CH389940A - Verfahren und Einrichtung zur Messung der Verdrehung eines Wellenstückes während dessen Umlauf - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Einrichtung zur Messung der Verdrehung eines Wellenstückes während dessen Umlauf
Zur Bestimmung der Leistungsaufnahme oder -abgabe einer rotierenden Maschine ist die Kenntnis des von ihr aufgenommenen bzw. abgegebenen Drehmomentes erforderlich. Ein Weg zur Bestimmung dieses Drehmomentes besteht darin, dass die Verdrehung eines bestimmten Stückes der die Leitung übertragenden, auf Torsion beanspruchten Welle gemessen und daraus das Drehmoment berechnet wird. Zur Messung der Verdrehung ist der Unterschied des Drehwinkels zwischen den beiden Endquerschnitten des zur Drehmomentenbestimmung benützten rotierenden Wellen stückes auf eine feststehende Messeinrichtung zu übertragen.

   Ein bekanntes Verfahren besteht darin, dass an den beiden Enden des Wellenstückes zwei Marken angebracht werden, die bei unverdrehtem Wellenstück in einer bestimmten Winkellage der Welle gleichzeitig ein Signal auf ein feststehendes Messgerät übertragen. Bei verdrehter Welle werden dann diese Signale mit einem gewissen zeitlichen Abstand auf das feste Messgerät übertragen, und eine Messung dieses Zeitunterschiedes erlaubt bei gleichzeitiger Kenntnis der Drehzahl der Welle den Verdrehungswinkel des auf Torsion beanspruchten Wellenstückes zu bestimmen.



   Da aber die Verdrehwinkel solcher Wellenstücke stets relativ klein sind, erfordert dieses Verfahren, insbesondere wenn es sich um eine relativ rasch laufende Welle handelt, die Messung sehr kleiner Zeitunterschiede, was unter Umständen Schwierigkeiten bereiten kann.



   Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil. Sie betrifft ein Verfahren zur Messung der Verdrehung eines Wellenstückes bei dessen Umlauf und besteht darin, dass von mit unterschiedlichem Winkelabstand an den beiden Enden des Wellenstückes angebrachten Impulserzeugern bei umlaufender Welle ausgehende Impulse durch feststehende Impulsempfänger aufgenommen werden und die durch die Relativdrehung der beiden Wellenenden gegeneinander hervorgerufene Lageverschiebung in der Koinzidenz der von den beiden Enden des Wellenstückes ausgehenden Impulse gemessen wird.



   Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Diese Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Enden des umlaufenden Wellenstückes, dessen Verdrehung gemessen werden soll, je ein System von auf einem Kreise angeordneten, mit dem entsprechenden Ende des Wellenstückes umlaufenden Impulserzeugern vorgesehen ist, wobei die Impulserzeuger des einen Systems einen etwas geringeren Abstand voneinander haben als die Impulserzeuger des andern Systems, und dass ferner ein von feststehenden Impulsempfängern gesteuertes Messgerät vorgesehen ist, welches den Zeitunterschied misst zwischen dem Durchlauf jenes Impulserzeugers des einen Systems, der bei unverdrehter Welle mit einem Impulserzeuger des andern Systems koinzidiert, und dem Durchlauf jenes Impulserzeugers des ersten Systems,

   der bei verdrehter Welle mit einem Impulserzeuger des andern Systems koinzidiert.



   In Fig. 1 der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens vereinfacht dargestellt. Fig. 2 zeigt ferner ein Diagramm für den zeitlichen Verlauf der auf die Impulsempfänger übertragenen Impulse.



   Von einer im Sinne des eingetragenen Pfeils a umlaufenden Welle b ist ein Stück c von der Länge L für die Messung des übertragenen Drehmomentes M bestimmt. An den beiden Enden des Wellenstückes c sind Scheiben d1 und d2 mit Zahnkränzen   e1    und e2  befestigt, so dass sie mit der Welle b umlaufen. Die Zähne   f1    bzw.   f2    der Zahnkränze   e1    und   e.    bilden je ein System von auf einem Kreis angeordneten, elektromagnetisch wirkenden Impulserzeugern, indem sie beim Umlauf der Welle den Magnetfluss in feststehenden, als Impulsempfänger dienenden Induktionsspulen   g1    bzw. g2 periodisch verändern.



   Ist z1 bzw.   Z2    die Anzahl der Zähne der beiden Zahnkränze   e1    und   eo,    so ist die Winkelteilung, das heisst der Abstand zwischen den einzelnen Impulserzeugern   #1    = 2   #/z1    bzw.   #2    = 2   #/z2.    Da für den Zahnkranz e2 eine etwas grössere Zähnezahl vorgesehen ist als für den Zahnkranz   el,    ist   r1    grösser als   z2.   



