DE1051544B

DE1051544B - Speed and direction indicators, especially for shipbuilding and rail vehicles

Info

Publication number: DE1051544B
Application number: DED27547A
Authority: DE
Inventors: Egon Schloesser
Original assignee: Deuta Werke GmbH
Current assignee: Deuta Werke GmbH
Priority date: 1958-03-05
Filing date: 1958-03-05
Publication date: 1959-02-26

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

PATENTSCHRIFT 1 051PATENT 1 051 ANMELDETAG:REGISTRATION DAY:

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF EDITORIAL:

AUSGABE DER PATENTSCHRIFT:ISSUE OF PATENT LETTERING:

DBP 1051544 kl. 42 ο 2/01 DBP 1051544 kl. 42 ο 2/01

INTERNAT. KL. G 0] ρ 5. MÄRZ 1958INTERNAT. KL. G 0] ρ MARCH 5, 1958

26. FEBRUAR 1959FEBRUARY 26, 1959

14. DEZEMBER 1961 WEICHT AB VONDECEMBER 14, 1961 DIVERS FROM

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

(D 27547 IXb/ 42 o)(D 27547 IXb / 42 o)

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehzahl- und Drehrichtungsanzeiger' unter Verwendung eines mehrphasigen Wechselstromgenerators mit mindestens zwei einem gemeinsamen Ankerpol zugeordneter und um 90° elektrisch versetzt angeordneter Spulen eines Stators sowie eines Gleichrichters, eines Meßinstrumentes und eines Mittels zur Erreichung der Drehrichtungsabhängigkeit der von dem Generator abgegebenen Spannungen, insbesondere für den Schiffsbau und für Schienenfahrzeuge.The invention relates to a speed and direction of rotation indicator using a multiphase AC generator with at least two associated with a common armature pole and Coils of a stator and a rectifier, a measuring instrument, arranged electrically offset by 90 ° and a means for achieving the dependency of the direction of rotation of the output from the generator Voltages, in particular for shipbuilding and rail vehicles.

Bei Maschinen, die insbesondere im Schiffsbau und bei Schienenfahrzeugen verwendet werden, ist es oft erwünscht, nicht nur deren Drehzahl, sondern auch deren Drehrichtung an Instrumenten ablesen zu können, die meist von den betreffenden Maschinen weit entfernt sind.It is often the case with machines that are used in particular in shipbuilding and rail vehicles desired to be able to read not only their speed, but also their direction of rotation on the instruments, which are usually far away from the machines in question.

Drehzahlen können bekanntlich dadurch gemessen werden, daß Gleich- oder Wechselstromgeneratoren benutzt werden, deren abgegebene Spannungen gemessen werden, da diese proportional der Drehzahl sind.As is known, speeds can be measured by using direct current or alternating current generators are used, the output voltages of which are measured, as these are proportional to the speed.

Bei der Verwendung eines Gleichstromgenerators und eines Drehspulinstrumentes mit dem Nullpunkt in der Skalenmitte ist es möglich, eine Anzeige zu erhalten, bei der das Anzeigeinstrument je nach der Drehrichtung des Generators nach der einen oder nach der anderen Seite ausschlägt. Auf diese Weise ist es möglich, die Bewegungsrichtung eines Fahrzeuges oder Schiffes mittels dieser Meßeinrichtung zu bestimmen.When using a direct current generator and a moving coil instrument with the zero point in the middle of the scale it is possible to obtain a display in which the display instrument depends on the The direction of rotation of the generator deflects to one side or the other. In this way it is possible to determine the direction of movement of a vehicle or ship by means of this measuring device determine.

Die Kohlebürsten eines Gleichstromgenerators unterliegen dem Verschleiß. Die Verwendung eines Gleichstromgenerators hat somit den Nachteil, daß dieser einer ständigen Wartung bedarf. Außerdem ist der Gleichstromgenerator teuer in der Herstellung.The carbon brushes of a direct current generator are subject to wear. Using a DC generator thus has the disadvantage that it requires constant maintenance. Also is the DC generator is expensive to manufacture.

