 der genannten Druckschrift, nur Eigentorsionsschwingungen des T^ststabes abgenommen werden sollen. Aus der genannten Druckschrift ist es ferner bekannt, zur Einstellung der Eigenfrequenz des Teststabes, diesen durch Druckluft gegen eine Schleifscheibe zu drücken und ihn in seiner Länge durch Abschleifen zu verkürzen. Die Verkürzung durch Abschleifen an einer Stirnfläche des Teststabes erfolgt dabei allerdings nur zwischen den Messungen der Eigenfrequenz des Teststabes. Es wechseln sich also Meß- und Bearbeitungsvorgang ab.

Ausgehend von dieser bekannten Einrichtung ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Einrichtung anzugeben, die einen hohen Grad an mechanischer Entkopplung des Stabes gewährleistet und hierdurch eine sehr genaue Eigenschwingungsfrequenzmessung ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der im Anspruch 1 gekennzeichneten Einrichtung. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

• Aus der DT-AS 11 73 266 ist zwar bereits eine Einrichtung bekannt, die ebenfalls mit einem berührungsfrei schwebend in einem Magnetfeld angeordneten Stab arbeitet; diese Einrichtung gibt jedoch insofern keinen Hinweis auf die erfindungsgemäße Einrichtung,

in als dort nicht die Eigenfrequenz dieses berührungsfrei aufgehängten Stabes gemessen werden soll, sondern die Frequenz der Relativbewegung dieses Stabes zu einem Gehäuse der Vorrichtung, wenn diese mit einem zu messenden Musterkörper in Verbindung gebracht wird.

ι". Ferner ist es aus der GB-PS 13 02 941 bereits bekannt, im Zusammenhang mit einer Resonanzfrequenzmessung bei einem Aufschlagdetektor einen frequenzselektiven Verstärker zu verwenden.
Die Erfindung geht von dem Phänomen der

.'Ii Magnetostriktion aus, benutzt aber den umgekehrten Effekt des longitudinalen Joule-Effekts, d. h. den Villari-Effekt, nach welchem die Erzeugung einer Druckwelle oder eine Änderung der natürlichen Länge eines ferromagnetischen Stabes die Magnetisierung

r> dieses Stabes hervorruft.

Dieser Effekt wird insbesondere zum Empfang und Nachweis von Ultraschall benutzt. Hierbei wird der Stab in einer Spule angeordnet. Die die Ultraschallwelle begleitende Druckwelle übt einen Wechselzug aus,

in dessen Amplitude gleich derjenigen der Druckwelle ist. Infolge der sich ergebenden Längenänderungen erhält der Stab eine Wechselmagnetisierung, die in der den Stab umgebenden Spule eine Wechselspannung gleicher Frequenz induziert.

ti Ausführungsbeispiele werden anhand der Figuren erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschema, teilweise im Schnitt, einer ersten Ausführungsform der Vorrichtung zum Messen der Frequenz eines metallischen Stabes,

κι Fig.2 eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung gemäß F i g. 1 und

Fig.3 ein Prinzipschema, teilweise im Schnitt, einer Vorrichtung zum Messen und Einstellen der Frequenz eines metallischen Stabes.

4> In den Figuren sind identische Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Wie in den Figuren, insbesondere in Fig. 1 dargestellt ist, ist ein Stab 1, dessen Frequenz gemessen werden soll, in einem isolierenden vertikalen Zylinder 2 angeordnet, in dessen

in Innenraum er ohne Reibung gleiten kann.

