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Umdrehungsfernzähler für Gleichstrom Bei größeren Fahrzeugen, insbesondere
auf Schiffen, ist häufig der Wunsch vorhanden, nicht nur die minutliche Drehzahl
einer Welle, z. 13. der Schiffsschraubenwelle, fernanzuzeigen, sondern darüber hinaus
auch die Gesamtzahl der Umdrehungen während einer Fahrt mittels eines Fernzählers
an einem bequem zugänglichen Ort, z. B. der Brücke des Schiffes, kenntlich zu machen,
um hieraus den zurückgelegten Weg feststellen zu können.
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Es sind daher bereits verschiedene Arten von Fernzählern gebaut worden.
Die eine Bauart benutzt einen besonderen Kontaktgeber, der bei jeder oder nach einer
bestimmten Anzahl von Umdrehungen der zu messenden Welle einen Stromkreis für einen
kleinen Magneten im Empfängergerät schließt, der mittels Schaltklinke ein Zählwerk
bei jeder Kontaktgabe weiterschaltet. Diese Bauart hat den Nachteil daß die Schalteinrichtung
des Zählwerks sowohl als auch die des Gebers mechanisch der Dauerbeanspruchung voil
Millionen von Schaltungen schlecht standhält und daher nach verhältnismäßig kurzer
Zeit zu Störungen Anlaß geben kann. Außerdem sind besondere Leitungen zwischen Geber
und Empfänger erforderlich.
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Die zweite Bauart benutzt die der Drehzahl verhältnisgleichen Frequenzen
eines Wechsel- hzw. Mehrphasenstrom liefernden Tachometerdynamos dazu, um nicht
nur die minutliche Drehzahl anzuzeigen, sondern auch mittels eines frequenzabhängigen
Motors ein Zählwerk anzutreiben. Die Verwendung von Wechselstrom-Tachometerdynamos
ist jedoch ungünstig wegen der ungenauen Anzeige im Bereich der Nullage.
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Gegenstand der Erfindung ist eine Umdrehungsfernzählereinrichtung,
bei der die genannten Nachteile vermieden werden.
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Als Gebeeinrichtung wird der in der Regel zur Drehzahlmessung bereits
vorhandene Gleidlstrom-Tachometerdynamo benutzt. Sie hat zwar den Nachteil, daß
besondere Stromahnehmerbürsten verwendet werden müssen, die als Empfänger für die
Drehzahlmessung benutzten Drehspulinstrumente werden jedoch in hezug auf ihre Anzeigegenauigkeit.
insbesondere auch im Bereich der Nullage. bisher von keinem anderen Anzeigesystem
erreicht. weshalb die Gleichstromdrehzahlmessung bevorzugt verwendet wird. Als Empfänger
für die Umdrehungszählung kann man eine Integrationsvorrichtung verwenden. deren
Drehzahl der Spannung des Tachometerdynamos und damit der Drehzahl der zu messenden
Welle verhältnisgleich ist und die ihrerseits über ein passendes Getriebe ein Zählwerk
antreibt, das die zu messenden Umdrehungen angibt.
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In Fig. 1 ist eine solche Einrichtung einfachster Art dargestellt.
Der Gleichstrom-Tacbometerdynamo 1,
der über die Leitungen 13 und 14 z. B. noch einen
Drehzahlmesser speisen kann, speist über die Leitungen 11 und 12 einen Integrationsmotor
2 dessen Drehzahl der jeweils zugeführten Spannung verhältnisgleich ist, also etwa
einen Voltstundenzähler-Motor, der über ein passendes Untersetzungsgetriebe 3 das
Zählwerk 4 antreibt. Da die Spannung des Tachometerdynamos der Drehzahl der zu messenden
Welle verhältnisgleich ist, kann durch geeignete Wahl der Drehzahl des Motors 2
und des Getriebes 3 erreicht werden, daß durch das Zählwerk 4 die Gesamtzahl der
Umdrehungen nach einer bestimmten Zeit angezeigt wird.