Bei der Verwendung eines Wechselstromgenerators in Verbindung mit einem Gleichstrominstrument wird die Anwendung eines Gleichrichters notwendig. Auf diese Weise ist zwar eine Anzeige der Drehzahl möglich, jedoch nicht der Drehrichtung. Zur Drehrichtungsanzeige benutzt man in diesem Falle zusätzlich einen Umpolschalter, der über eine Reibungskupplung von der Tachometerwelle betätigt wird und entsprechend der Drehrichtung die gleichgerichtete Wechselspannung polt.When using an alternator in conjunction with a direct current instrument the use of a rectifier is necessary. In this way it is possible to display the speed, but not the direction of rotation. In this case, it is also used to indicate the direction of rotation a polarity reversal switch that is actuated by the speedometer shaft via a friction clutch and accordingly the direction of rotation of the rectified alternating voltage.

Der Wechselstromgenerator ist zwar billiger und einfacher im Aufbau, jedoch hat sich die Umpolvorrichtung als nicht betriebssicher erwiesen.The alternator is cheaper and simpler in construction, but the polarity reversal device has changed not proven to be operationally safe.

Weiterhin sind Schaltungsanordnungen bekannt, mit denen es möglich ist, unter Verwendung von Kondensatoren, Induktivitäten, Widerständen und Gleichrichtern die Spannungen eines mehrphasigen Wechselstromgenerators, z. B. eines zweiphasigen Wechselstromgenerators so zu verschieben, daß nach Gleichrichtung und Inreiheschaltung dieser Spannungen eine Drehzahl- und Drehrichtungsanzeiger,Furthermore, circuit arrangements are known with which it is possible, using capacitors, Inductors, resistors and rectifiers the voltages of a polyphase alternator, z. B. to move a two-phase alternator so that after rectification and series connection of these voltages a speed and direction indicator,

insbesondere für den Schiffsbauespecially for shipbuilding

und für Schienenfahrzeugeand for rail vehicles

Patentiert für:Patented for:

Deuta-Werke
vorm. Deutsche TachometerwerkeDeuta works
vorm. German speedometer works

G.m.b.H.,
Bergisch GladbachGmbH,
Bergisch Gladbach

Egon Schlößer, Leverkusen,
ist als Erfinder genannt wordenEgon Schlösser, Leverkusen,
has been named as the inventor

drehrichtungsabhängige Anzeige der Drehzahl möglich ist.Rotational direction dependent display of the speed is possible.

Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß zwischen dem Generator und dem Anzeigegerät Schaltmittel, wie z. B. Kondensatoren oder Induktivitäten und mehrere Widerstände, geschaltet und in dem Drehzahlgeber oder neben diesem angebracht werden müssen. Die Abmessungen des Wechselstromgenerators bzw. der gesamten Vorrichtung werden daher groß, und die Vielzahl der Schaltelemente führt zu einer erheblichen Betriebsunsicherheit.However, this arrangement has the disadvantage that switching means, such as B. capacitors or inductors and several resistors, connected and in the Tachometer or next to it must be attached. The dimensions of the alternator or the entire device are therefore large, and the plurality of switching elements leads to considerable operational uncertainty.