Die Kraft, welche den Stab 1 in der Schwebe hält, wird von einer pneumatischen Einrichtung erzeugt, die im wesentlichen eine Druckluftquelle 6, deren Förderung und Druck konstant sind und auf einen

ν» gewünschten Wert geregelt werden können, und einen Verteilerblock 5 aufweist, der einerseits mit der Druckluftquelle 6 und andererseits mit einem in die Atmosphäre mündenden Ausströmungssystem in Verbindung steht. Dieser Verteilerbiock 5 ist am unteren

Wi Teil des isolierenden Zylinders 2 über ein Verbindungselement 7 angebracht, das einen kreisförmigen Hohlraum 8 aufweist, in welchen das untere Ende des isolitrenden Zylinders 2 und das obere Ende eines zentralen Verbindungsrohres 9 sowie ein Ende mindest-

hi ens eines seitlichen Verbindungsrohres 50 münden, dessen anderes Ende in die freie Luft mündet. Das zentrale Verbindungsrohr 9, welches im Verteilerblock 5 angeordnet ist, ist vertikal und mit dem Zentrum des

isolierenden Zylinders 2 ausgerichtet und befindet sich daher direkt unter dem Stab 1.

Bei dieser ersten Ausführungsform werden die Mittel zur Schwingungserregung des Stabes 1 von einem Hammer 53 gebildet, der um eine feste Achse 54 schwenkbar ist und durch irgendwelche geeigneten Mittel 55, z. B. einen Elektromagneten, der einen mit dem hinteren Ende des Hammers verbundenen Tauchmagnetkern enthält, betätigt.

Der Schlag des Hammers 53 auf die Spitze des Stabes 1 läßt diesen schwingen und in dem vertikalen Verbindungsrohr 9 hinuntergehen. Aufgrund des Drukkes, welcher von der von der Quelle 6 kommenden Druckluft ausgeübt wird, wird die Geschwindigkeit des Stabes im unteren Teil des Rohres auf Null reduziert und der Stab steigt zu seiner Gleichgewichtsposition zurück.

Das zentrale Verbindungsrohr 9 ist rechtwinklig gekröpft und verlängert sich in einem horizontalen Kanal 51, der an die Druckluftquelle 6 angeschlossen ist. Der Boden dieses zentralen Verbindungsrohres ist auf dem Niveau des Knies mit einem elastischen Anschlag 52 versehen, von dem der Stab gegebenenfalls zurückprallen kann, wenn er in Bewegung gesetzt wird.

Die Verbindungsrohre 9 und 50 dienen jeweils zur Zufuhr und Abfuhr von Druckluft aus der Quelle 6. Die horizontalen Verbindungsrohre 50 sind im Verbindungselement 7 angeordnet und ihre Position bestimmt die Gleichgewichtsposition des Stabes 1 im isolierenden Zylinder 2. Ihre Anzahl und/oder ihre Abmessungen sind sehr wichtig, um ein freies Ausströmen ohne Hindernisse zu ermöglichen.

Eine um den isolierenden Zylinder 2 angeordnete Spule 40, deren Versorgung nicht gezeigt ist, erzeugt ein konstantes Magnetfeld um den Stab 1. Diesem konstanten Magnetfeld überlagert sich das magnetische Wechselfeld, das durch die Schwingung des Stabes erzeugt wird, wenn er vom Hammer getroffen wird. Die Ausgangsklemmen 41, 42 der Spule 40 sind mit den Eingängen eines Verstärkers 43 verbunden, dessen sehr schmaler Durchlaßbereich um eine Frequenz zentriert ist, die von der Größenordnung derjenigen Frequenz der Stäbe ist, deren Schwingungsfrequenz man messen möchte. Diesem Verstärker 43 folgt ein Bandfilter 44. Das Ausgangssignal des Bandfilters 44 wird auf eine Vorrichtung 56 gegeben, die eine Frequenzmessung erlaubt.

In der dargestellten Ausführungsform wird die Vorrichtung 56 von einem Frequenzmesser gebildet, der die Frequenz der an den Klemmen 41 und 42 der Spule induzierten Spannung mißt, die ihm über den Verstärker 43 und den Filter 44 jedesmal dann übermittelt wird, wenn der Stab in Schwingung versetzt wird und sich auf dem Niveau der Spule 40 befindet, d. h. in einem konstanten Magnetfeld angeordnet ist, sei es beim Abstieg sei es beim Aufstieg, nachdem er auf den elastischen Anschlag aufgeschlagen ist oder nicht.

