DE1043879B - Vorrichtung zum Messen der Bewegung einer Welle - Google Patents

Vorrichtung zum Messen der Bewegung einer Welle

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DE1043879B DEI9432A DEI0009432A DE1043879B DE 1043879 B DE1043879 B DE 1043879B DE I9432 A DEI9432 A DE I9432A DE I0009432 A DEI0009432 A DE I0009432A DE 1043879 B DE1043879 B DE 1043879B
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Description

  • Vorrichtung zum Messen der Bewegung einer Welle Es ist eine Gebereinrichtung für das Frequenzfernmeßverfahren bekannt, bei dem die zu übertragende Meßgröße in eine mit ihr veränderliche Wechselstromfrequenz umgeformt und als solche übertragen und auf der Empfangsseite zur Anzeige gebracht wird, wobei die Wechsels.trom.frequenz durch einen umllaufenden Geberzähler für die fernzuübertragende Meßgröße erzeugt wird, der auf seiner Achse einen mit dieser umlaufenden Teil einer Steuereinrichtung trägt, die abhängig von der Stellung dieses Teiles gegenüber einem mit konstanter Geschwindigkeit umlaufenden Teil oder gegenüber einem mehrphasigen, mit Strömen entsprechender Phasenverschiebung erregten, in, den einzelnen Phasen gegeneinander räumlich versetzten Steuerungssystem eine nach Amplitude oder Phase veränderliche Steuerwirkung aufweist und in einer Abnahmevorrichtung eine elektrische Spannung liefert, die bei Stillstand des Zählers eine konstante Frequenz (Nullfrequenz) und bei Lauf des Zählers eine mehr oder weniger verschobene erhöhte oder erniedrigte Frequenz hat, je nach Drehzahl und Drehsinn des Zählers.
  • Bei einem für die Fernmeßübertragungen mit der zu übertragenden Meßgröße entsprechender Frequenz von Impulsen oder eines Wechselstromes bereits vorgeschlagenen Empfangsverfahren findet eine selbständige Kompensation statt, wobei ein Zähler, vorzugsweise ein Amperestundenzähler, in seiner Drehzahl so geregelt wird, daß er genau die vom Geber zu übertragende Frequenz ebenfalls erzeugt und zu diesem Zweck eine Stromgröße, vorzugsweise einen Strom oder eine Spannung, zugeführt erhält, die auch für die Anzeige benutzt wird und aus zwei Teilgrößen zusammengesetzt ist, von denen die erste der empfangenen Frequenz angenähert proportional und so bemessen ist, daß sie auch unter den ungünstigsten Verhältnissen immer in einem vorgeschriebenen Höchst oder Mindestverhältnis zu der insgesamt notwendigen Steuergröße bleibt, während die zweite Teilgröße additiv oder subtraktiv die erste zu dem genau richtigen Wert ergänzt und aus dem Vergleich der Phasen der beiden vom Geberzähler und vom geregelten Zähler stammenden Impulsfolge oder Wechselspannungen gewonnen wird.
  • Ferner ist ein Verfahren zurr Fernübertragung der Umlaufgeschwindigkeit und der Drehrichtung von Wellen, insbesondere der Wellen von Zählern durch Impulszeichen bekannt, deren Zahl in der Zeiteinheit der fernzuübertragenden Umlaufgeschwindigkeit proportional ist, wobei jedes Impulszeichen aus zwei Teilimpulsen besteht, die sich durch ihre Beschaffenheit voneinander unterscheiden und deren von der Drehrichtung abhängige Reihenfolge zur Anzeige der Drehrichtung benutzt wird. Eine für dieses Verfahren vorgesehene Vorrichtung bewirkt, daß die umlaufende Welile je nach ihrer Drehrichtung zuerst die Aussendung eines Impulses mit einer höheren Frequenz und dann eines Impulses mit niedriger Frequenz bewirkt, oder umgekehrt.
  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Bewegung einer Welle in einer vorbestimmten Richtung mittels eines Impulszählers unter Verwendung einer Vielkathodenröhre, welchem durch die Wellenbewegung erzeugte Impulse zugeführt werden, deren zeitliche Folge die Zählrichtung bestimmt.