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Eine Einrichtung dieser Art hat jedoch zwei Nachteile. Da der Motor
2 in jedem Falle ein gewisses Anlaufmoment besitzt, muß von dem Tachometerdynamo
eine gewisse Mindestspannung geliefert werden, bis der Motor anläuft. Auch dann
ist die Drehzahl des Motors der zugeführten Spannung noch nicht verhältnisgleich,
bis ein Drehzahlbercich erreicht ist, in dem die Eichkurve des Integrationsmotors
geradlinig verläuft. Ferner ist in dem gleichen Drehzahlbereich bzw. bevor der Motor
zum Anlaufen kommt. die elektromotorische Gegenspannung des Motorankers so gering,
daß dem Tachometerdynamo ein verhältnismäßig hoher Strom entnommen wird. Hierdurch
wird aber in diesem Drehzahlbereich auch die Eichkurve des Tachometerdynamos ungünstig
beeinflußt.
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In Fig. 2 ist daher eine verbesserte Anordnung dargestellt, bei der
diese Nachteile nicht vorhanden sind. Als Integrationsvorrichtung sind hier zwei
gleiche, gegenläufig miteinander über ein Differentialgetriebe gekuppelte Integrationsmotoren
vorgesehen, deren Drehzahl wiederum der ihnen zugeführten Spannung verhältnisgleich
ist. Bei Umdrehungszähleinrichtungen sind bereits Differentialgetriebe bekann, um
beispielsweise beim Zählen von Zugachsen
die Nullstellung eines
elelitrischen Impulszählers wieder herbeizuführen, wenn die zu vergleichende Auszählung
der ein- und auslaufenden Zugachsen denselben Wert ergibt. Durch das Differentialgetriebe
wirken die entsprechenden Zählimpulse in entgegengesetzter Richtung auf das Zählwerk.
Auch bei Verfahren, bei denen der Meßbereich einer Anzeigevorrichtung verändert
werden soll, werden Differentialgetriebe verwendet. Dies gilt beispielsweise in
den Fällen, in denen die Lage des Nullpunktes der Anzeigevorrichtung verändert werden
soll. Ähnliche Verhältnisse liegen vor, wenn die Aufgabe vorliegt, positive und
negative Meßwerte durch Spannungen gleicher Polarität zu übertragen.
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Der Erfindung liegt jedoch im Gegensatz zu diesen bekannten Anordnungen
die Aufgabe zugrunde, bei Verwendung von Tachodynamos lediglich das Anlaufwiderstandsmoment
des Empfangssystems auszuschalten, um damit auch bei kleinen Drehzahlen eine ausreichende
Anzeigegenauigkeit zu erhalten. Dies wird dadurch erreicht, daß eine Integrationsvorrichtung
vorgesehen ist, die aus einem gegenläufig über ein Differentialgetriebe gekuppelten
Integrationsmotorenpaar besteht, dessen einer Motor eine Drehzahl hat, die zu einer
ihn speisenden Fremdspannung in einem bestimmten Verhältnis steht, und dessen anderer
Ntotor eine Drehzahl hat, die im gleichen Verhältnis zu der ihn speisenden Summe
oder Differenz dieser Fremdspannung und der Spannung des Tachometerdynamos steht.
Damit ist die Drehzahl der dritten Welle des Differentialgetriebes der Spannung
des Tachometerdynamos und damit der Drehzahl der zu messenden Welle verhältnisgleich.
Bei gleicher Spannung haben beide Motoren die gleiche Drehzahl. Der in Fig. 2 dargestellte
Motor 5 wird von dem Tachometerdynamo 1 und zusätzlich von einer (nicht gezeichneten)
Gleichstromquelle so gespeist, daß sich die Summe oder auch die Differenz der beiden
Spannungen wie folgt ergibt: 1. von Plus der Gleichstromquelle über die Minusklemme
des Tachometerdynamos, dessen Plusklemme, Leitung 11, Motor 5, Leitung 15 nach Minus
der Gleichstromquelle.