Bei einer nicht dargestellten abgeänderten Form diesem AMüiührungsbeispiels, vorausgesetzt, der Stab 1 fällt in dem zentralen Verbindungsrohr hinab und verläßt daher das konstante Magnetfeld, kann der Frequenzmesser durch einen Zeitmesser ersetzt werden, der die Zeit mißt, die notwendig ist, um eine vorbestimmte Anzahl von Null-Durchgängen des an den Klemmen der Spule anstehenden Signals, wenn üer Stab diese durchquert, zu zählen, wodurch sich eine Messung der Frequenz ergibt.

In F i g. 2 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, in welcher die äußere Einwirkung zur Schwingungserregung des Stabes durch einen Elektroschock verursacht wird. Zu diesem Zweck ist um die erste Spule 40 eine zweite Spule oder Hilfsspule 57 angeordnet. Diese Hilfsspule wird von einem Impulsgeber 58 gespeist. Die anderen Elemente und Schaltungen sind mit denen der ersten Ausführungsform identisch und sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei ihre Funktionsweise ebenfalls identisch ist.

Bei dieser Ausführungsform wird die Schwingung des Stabes 1 durch Anlegen eines Impulses starker Intensität und kurzer Dauer, der von einem Impulsgeber bekannter Bauart geliefert wird, an die Hiifsspule 57 hervorgerufen. Der resultierende Elektroschock läßt den Stab schwingen, ohne daß er den isolierenden Zylinder verläßt, so daß am Boden des Verbindungsrohres 9 kein Anschlag mehr erforderlich ist. Die Frequenz der an den Klemmen der Spule 40 auftretenden Spannung wird von dem Frequenzmesser 56 nachgewiesen, nachdem diese Spannung vom Verstärker 43 verstärkt und vom Filter 44 gefiltert worden ist.

Bei einer abgeänderten Ausführungsforrn kann die elektrische Erregung des Stabes dadurch erzielt werden, daß ansteile eines kurzen Impulses großer Intensität an die Hilfsspule 57 ein stromveränderlicher Frequenz angelegt wird. Weiterhin kann man auch die Hilfsspule weglassen und den Stab dadurch zum Schwingen erregen, daß man der Versorgung der ersten Spule 40 eine Spannung veränderlicher Frequenz überlagert.

In F i g. 3 ist ein vollständigeres Ausführungsbeispiel dargestellt, mit welchem nicht nur die Messung der Schwingungsfrequenz eines metallischen Stabes möglich ist, sondern mit welcher ebenfalls die Länge eingestellt werden kann, um einen gewünschten Frequenzwert zu erzielen.

Wie in den Fig. 1 und 2 ist der Stab 1, dessen Länge gegebenenfalls eingestellt werden soll, in einem isolierenden vertikalen Zylinder 2 angeordnet, in dessen Innerem er ohne Reibung gleiten kann. Oberhalb dieses Zylinders 2 ist ein Werkzeug 3 angeordnet, das zur Veränderung der Länge des Stabes benutzt wird. Beispielsweise kann eine Drehschleifscheibe 3 benutzt werden, die auf der Abtriebswelle eines Motors 4 mit üblicher Drehzahl gelagert ist. Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann die Schleifscheibe durch eine ebene Oberfläche ersetzt werden.

Das Meßsystem der Frequenz, das von der Spule 40, dem Verstärker 43 und dem selektiven Filter 44 gebildet wird, ist mit dem in den F i g. 1 und 2 dargestellten System identisch.

Im Gegensatz dazu wird im vorliegenden Fall das Ausgangssignal des Filters 44 auf einen Eingang 45 eines Vergleichers 48 gegeben, dessen anderer Eingang 46 ein Referenzsignal empfängt, das von einer Referenzquelle 47 geliefert wird. Das Ausgangssignal des Vergleichers 48, das auf der Leitung 49 erscheint, wird zur Steuerung der pneumatischen Einrichtung, welche den Stah freischwebend hält, derart benutzt, daß es die Wechselwirkung zwischen dem Werkzeug 3 und dem oberen Ende des Stabes 1 steuert.