  • Bei den weiter oben beschriebenen Vorrichtungen dieser Art war es nicht möglich, zwischen den e,inzeilnen erzeugten Impulsen zu unterscheiden, wenn die Welle in der einen oder in der anderen. Richtung umläuft, da bei den bekannten Vorrichtungen die Gesamtbewegung der Welle aufgezeichnet oder angezeigt wurde, gleichgültig ob sie vorwärts oder rückwärts läuft oder sogar hin- und herschwingt.
  • Wohl ist eine auch den Rücklauf anzeigende Vorrichtung bekannt, bei der Impulse erzeugt werden, die um 90° phasenverschoben sind; da die Phasenlage sich mit der Drehrichtung ändert, dient eines von den beiden vorgesehenen Signalen dazu, richtungsempfindliche Signale zu erzeugen, die in der Zählrichtung subtrahieren, wenn der Impulserzeuger seine Drehrichtung ändert. Diese Anordnung hat den Nachteil, daß sich steigernde Unzulänglichkeiten auftreten können, wenn die Welle schwingt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Messen der Bewegung einer Welle zu schaffen, mittels der in einwandfreier Weise die Umlaufbewegung in der einen Richtung oder in der anderen Richtung zum Addieren oder Subtrahieren genau bestimmt werden kann.
  • Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß erfindungsgemäß die Impulse durch die Wellenbewegung in zwei getrennten, in sich gleichartigen, zeitlich zueinander geringfügig versetzten Reihen erzeugt werden, wobei jeder Impuls der einen Reihe zeitlich den entsprechenden Impuls der anderen Reihe überlappt und die Phasenlage der beiden Reihen bei entgegengesetzter Drehrichtung der Welle umgekehrt wird, die Impulse der einen Reihe stets auf einem Leiter und die Impulse. der-anderen Reihe stets auf einem anderen Leiter dem Zähler zugeführt werden und daß die Überlappung. des einen Impulses der einen Reihe durch den entsprechenden Impuls der anderen Reihe den. Zählerin Abhängigkeit von der Drehrichtung der Welle veranlaßt, in einem Falle zu addieren und im anderen Falle zu subtrahieren.
  • Die überlappungszeit eines Impulses der einen Reihe mit dem entsprechenden Impuls der anderen Reihe kann im Vergleich zur Impulsdauer kurz sein; außerdem ist es zweckmäßig, daß die Dauer der Pause zwischen zwei sich überlappenden Impulsen und die Dauer jedes Impulses ungefähr gleich sind.
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt.
  • Fig. 1, 2 und 3 zeigen ein optisches System zur Erzeugung von Impulsen; Fig. 4 und 5 lassen die sich überlappenden Impulse erkennen bei mit gleichbleibender Geschwindigkeit in einer oder der anderen Drehrichtung umlaufenden Welle; Fig. 6 zeigt ein Schaltschema des Impulszählers. Eine Welle 1 (Fig. 1), deren Winkelbewegung bestimmt werden soll, trägt eine durchsichtige Scheibe 2, beispielsweise aus Glas oder durchsichtigem plastischem Material, die sich zusammen mit der Welle dreht. Die Scheibe ist derart angeordnet, daß ihr Drehmittelpunkt mit der Rotationsachse der Welle zusammenfällt; die Welle und die Scheibe bewegen sich mit der gleichen _ Winkelgeschwindigkeit. Gewünschtenfalls kann die Scheibe an einer anderen Stelle angeordnet sein und ist durch ein Zahnradgetriebe od. dgl. mit der Welle verbunden, so daß sie sich nach Wunsch mit einer größeren oder geringeren Winkelgeschwindigkeit als die Welle bewegt. Die Scheibe 2 besitzt radiale, nicht durchscheinende Abschnitte 7, die durch Ätzen oder auf photographischem Wege auf der Scheibe angeordnet werden können und welche durch durchscheinende Abschnitte 6 voneinander getrennt sind. Das Verhältnis der Breite der lichtdurchlässigen Abschnitte 6 zu den nicht lichtdurchlässigen Abschnitten 7 beträgt z. B. 1 : 14. Auf der einen Seite der Scheibe ist eine Lichtquelle 3 zur Aussendung eines zur Drehachse parallelen Lichtstrahles vorgesehen; auf der anderen Seite der Scheibe befinden sich zwei lichtempfindliche Vorrichtungen, beispielsweise photoelektrische Zellen 5, wobei zwischen der Scheibe 2 und. der lichtempfindlichen Vorrichtung 5 ein Teil 4 mit abwechselnd- durchsichtigen und undurchsichtigen Abschnitten angeordnet ist.