   Es wird angenommen, dass die mit 0 bezeichneten Zähne bei unverdrehtem Wellen stück c gleichzeitig bei den Impulsempfängern   g1    und   g2    vorbeigehen.



  Die folgenden Zähne sind mit 1, 2, 3 usw. numeriert.



  Ist nun das Wellenstück c infolge der Wirkung des Drehmomentes M um einen Winkel   #    verdreht, so trifft nicht mehr der Zahn 0 des Kranzes   e1gleich-    zeitig mit einem Zahn des Kranzes e2 auf den Impulsempfänger g, bzw.   g2,    sondern es ist dies erst für einen um einen Winkel     < P1    =   Q    @   Tt/(T1      - #2)   =   qJ      Z2 (Z2    - Z1) entfernten Zahn der Fall. Im gezeigten Beispiel ist dies der Zahn 6.



   Zur Messung der Verdrehung des Wellenstückes c während dessen Umlauf wird nun so verfahren, dass die von den mit unterschiedlichem Winkelabstand   T1    bzw.   z,    an den beiden Enden des Wellenstückes c angebrachten Impulserzeugern, das heisst von den Zähnen f1 bzw.   f2    ausgehenden Impulse durch die feststehenden Impulsempfänger   g1    bzw. g2 aufgenommen werden und die durch die Relativdrehung der beiden Enden des Wellenstückes c gegeneinander um den Winkel   #    hervorgerufene Lageverschiebung   #1    in der Koinzidenz der von den beiden Enden des Wellenstückes c ausgehenden Impulse gemessen wird.



   Zu diesem Zweck ist ein Zeitmessgerät h mit Zähler i vorgesehen, welches durch die Impulsempfänger g1 und g2 derart gesteuert wird, dass es über einen Anschluss A beim Durchlauf des Zahnes 0, also jenes Impulserzeugers des Zahnkranzes   et,    der bei unverdrehter Welle mit einem Impuls erzeuger, nämlich dem Zahn 0 des Zahnkranzes e2, koinzidiert, über den Impulsempfänger   g1    in Gang gesetzt wird.



  Dies kann durch eine besondere Ausbildung des Zahnes 0 des Kranzes   et,    z. B. eine Erhöhung, oder eventuell durch Vorsehen einer Zahnlücke, bewirkt werden. Es kann aber auch ein besonderer Impulsgeber und besonderer Impulsempfänger vorgesehen werden, welcher bei der entsprechenden Stellung des Zahnes 0 des Kranzes   e1    die Ingangsetzung des Zeitmessgerätes h veranlasst.



   Bei verdrehtem Wellenstück c lassen nun die Zahnfolgen   J1    und   f2    Impulse auf die Empfänger g1 und g2 ausgehen, deren zeitlicher Verlauf durch die beiden Wellenlinien m1 und m2 der Fig. 2 schematisch dargestellt ist.



   Das Gerät h misst die Zeit, die von seiner Ingangsetzung bis zum Durchlauf des Zahnes 6 des Kranzes   et,    also bis zum Durchlauf jenes Impulserzeugers dieses Systems verstreicht, der bei verdrehter Welle mit einem Zahn des Kranzes e2, also mit einem Impulserzeuger des andern Systems, koinzidiert.



   Dies wird gemäss Fig. 1 dadurch erreicht, dass eine Doppelgitter-Thyratron-Röhre k mit den beiden Gittern q1 und   q,    vorgesehen ist, welche mit den Impulsempfängern   g1    bzw. g2 verbunden sind. Die Grösse der von den Impulsempfängern g1 und g2 ausgehenden Steuerspannungen ist so bemessen, dass die Röhre k nur zündet, wenn die Impulse zeitlich zusammenfallen oder nahezu zusammenfallen, das heisst, bei mindestens angenäherter Koinzidenz der Impulse der beiden Impulserzeugersysteme. In diesem Fall wird über einen Anschluss B des Zeitmessgerätes die Beendigung des Zeitmessvorganges veranlasst.



   Bei Kenntnis der Drehgeschwindigkeit der Welle kann nun aus der gemessenen Zeit der Winkel   01    und    daraus weiter der Verdrehwinkel # = #1 # (z2-z1)/z2    berechnet werden.