Diese pneumatische Einrichtung besteht im wesentlichen aus einer Druckluftquelle 6 mit konstantem und regelbarem Durchfluß und Druck und aus einerr Verteilerblock 5, welcher mit dem unteren Ende des isolierenden Zylinders 2 über ein Verbindungselement 1 verbunden ist, das einen inneren kreisförmigen Hohlraum 8 aufweist, in welchen direkt das untere Ende des isolierenden Zylinders 2 und das obere Ende eines

zentralen Verbindungsrohres 9 und eines seitlichen Verbindungsrohres 10 einmünden. Das zentrale Verbindungsrohr 9 mündet in der Verlängerung des isolierenden Zylinders ein und kann durch Mittel an die Druckluftquelle angeschlossen werden, die im nachfolgenden beschrieben werden.

Das seitliche Verbindungsrohr 10 ist seitlich geneigt und mündet auf der oberen Stirnfläche des Blockes auf einer Seite des zentralen Verbindungsrohres 9. Das zentrale bzw. seitliche Verbindungsrohr 9 bzw. 10 dient jeweils der Zufuhr bzw. der Abfuhr der von der Quelle 6 kommenden Druckluft. Das untere Ende des zentralen Verbindungsrohres 9 endet in einem zentralen Hohlraum 11, an dessen Boden eine Auflagestütze 12 angeordnet ist, die verhindert, daß der Stab zur Seite fällt, indem sein oberes Ende mit dem zentralen Verbindungsrohr in Eingriff gehalten wird, wenn der Stab sich in der unteren Position befindet. Dieser zentrale Hohlraum 11 steht einerseits mit einem ersten seitlichen Hohlraum 13 über einen Kanal 14 und andererseits mit einem Kanal 15 in Verbindung, der seinerseits mit einer ersten Abfuhrleitung 16 in Verbindung steht, die einen Durchflußregler 37 enthält. Der seitliche Hohlraum 13 enthält eine Vorrichtung 18 zur Durchflußregelung, hier von einer Madenschraube dargestellt, und steht über einen Kanal 19 mit einer Druckluftzufuhrleitung 20 in Verbindung.

Das seitliche Verbindungsrohr 10 steht mit seinem unterem Ende mit einem zweiten seitlichen Hohlraum 21 in Verbindung, der eine Vorrichtung 22 zur Durchflußregelung enthält, hier dargestellt von einer Madenschraube, und der mit einem Kanal 23 in Verbindung steht, der seinerseits an eine zweite Abfuhrleitung 17 angeschlossen ist.

Die Druckluftzufuhr erfolgt von der Hochdruckquelle 6 über ein Magnetventil 30, das normalerweise geöffnet ist und an dessen Ausgang ein Filter 31 angeschlossen ist.

Das Ingangsetzen und das Anhalten der gesamten Vorrichtung erfolgt mit Hilfe der gestrichelt dargestellten Schallverbindung 30', die in Reihe mit einem Ein- und Ausschaltknopf angeordnet ist.

Der Filter 31 ist mit einem Druckregler 32 verbunden, dem seinerseits ein Durchflußregler 33 folgt. Der in der Zufuhrleitung 20 existierende Druck wird von einem Manometer 34 überprüft. Das Ausströmen erfolgt über ein zweites, normalerweise geschlossenes, selektiv gesteuertes Magnetventil 35, was hiernach gezeigt wird, an welchem eine Abfuhrleitung 36, die durch die Vereinigung der Abfuhrleitungen 16 und 17 gebildet wird, endet.

Die Vorrichtung weist darüber hinaus Einbaumittel des Stabes in seiner anfänglichen natürlichen Länge und Ausbaumittel des Stabes in seiner endgültigen Länge auf, die nicht Teil der vorliegenden Erfindung sind und daher nicht beschrieben werden.

Nach der Beschreibung des Aufbaus der Vorrichtung wird nunmehr ihre Funktionsweise beschrieben.