  • In Fig. 3 sind die Abschnitte dargestellt; diese Figur läßt auch die Anordnung des Teiles 4 mit Bezug auf die Abschnitte der Scheibe von der Seite erkennen, auf der die lichtempfindlichen Vorrichtungen angeordnet sind. Diese Fig. 3 zeigt einen Teilausschnitt des Randes der Scheibe 2, wobei der Teil 4 parallel zur Scheibe 2 liegt. Beispielsweise beträgt der Durchmesser der Scheibe 127 mm. Der Teil 4 ist derart angeordnet, daß bei einer vollen Umdrehung der Scheibe 2 jeder lichtdurchlässige Abschnitt 6 und nicht lichtdurchlässige Abschnitt 7 der Scheibe 2 an sämtlichen lichtdurchlässigen, 10, 12, und nicht lichtdurchlässigen Abschnitten 11, 13 des Teiles 4 vorbeigeht. Die Abschnitte 8 des Teiles 4 sind abwechselnd lichtdurchlässig, 10, und nicht lichtdurchlässig, 11, und die Abschnitte 9 des Teiles 4 sind ebenfalls "abwechselnd lichtdurchlässig, 12, und nicht lichdurchlässig, 13.
  • Die Markierungen auf der Scheibe und die festen Markierungen des Teiles 4 und die Anordnung der verschiedenen Sätze der Markierungen zueinander sind derart angeordnet, daß, wenn die Scheibe gleichförmig umläuft, die Perioden, während denen jede Zelle belichtet und die Perioden, während denen keine Zelle belichtet wird, etwa gleich sind und daß infolgedessen auch jede Elektrode des mehrkathodigen gasgefüllten Zählrohres, d. h. dessen Leiter und Kathoden, etwa die gleiche Zeit lang glühen.
  • Eine derartige Anordnung hat sich als vorteilhaft erwiesen, weil hierdurch die beste Ausnutzung der Zählvorrichtung erzielt wird. Die lichtdurchlässigen Abschnitte 10 des Teiles 4 sind viermal so breit wie die lichtdurchlässigen Abschnitte 6 der Scheibe 2 und die nicht lichtdurchlässigen Abschnitte 11 des Teiles 4 sind entsprechend schmaler, so daß die Gesamtbreite von 10 plus 11 die gleiche .ist wie die Gesamtbreite von 6 plus 7, Die Abschnitte 12 und 13 sind ebenso breit wie die endsprechenden Abschnitte 10 und 11. Die beiden Markierungssätze 8 und 9 sind so mit Bezug aufeinander in Richtung des Umlaufs der Welle 2,wie aus Fig.3 hervorgeht, angeordnet, daß Punkte auf 8 von den entsprechenden Punkten auf 9 durch ein Mehrfaches der Breite von 6 plus 7 plus einem Betrag entfernt sind, der der Breite eines Teiles 10 plus drei Viertel der Breite eines Teiles 6 entspricht. Die beiden lichtempfindlichen Vorrichtungen 5 sind eine hinter den Abschnitten 8 und eine hinter den Abschnitten 9 angeordnet.
  • Wenn die Scheibe im Gegensinn des Uhrzeigers umläuft, und zwar in Blickrichtung der lichtempfindlichen Zellen 5 und aus der in Fig. 3 gezeigten Stellung, bei der die durchsichtigen Abschnitte 10 des Teiles 4 von den entsprechend durchsichtigen Teilen 6 der Scheibe 2 überquert werden, werden die lichtdurchlässigen Abschnitte 12 des Teiles 4 zur gleichen Zeit durch die nicht lichtdurchlässigen Abschnitte 7 der Scheibe 2 überquert. Die eine lichtempfindliche Vorrichtung 5 wird hierbei also belichtet, während die andere nicht belichtet wird, und zwar his die durchsichtigen Abschnitte 6 -der Scheibe 2 die durchsichtigen Abschnitte 12 des Teiles: 4 erreichen, bevor also die Abschnitte 6 vollständig an den Abschnitten 10 vorbeigelaufen sind; darauf werden dann beide lichtempfindliche Vorrichtungen 5 belichtet. Bei der dargestellten Anordnung werden beide lichtempfindliche Vorrichtungen 5 gleichzeitig eine solche Zeit belichtet, die bei dem gewählten Beispiel etwa ein Zwanzigstel der Gesamtzeit beträgt, die eine lichtempfindliche Vorrichtung 5 beim gleichmäßigen Umlauf de-r Scheibe belichtet ,wird.