Es ist zwar bekannt, zur Erzielung von phasenverschobenen magnetischen Flüssen Kurzschlußringe zu verwenden. Dieses Prinzip ist z. B. in einem bekannten elektrischen Geschwindigkeits- und Wegstreckenmesser für Fahrzeuge verwirklicht, bei dem der Strom eines vom Fahrzeug angetriebenen elektrischen Generators die Induktionsspule eines Elektromagneten speist, der zwei Luftspalte mit hälftig geteilten Polschuhen mit einer Kurzschlußwicklung besitzt und bei dem durch jeden Luftspalt eine Aluminiumscheibe oder eine Glocke drehbar geführt ist. Hierdurch werden der Geschwindigkeitsanzeiger und das Wegstreckenzählwerk angetrieben.It is known to use short-circuit rings to achieve phase-shifted magnetic fluxes to use. This principle is z. B. in a known electric speed and odometer Realized for vehicles in which the current is an electric powered by the vehicle Generator feeds the induction coil of an electromagnet, which has two air gaps with half has split pole pieces with a short-circuit winding and an aluminum disc through each air gap or a bell is rotatably guided. This causes the speed indicator and the odometer driven.

109 746/432109 746/432

Bei diesem Gerät befinden sich die Kurzschlußwicklungen auf den Polschuhen eines außerhalb des Wechselstromgenerators befindlichen Elektromagneten. Die Abmessungen dieses Gerätes werden dadurch notwendigerweise groß. Eine Drehrichtungsanzeige unter gleichzeitiger Drehzahlangabe ist überdies bei den bekannten Meßwerken nicht möglich.In this device, the short-circuit windings are on the pole pieces outside of the Alternator located electromagnet. The dimensions of this device are thereby necessarily big. A direction of rotation display with simultaneous speed information is also included not possible with the known measuring mechanisms.

Erfindungsgemäß werden diese Nachteile bei Drehzahl- und Drehrichtungsanzeigern unter Verwendung eines mehrphasigen Wechselstromgenerators.,mit mindestens zwei einem gemeinsamen Ankerpol zugeordneter und um 90° elektrisch versetzt angeordneter Spulen eines Stators sowie eines Gleichrichters, eines Meßinstrumentes und eines Mittels zur Erreichung der Drehrichtungsabhängigkeit der von dem Generator abgegebenen Spannungen, insbesondere für den Schiffsbau und für Schienenfahrzeuge dadurch beseitigt, daß zur Erreichung der Drehrichtungsabhängigkeit der Spannungen je eine Spule eines Spulenpaares mit einem an sich bekannten Kurzschlußring versehen ist, die Spulenpaare um einen Anker gegensinnig angeordnet, diese getrennt in Reihe geschaltet und an gegeneinandergeschaltete Gleichrichter angeschlossen und die Gleichrichterausgänge mit dem Meßinstrument so verbunden sind, daß die bei einer Umdrehung des Ankers in den Spulen induzierten und infolge der Kurzschlußringe zusätzlich gegeneinander phasenverschobenen Spannungen durch Spannungsdifferenzmessung in dem Meßinstrument die Drehzahl und die Drehrichtung ergeben.According to the invention, these disadvantages are used in speed and direction indicators a polyphase alternator., with at least two associated with a common armature pole and coils of a stator and a rectifier arranged electrically offset by 90 °, one Measuring instrument and a means to achieve the direction of rotation dependence of the generator released voltages, in particular for shipbuilding and rail vehicles, thereby eliminated, that to achieve the direction of rotation dependence of the voltages each one coil of a coil pair is provided with a known short-circuit ring, the coil pairs are arranged in opposite directions around an armature, these are connected separately in series and on Rectifiers connected against each other and the rectifier outputs connected to the measuring instrument are connected so that the induced during one revolution of the armature in the coils and as a result of Short-circuit rings additionally phase-shifted voltages by measuring the voltage difference in the measuring instrument give the speed and the direction of rotation.

Vorzugsweise ist der Anker in üblicher Weise* als ein permanenter Anker ausgebildet. Dies hat den Vorteil, daß der erfindungsgemäße Drehzahl- und Drehrichtungsanzeiger außer dem permanenten Anker keine weiteren bewegten Teile besitzt.The anchor is preferably designed in the usual way * as a permanent anchor. This has the advantage that the speed and direction of rotation indicator according to the invention except for the permanent anchor has no other moving parts.