Der Stab 1 in dem isolierenden Zylinder 2 wird an seinem unteren Ende einer konstanten Druckkraft ausgesetzt, die notwendig und hinreichend ist, um ihn in einer gegen die Schleifoberflache abgestützten Lage zu halten.

Die Größe dieser Kraft, die von der dem zentralen Hohlraum 11 zugeführten Druckluft herrührt und auf das untere Ende des Stabes über das zentrale Verbindungsrohr 9 einwirkt, wird mit Hilfe von verschiedenen Regelungsvorrichtungen 32, 33 in der Zuführleitung 20 und mit Hilfe der Mndenschraube 18 gcrepHt

Auf das obere linde des Stabes 1 übt jedes Schleifkorn der Scheibe, solange der Stab in Berührung mit der Scheibe ist, eine Druckkraft aus, die als konstant angenommen werden kann. Die Vereinigung all dieser individuellen Kräfte ergibt jedoch eine resultierende zufällige Kraft, die entsprechend dem Aufbau des Stabes variiert.

ίο Aufgrund dieser zufälligen Kraft schwingt der Stab in irgendeinem Vielfachen oder Untervielfachen der Eigenfrequenz des Stabes, für die an dem Ende des Stabes ein Schwingungsknoten auftritt. Die Schwingungsfrequenz verändert sich gleichzeitig mit der

Ii Länge, und zwar in einer umgekehrt proportionalen Weise.

Die mechanische Schwingung des Stabes erzeugt eine Wechselmagnetisierung dieses Stabes, welche eine Wechselspannung gleicher Frequenz an den Klemmen der auf dem isolierenden Zylinder 2 angeordneten Spule 40 induziert.

Wenn diese Frequenz, welche in dem Maße ansteigt, in welchem die Länge des Stabes sich verringert, den unteren Schwellwert des Verstärkers 43 erreicht, liefert

2Ί dieser ein Ausgangssignal, das dem Bandfilter 44 übertragen und dann auf den Eingang 45 des Vergleichers 48 gegeben wird. Dieser Vergleicher 48 empfängt andererseits an seiner Klemme 46 ein Referenzsignal, das der gewünschten Schwingungsfre-

jo quenz entspricht. Solange die Schwingungsfrequenz unterhalb des gewünschten Wertes bleibt, bleibt das an der Klemme 45 anliegende Signal unterhalb des Schwellwertes, der durch die Referenzquelle 47 vorbestimmt ist. und der Vergleicher 48 liefert kein Ausgangssignal auf die Leitung 49. Das Magnetventil 35 wird daher nicht angeregt und bleibt geschlossen. Folglich kann die auf der Leitung 20 ankommende Druckluft nicht entweichen und fährt fort, auf das untere Ende des Stabes einzuwirken, um den Stab in Berührung mit der Schleifoberfläche zu halten. Wenn die Schwingungsfrequenz gleich dem gewünschten Wert oder größer wird, ist das Ausgangssignal des Vergleichers 4β nicht mehr Null und steuert die öffnung des Magnetventils 35. Durch öffnung dieses Magnetventils wird die Abfuhrleitung 36 mit der Atmosphäre in Verbindung gebracht. Dies hat eine wesentliche Verringerung der Kraft zur Folge, die auf das untere Ende des Stabes einwirkt, da die Druckluft nunmehr einerseits über das seitliche Verbindungsrohr 10, den

so seitlichen Hohlraum 21 und die Leitung 17 und andererseits über den zentralen Hohlraum 11, den Kanal 15 und die Leitung 16 entweichen kann. Der Stab 1 geht daher in seine untere Stellung über, in welcher er nicht mehr in Berührung mit der Schleifoberfläche ist.

Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform kann die pneumatische Kraft mit zwei Werten, die es ermöglichen, den Stab in einer oberen und einer unteren Stellung zu halten, dadurch erzielt werden, daß das Einlaßmagnetventil 30 mit Hilfe des Ausgangssignals des Vergleichers 48 derart gesteuert wird, daß es einen Druck schafft, welcher den Stab in seiner oberen Position in Abwesenheit des Ausgangssignals des Vergleichers hält, und daß es den Druck bei Auftreten eines Ausgangssignals am Vergleicher derart unter bricht, daß der Stab in seine untere Position übergeht, wobei das Ausströmen bei Atmosphärendruck oder einem anderen Druck geschieht. Die vorliegende Erfindung schafft also ein einfaches

Mittel /um Messen der Schwingungslrequen/ eines metallischen Stabes. Darüber hinaus erlaubt die Erfindung in dem Falle, in welchem die gemessene Frequenz nicht der gewünschten Frequenz entspricht, eine einfache automatische Einstellung der Größe des Stabes, um die gewünschte Schwingungsfrequenz zu erzielen.

Die Schwingungsfrequenz des Stabes entspricht um so besser dem gewünschten Wert, je schmaler der Durchlaßbereich des selektiven Verstärkers ist. Darüber hinaus kann mit einem schmalen Durchlaßbereich vermieden werden, daß im Frequenzgang des Verstärkers Schwingungsfrequenzen der anderen möglichen Schwingungsarten mit Frequenzen, die vielfache der zentralen Frequenz des verstärkten Bandes sind, vermischt werden. Hierdurch erhält man ein gutes Signal-Rauschverhältnis, in der Größenordnung von 10, was in der Praxis ausreichend ist.

Der ferromagnetische Stab kann z. B. die Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 4,5 mm und einer Länge von 19 mm aufweisen. Der Druck der Druckluftquelle ist ungefähr 2 Bar und das Ausströmen findet bei Atmosphärendruck statt. Der Abstand zwischen dem unteren Ende des isolierenden Zylinders und der oberen Fläche des Verteilerblockes liegt in der Größenordnung von 1 mm. Andererseits ist das Spiel zwischen dem Stab und dem isolierenden Zylinder in der Größenordnung von Vioo mm. Dieses Spiel kann größer sein, wenn man

ίο es wünscht, ohne hierbei 0,2 mm zu übersteigen.

Die Rotationsgeschwindigkeit des Scheibenträgers und der Durchmesser dieses Trägers sollten derart geregelt sein, daß die Geschwindigkeit der Scheibe auf dtr Höhe des Stabes zwischen 1 m/s und 25 m/s liegt.

!■> Die Geschwindigkeit sollte möglichst 23 m/s betragen.

Der Durchlaßbereich mit 3 db des selektiven Verstärkers hängt von der für die Regelung der Frequenz gewünschten Genauigkeit ab und entspricht z. B. 0,01 % des gewünschten Frequenzwertes.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (11)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Messen und gegebenenfalls zum Verändern der Eigenschwingungsfrequenzen eines metallischen Stabes, der innerhalb eines vertikalen Zylinders verschiebbar ist, insbesondere eines ferromagnetischen Stabes, mit einer die Eigenschwingungen des Stabes erzeugenden Erregeranordnung, einem Wandler zum Umformen der mechanischen Eigenschwingungen des Stabes in elektrische Signale, einer dem Ausgang des Wandlers nachgeordneten Frequenzmeßeinheit sowie mit einer pneumatischen Vorrichtung zum Beaufschlagen des Stabes, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (1) während der Messung mittels der pneumatischen Vorrichtung (5—9) frei schwebend im Zylinder (2) und innerhalb eines konstanten Magnetfeldes gehalten ist, daß der Ausgang des Wandlers durch die Klemmen (41, 42) einer Induktionsspule (40) gebildet ist, dem eine Schaltung (43, 44) zur Aussonderung von Meßsignalen mit Frequenzen im Bereich der zu messenden Eigenschwingungsfrequenzen des Stabes (1) nachgeschaltet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische Vorrichtung eine Druckluftquelle (6) mit konstantem und regelbarem Durchfluß und Druck und einen Verteilerblock (5) aufweist, der mit dem unteren Teil des isolierenden, den Stab (1) enthaltenden Zylinders (2) über ein Verbindungselement (7) mit einem inneren kreisförmigen Hohlraum (8) verbunden ist, in welchen direkt das untere Ende des isolierenden Zylinders (2) und das obere Ende eines zentralen Luftzufuhrverbindungsrohres (9), das in Verlängerung des isolierenden Zylinders (2) angeordnet ist und mit der Druckluftquelle (6) verbunden werden kann, und mindestens ein seitliches Abfuhrverbindungsrohr (50), das die Gleichgewichtslage des Stabes (1) bestimmt, einmünden.

3. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 zum Messen der Eigenschwingungsfrequenz, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur Aussonderung von Meßsignalen einen selektiven Verstärker (43) sowie ein nachgeschaltetes selektives Filter (44) aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Schwingungserregung des Stabes (1) vorgesehene Erregeranordnung aus einem Hammer (53) besteht, der auf das obere Ende des Stabes (1) schlägt, und daß das zentrale Verbindungsrohr (9) Mittel aufweist, um die Abwärtsbewegung des Stabes (I) unter der Einwirkung des Hammers (53) zu begrenzen.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Begrenzung der Abwärtsbewegung aus einem Knie des zentralen Verbindungsrohres (9) bestehen, und daß der Boden des Verbindungsrohres (3) auf dem Niveau des Knies mit einem elastischen Anschlag (52) versehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Schwingungserregung des Stabes (1) vorgesehene Erregeranordnung aus einer zweiten Spule (57) besteht, welche die erste Spule (40) umgibt und mit einem Impulsgeber (58) verbunden ist, der in die zweite Spule (57) einen Impuls großer Intensität und sehr kurzer Dauer schickt.

7. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenzmeßeinheit (56) aus einem Zeitmesser besteht, der die Zeit mißt, welche notwendig ist, um eine vorbestimmte Anzahl von Null-Durchgängen des an den Klemmen (41,42) der Induktionsspule (40) auftretenden Signals zu zählen.

8. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 zum Messen und Verändern der Schwingungsfrequenz zur Erzielung eines gewünschten Wertes, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Schwingungserregung des Stabes (1) vorgesehene Erregeranordnung aus einem Schleifwerkzeug in Form einer Schleifscheibe (3) besteht, die sich in einer horizontalen Ebene dreht, daß die Schleifscheibe in der Nähe des oberen Endes des Zylinders (2) angeordnet ist, und daß außerdem ein Vergleicher (48) vorgesehen ist, der den gemessenen Frequenzwert mit dem gewünschten Wert vergleicht und dessen Ausgangssignal die Wechselwirkung zwischen dem Werkzeug (3) und dem Ende des Stabes (1) steuert, indem es die Öffnung und Schließung des zentralen Luftzufuhrverbindungsrohrs (9) und des seitlichen Abfuhrverbindungsrohres (10 der hydraulischen Einrichtung steuert, je nachdem, ob der gewünschte Wert erreicht ist oder nicht

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des zentralen Verbindungsrohres (9) in einen zentralen im Verteilerblock (5) angeordneten Hohlraum (11) mündet, der einerseits mit einem ersten seitlichen Hohlraum (13), der an die Druckluftquelle (6) konstanten Druckes angeschlossen ist und eine Durchflußregelvorrichtung (18) enthält, angeschlossen ist, und andererseits mit dem Abfuhrsystem in Verbindung steht, während das untere Ende des seitlichen Verbindungsrohres in einen zweiten seitlichen im Verteilerblock angeordneten Hohlraum mündet, der mit dem Abfuhrsystem in Verbindung steht und eine Durchflußregelvorrichtung (22) enthält.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchflußregelvorrichtungen aus Madenschrauben (18,22) bestehen.

11. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspule (40) auf dem oberen Teil des isolierenden Zylinders (2) in einer Stellung, die der oberen Stellung des Stabes (1) entspricht, angeordnet ist, und daß das seitliche Verbindungsrohr an einer Stelle, welche die untere Stellung des Stabes definiert, einmündet.