  • Wenn die nicht lschtdurchfläss.igen Abschnitte 7 der Scheibe 2 sich quer über die lichtdurchlässigen Abschnitte 10 des feststehenden. Teiles 4 bewegen, wird die andere lichtempfindliche Vorrichtung 5 nur so lange belichtet, bis bei einer Weiterbewegung der Scheibe 2 beide lichtdurchlässige Markierungssätze 10 und 12 des Teiles 4 von nicht durchlässigen Abschnitten der Scheibe 2 überdeckt werden. Nach einer @'Veiterdrehung der Welle beginnt sich der lichtdurchlässige Abschnitt 6 der Scheibe 2 am lichtdurchlässigen Abschnitt 10 vorbei.zubewegen, und das Belichtungsspiel wiederholt sich. Wenn die Scheibe 2 sich in der entgegengesetzten Richtung bewegt, findet eine ähnliche Folge der Abläufe statt, jedoch erfolgt hierbei die gleichzeitige Belichtung bzw. das Überlappen, wenn das Traversieren der Abschnitte 12 fast beendet ist und das Traversieren der Abschnitte 10 beginnt.
  • Die Fig.4 und 5 lassen die Reihenfolge der verstärkten und verformten Impulse erkennen, die entstehen, wenn die Scheibe2 erst in einer Richtung und dann in der entgegengesetzten Richtung umläuft. Eine Linie A zeigt eine Impulsreihe auf, welche beim Ansprechen der ersten lichtempfindlichen Vorrichtung 5 erzeugt wird, eine Linie B die Impulsreihe, welche leim Ansprechen. der zweiten lichtempfindlichen Vorrichtung 5 entsteht.
  • Es ist ersichtlich, daß sich die Impulse, welche bei Belichtungen der lichtempfindlichen Vorrichtung 5 entstehen, auf etwa einem Zwanzigstel ihrer Länge überlappen. Aus Fig. 4 ist ersichtlich, daß die Impulsreihe A aus Impulsen besteht, die sich mit Impulsen der Reihe B überlappen, worauf eine Impulspause folgt. Fig.5 läßt eine ähnliche Reihe erkennen, bei der Impulse B Impulsen A vorangehen. Die Fig. 4 und 5 lassen auch die Zeitdauer der Impulse erkennen; die Zeit, während der kein Impuls auftritt, ist ungefähr die gleiche. Dies bedeutet, daß bei gleichmäßiger Scheibenbewegung die Elektroden der Zählröhre etwa die gleiche Zeit ansprechen.
  • Die Impulse werden vorzugsweise verstärkt und rechteckig verformt; in dieser Form werden sie der Zählröhre zugeführt. Die Impulse der einen lichtempfindlichen Vorrichtung 5 werden einem Leiter G 1 der Zählröhre Z'7 (Fig. 6) zugeführt, und die Impulse der anderen lichtempfindlichem Vorrichtung 5 werden dem anderen Leiter G 2 der Zählröhre h 7 zugeführt. Auf diese Weise werden, wenn die Welle in der Richtung umläuft, im der die Impulse addiert werden sollen, überlappende Paare von Impulsen, wie sie in Fig. 4 dargestellt sind, erzeugt, und der erste Impuls jedes Paares isst derart angeordnet, daß er den ersten Leiter G 1 zuerst erreicht; demzufolge addiert die Zählvorrichtung. Wenn die Welle in der entgegengesetzten Richtung umläuft, erreicht der erste Impuls jedes Paares der überlappenden Impulse den zweiten Leiter G2 zuerst; demzufolge subtrahiert die Zähl-. vorrichtung.
  • In Fig. 6 ist ein Schaltbild dargestellt, das das Verfahren erkennen läßt, durch das die Impulse aus der lichtempfindlichen Vorrichtung5 einer Mehrkathodenvorrichtung h7 zugeleitet werden. In diesem Diagramm sind V 1 und. Ir 2 die lichtempfindlichen Vorrichtungen, Tl3 und V 4 Verstärkerröhren, Tl5 und h6 sind gleichstromgekopp.elte Doppeltrioden-Schaltkreise, und V7 ist ein Mehrkathodenzählrohr.