   Das Zeitmessgerät h ist zweckmässig als Gerät für die Zählung der Anzahl von in der zu messenden Zeit ablaufenden Zeitintervallen vorgegebener Grösse gebaut. Es können hierbei beispielsweise die von einem der Impulserzeugersysteme ausgehenden Impulse selbst oder auch von einem geeichten Schwingungssystem ausgehende Impulse gezählt werden.



   Das beschriebene Verfahren ergibt den Vorteil, dass statt des relativ kleinen   Verdrehwinkefs      #    des Wellenstückes c bzw. der entsprechend kleinen Zeit der wesentlich grössere Winkel   q=v1    bzw. die entsprechend grössere Zeit gemessen werden kann. Dieser Vorteil ergibt sich besonders dann, wenn die Zahl der Impulserzeuger des einen Systems sich von der Zahl der Impulserzeuger des andern Systems um nur eins unterscheidet, das heisst, wenn beim beschriebenen Beispiel der Unterschied der Zähnezahlen der beiden Zahnkränze   Z2-Z1=    1 wäre. Dann wäre   (P = çllZ2   
Statt eines Zahnkranzes kann als Impulserzeugersystem beispielsweise auch ein umlaufendes Magnettonband und als Impulsempfänger ein feststehender Abnahmekopf vorgesehen werden.



   Statt Impulserzeugersysteme mit elektromagnetischer Wirkung können auch solche anderer Art, z. B. mit optischer Wirkung, verwendet werden.



   Das Messgerät h kann auch insbesondere so eingerichtet werden, dass es sowohl die Impulszahl pro Zeiteinheit und die Impulszahl im Bereich   #1    misst und aus dem Produkt der beiden unmittelbar einen Wert bildet, der der von der Welle übertragenen Leistung proportional ist.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Messung der Verdrehung eines Wellenstückes während dessen Umlauf, dadurch gekennzeichnet, dass von mit unterschiedlichem Winkelabstand (T1, z,) an den beiden Enden des Wellen stückes (c) angebrachten Impulserzeugern (f1, 12) bei umlaufender Welle ausgehende Impulse durch feststehende Impulsempfänger (g1, g-) aufgenommen werden und die durch die Relativdrehung (,) der beiden Enden des Wellenstückes (c) gegeneinander hervorgerufene Lageverschiebung (si51) in der Koinzidenz der von den beiden Enden des Wellenstückes (c) ausgehenden Impulse gemessen wird.

   II. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass an den beiden Enden des umlaufenden Wellenstückes (c), dessen Verdrehung gemessen werden soll, je ein System (e1, e2) von auf einem Kreis angeordneten, mit dem entsprechenden Ende des Wellenstückes (c) umlaufenden Impulserzeugern (f1, J2) vorgesehen ist, wobei die Impulserzeuger (fl) des einen Systems (e1) einen etwas grösseren Abstand (Tr) voneinander haben als die Impulserzeuger (12) des andern Systems (e2), und dass ferner ein von feststehenden Impulsempfängern (gel, g2) gesteuertes Messgerät (h) vorgesehen ist, welches den Zeitunterschied misst zwischen dem Durchlauf jenes Impulserzeugers (o) des einen Systems (e1),

   der bei unverdrehter Welle mit einem Impulserzeuger des andern Systems (e2) koinzidiert, und dem Durchlauf jenes Impulserzeugers (6) des ersten Systems (e1), der bei verdrehter Welle mit einem Impulserzeuger (6) des andern Systems (e2) koinzidiert.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der Lageverschiebung der Koinzidenz der Impulse die Drehzahl der Welle und die Zeit für das Durchlaufen des dieser Lageverschiebung entsprechenden Drehwinkels (01) der Welle gemessen wird.

   2. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahl (z1) der Impulserzeuger (1i) des einen Systems (e1) sich von der Zahl (z2) der Impulserzeuger (12) des andern Systems (e2) um eins unterscheidet.

   3. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass die Impulserzeugersysteme mit elektromagnetisch wirkenden Impulserzeugern (fi, 12) versehen sind.

   4. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass als Impulserzeugersysteme Zahnkränze (e1, e2) mit ungleicher Zähnezahl dienen, wobei die Zähne (f1, 12) beim Umlauf der Welle den Magnetfluss in als feststehende Impuls empfänger dienenden Induktionsspulen (g1, g2) periodisch verändern und so als Impuls erzeuger wirken.

   5. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass als Impulserzeugersystem ein umlaufendes Magnettonband und als Impulsempfänger ein feststehender Abnahmekopf vorgesehen ist.

   6. Einrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Zeitmessgerät als Gerät für die Zählung der Anzahl von in der zu messenden Zeit ablaufenden Zeitintervallen vorgegebener Grösse ausgebildet ist.