Zweckmäßigerweise wird als Meßinstrument in bekannter Weise ein Drehspulinstrument angeordnet, dessen Nullpunkt in der Mitte der Skala liegt und dessen jeweilige Ausschläge auf der linken oder rechten Skalenseite die Drehrichtung angeben.A moving coil instrument is expediently arranged as a measuring instrument in a known manner, whose zero point is in the middle of the scale and its respective deflections on the left or right Indicate the direction of rotation on the dial side.

Der Aufbau und die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Drehzahl- und Drehrichtungsanzeigers werden im folgenden an Hand einer als Beispiel dienenden Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.The structure and mode of operation of the invention The speed and direction of rotation indicators are shown below using an example Embodiment of the invention described in more detail with reference to the drawings.

In Fig. 1 sind radial um einen permanenten Anker mit den Polen N₁ S in der üblichen Weise die Pole 1, 2, 3, 4 eines Stators angebracht. Hierbei sind zwei Pole einem permanenten Ankerpol zugeordnet. Ein Statorpol ist jeweils mit' einem kräftigen kupfernen Kurzschlußring 5 versehen. In der in Fig. 1 dargestellten Form sind der Pol 1 und der Pol 2 dem Nordpol des Ankers zugeordnet und der Pol 3 und der Pol 4 dem Südpol. Die Pole 2 und 3 sind mit Kurzschlußringen 5 versehen. Sämtliche Pole sind mit den gleichen Wicklungen versehen und die Wicklungen der Pole 1 und 2 bzw. 3 und .4 sind getrennt in Reihe geschaltet. Die Spulen 1 und 2 bzw. 3 und 4 sind räumlich und elektrisch um 90° gegeneinander versetzt und die Spulenpaare 1, 2 und 3, 4 gegensinnig um den Anker angeordnet.In Fig. 1, the poles 1, 2, 3, 4 of a stator are attached radially around a permanent armature with the poles N ₁ S in the usual manner. Here, two poles are assigned to a permanent anchor pole. Each stator pole is provided with a strong copper short-circuit ring 5. In the form shown in FIG. 1, pole 1 and pole 2 are assigned to the north pole of the armature and pole 3 and pole 4 are assigned to the south pole. The poles 2 and 3 are provided with short-circuit rings 5. All poles are provided with the same windings and the windings of poles 1 and 2 or 3 and 4 are connected separately in series. The coils 1 and 2 or 3 and 4 are spatially and electrically offset from one another by 90 ° and the coil pairs 1, 2 and 3, 4 are arranged in opposite directions around the armature.

Bei einer Umdrehung des Ankers werden in den Spulen Spannungen erzeugt, die proportional der Drehzahl sind. Diese Spannungen wären um 90° gegeneinander phasenverschoben und könnten daher unter einem Winkel von 90° geometrisch addiert werden, wenn nicht durch die Kurzschluß ringe noch eine zusätzliche Phasendrehung erzwungen würde. Diese Phasendrehung ist abhängig von der Drehrichtung. With one revolution of the armature, voltages are generated in the coils that are proportional to the Speed are. These voltages would be 90 ° out of phase with one another and could therefore be added geometrically at an angle of 90 °, if not because of the short-circuit rings an additional phase rotation would be forced. This phase shift depends on the direction of rotation.

Dies geht aus folgendem hervor:This can be seen from the following:

In Fig. 2 bedeutet U₁ die Spannung der Spule 1In FIG. 2, U _{1 means} the voltage of the coil 1

und U₂ die Spannung der Spule 2. Die Phasenlage der Spannung U₂ wird durch die Kurzschlußringe um den Winkel φ₁ zusätzlich verschoben beim Linkslauf des Ankers und um den Winkel φ₂ beim Rechtslauf. Die beim Rechtslauf ergebende Summenspannung ist, wie aus Fig. 2 ersichtlich, größer als die beim Linkslauf.and U ₂ the voltage of the coil 2. The phase position of the voltage U ₂ is additionally shifted by the short-circuit rings by the angle φ ₁ when the armature rotates counterclockwise and by the angle φ ₂ when the armature rotates clockwise. As can be seen from FIG. 2, the total voltage resulting from clockwise rotation is greater than that from counterclockwise rotation.