  • Die aus V1 kommenden Impulse werden dem Verstärker Ir 3 zugeleitet, und die Impulse des Verstärkers werden der Formvorrichtung V5 zugeführt. Die rechteckig ausgebildeten Impulse aus V5 werden G 1 zugeleitet, das den ersten Leiter der Zählvorrichtung h7 darstellt. Impuls,. aus V2 werden gleichartig behandelt und G 2 zugeführt, welches den zweiten Leiter der Zählvorrichtung V7 darstellt.
  • Wenn ein besonders starkes Signal aus der lichtempfindlichen Vorrichtung verfügbar ist, können entweder die Verstärker h3 und h4 oder die Kreise h5 und V6 weggelassen «-erden. Unter diesen Bedingungen werden die Verstärker je einen rechteckig ausgebildeten Impuls liefern, um die Zählvorrichtung Tl7 in Tätigkeit zu setzen. Im allgemeinem hat es sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, sowohl Verstärker als auch impulsformende Kreise dazu zu verwenden, um die Impulse zum Betrieb der Zählvorrichtung abzuleiten. Die Impulserzeugung kann in an sich bekannter Weise auch auf induktive oder kapazitive Weise erfolgen.
  • Die Anordnung nach der Erfindung kann. beispielsweise dazu verwendet werden, die Länge eines Materials, beispielsweise einer Papier-, Stoff- oder Filmbahn, anzuzeigen oder aufzuzeichnen, die über eine Rolle läuft, oder die Bewegung einer Welle von einem Punkt zu einem anderen Punkt anzuzeigen oder aufzuzeichnen, beispielsweise in einer Wägemaschine.
  • Es ist einleuchtend, daß der Gegenstand der Erfindung ohne Abänderung zur Fernübertragung verwendet werden kann; dies kann, unter Umständen von Vorteil sein, beispielsweise beim Abwägen von staubigen Stoffen, wo es erwünscht ist, daß die Zählvorrichtung in einer staubfreien Atmosphäre arbeitet. Die Zählröhre kann mit einer Druckvorrichtung verbunden sein.
  • Bei Verwendung des Gegenstandes der Erfindung für eine Wäagemaschine kann die Anzeige durch eine Scheibe ersetzt werden oder die Welle kann neben dem Anzeiger noch eine solche Scheibe tragen. Da die Scheibe keinen größeren Durchmesser als etwa 125 mm aufzuweisen braucht, kann sie sehr leicht ausgeführt werden, so daß das freie Arbeiten der Wägemaschine nicht behindert wird; dabei können in einem Wägevorgang die Brutto-, Tara- und Nettogewichte bestimmt werden. Durch den Gegenstand der Erfindung ist es demnach möglich, eine verbesserte Wägevorrichtung zu erstellen, welche um den Gleichgewichtspunkt pendeln kann, ohne daß hierdurch Fehler hinsichtlich des angezeigten oder aufgezeichneten Gewichtes eintreten.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Vorrichtung zum Messen der Bewegung einer Welle in einer vorbestimmten Richtung mittels eines, Impulszählers unter Verwendung einer Vielkathodenzählröhre, welchem durch die Wellenbewegung erzeugte Impulse zugeführt werden, deren zeitliche Folge die Zählrichtung bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulse durch die Wellenbewegung in zwei getrennten, in sich, gleichartigen, zeitlich zueinander geringfügig versetzten Reihen .erzeugt werden,, wobei jeder Impuls der einen Reibe zeitlich dein entsprechenden Impuls der andren Reihe überlappt und die Phasenlage der beiden Reihen bei entgegengesetzter Drehrichtung der Welle umgekehrt wird, die Impulse der einen. Reihe stets auf einem Leiter (G 1) und die Impulse der anderen Reihe stets auf einem anderen Leiter (G 2) dem Zähler zugeführt werden und daß die Überlappung des einen Impulses (A) der einen Reihe durch den entsprechenden Impuls (B) der anderen Reihe den Zähler in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Welle veranlaßt, in einem Falle zu addieren und im anderen Falle zu subtrahieren. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die überlappungäveit eines Impulses der einen Reihe mit dem entsprechenden Impuls der anderen Reihe im Vergleich zur Impulsdauer kurz ist. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer der Pause zwischen zwei sich überlappenden Impulsen und die Dauer jedes Impulses ungefähr gleich sind. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, d-aß die Impulse vor Weitergabe am, die Zählröhre in an sich bekannter Weise verstärkt und/oder in Rechteck .impulse verformt werden. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 891371, 758 268, 709116, 398 789, 410 677, 607 749, 895 266.
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