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Der Motor 6 jedoch wird allein von der Gleichstromquelle gespeist:
2. von Plus der Gleichstromquelle über Leitung 12, Motor 6, Leitung 16 nach Minus
der Gleichstromquelle.
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Die beiden Motoren sind dabei, wie schon erwähnt, so geschaltet,
daß ihre Drehrichtung gegenläufig ist.
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Zweckmäßig beträgt die Spannung der Gleichstromquelle ein Mehrfaches
derjenigen, die der Tachometerdynamo bei der Höchstdrehzahl liefert.
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Die Achsen 51 und 61 der beiden Motoren 5 und 6 sind nun über das
Differentialgetriebe 7 miteinander gekuppelt. Die dritte Welle 8 des Differentials
treibt über das Untersetzungsgetriebe 3 wiederum das Zählwerk 4 an, das bei geeigneter
Wahl der Motordrehzahlen und der Übersetzungsverhältnisse die Gesamtzahl der Umdrehungen
nach einem bestimmten Zeitraum anzeigt.
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Da die Drehzahl der Motoren 5 und 6 der zugeführten Spannung verhältnisgleich
ist, so ist die Drehzahl des Motors 5
3. 111 = k (e + et) und die Drehzahl des Motors
6 4. lot2 = k-e.
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Hierbei ist e die Spannung der zusätzlichen Gleichstromquelle, Ct
die Spannung des Tachometerdynamos; k ist eine Konstante, die von der Bauart der
Motoren abhängt.
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Die Drehzahl der dritten Welle 8 des Differentialgetriebes 7 ist
dann 5. 713 = ' (81 - 2) = + k'ket = + g Ct.
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Die Konstante k' hängt hierbei vom Ubersetzungsverhältnis des Differentialgetriebes
ab.
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Die Drehzahl der Welle 8 ist also verhältnisgleich der Spannung des
Tachometerdynamos und damit der Drehzahl der zu messenden Welle. Das Pluszeichen
in Gleichung 3 und 5 gilt, wenn die Spannung des Tachometerdynamos zu derjenigen
der Gleichstromquelle addiert, das Minuszeichen, wenn sie von ihr subtrahiert wird.
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Der Vorteil der Anordnung nach Fig. 2 liegt auf der Hand. Es wird
einmal der durch das Anlaufmoment der Motoren entstehende Fehler vermieden, da die
Motoren dauernd durch die zusätzliche Gleichstromquelle gespeist werden, also dauernd
laufen.
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Ferner kann durch die zusätzliche Stromquelle der Integrationsmeßbereich
in einen Drehzahlbereich der Motoren verlegt werden, in dem die Eichkurve der Motoren
geradlinig verläuft, und schließlich ist in diesem Drehzahlbereiclt die gegenelektromotorische
Kraft der Motoranker bereits so groß, daß eine unzulässige Belastung des Tachometerdynamos
nicht mehr auftritt.
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PATENTANSPR SCHE 1. Umdrehungsfernzähler für Gleichstrom zum Anschluß
an einen von der Welle, deren Umdrehungen gezählt werden sollen, angetriebenen Gleichstrom-Tachometerdynamo,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Integrationsvorrichtung vorgesehen ist, die aus
einem gegenläufig über Differentialgetriebe gekuppelten Integrationsmotorenpaar
besteht, dessen einer Motor eine Drehzahl hat, die zu einer ihn speisenden Fremdspannung
in einem bestimmten Verhältnis steht, und dessen anderer Motor eine Drehzahl hat,
die im gleichen Verhältnis zu der ihn speisenden Summe oder Differenz dieser Fremdspannung
und der Spannung des Tachodynamos steht, so daß die Drehzahl der dritten Welle des
Differentialgetriebes der Spannung des Tachometerdynamos und damit der Drehzahl
der zu messenden Welle verhältnisgleich ist.