Das Wicklungspaar 3 und 4 verhält sich ähnlich.The winding pair 3 and 4 behave similarly.

ίο Die oben geschilderten elektrischen Verhältnisse für die Spulen 1 und 2 sind infolge der gegensinnigen Anordnung der Spulenpaare 1, 2 und 3, 4 für die Spulen 3 und 4 vertauscht. Bei Rechtslauf des Ankers ist daher die Summenspannung U₁ in dem Spulenpäar 1, 2 größer als die Summenspannung U₁₁ in dem Spulenpaar 3, 4, während bei Linkslauf de*s Ankers U₁ kleiner ist als U_u. ίο The electrical relationships described above for coils 1 and 2 are reversed for coils 3 and 4 due to the opposing arrangement of coil pairs 1, 2 and 3, 4. When the armature rotates clockwise, the sum voltage U ₁ in the coil pair 1, 2 is greater than the sum voltage U ₁₁ in the coil pair 3, 4, while when the armature rotates counterclockwise, U _{1 is} less than U _u .

Die Summenspannungen U₁ und U₁₁ werden, wie aus Fig. 3 ersichtlich, in Gleichrichtern 6, 7 gleichgerichtet und gegeneinandergeschaltet, so daß es möglich ist, die Differenzspannung zur Anzeige auf einem Drehspulinstrument 8 zu benutzen, dessen Nullpunkt in der Skalenmitte liegt. Je nach der Drehrichtung des Ankers liegt der Ausschlag des Meßinstrumentes auf der linken oder rechten Skalenseite. Hierbei ist die Größe des Ausschlags ein Maß für die Drehzahl. In Fig. 4 ist eine als Beispiel dienende räumliche Anordnung der Elemente des erfindungsgemäßen Drehzahl- und Drehrichtungsanzeigers dargestellt.The sum voltages U ₁ and U ₁₁ are, as can be seen from Fig. 3, rectified in rectifiers 6, 7 and switched against each other, so that it is possible to use the differential voltage for display on a moving-coil instrument 8, the zero point of which is in the middle of the scale. Depending on the direction of rotation of the armature, the deflection of the measuring instrument is on the left or right side of the scale. The size of the deflection is a measure of the speed. 4 shows a spatial arrangement of the elements of the rotational speed and direction of rotation indicator according to the invention, serving as an example.

Der neue Drehzahl- und Drehrichtungsanzeiger ist einfach und daher billig im Aufbau, in seiner Ausführungsform mit dem permanenten Anker hat er außer diesem keine weiteren bewegten Teile, ist völlig wartungsfrei und daher für einen rauhen Betrieb geeignet, enthebt der Notwendigkeit, Kontakte oder Stromabnehmer zu verwenden und erhöht somit die Betriebssicherheit gegenüber bekannten Konstruktionen um ein Vielfaches.The new speed and direction of rotation indicator is simple and therefore cheap in construction, in its embodiment with the permanent anchor it has no other moving parts besides this, it is complete maintenance-free and therefore suitable for rough operation, eliminates the need for contacts or To use pantographs and thus increases the operational safety compared to known constructions by a multiple.

Claims

Patent claims:

1. Speed and direction of rotation indicator using a multi-phase alternator with at least two coils of a stator, a rectifier, a measuring instrument and a means to achieve the direction of rotation dependency of the voltages output by the generator, assigned to a common armature pole and electrically offset by 90 °, in particular for shipbuilding and for rail vehicles, characterized in that to achieve the direction of rotation dependence of the voltages one coil (2, 3) of a coil pair (1, 2 and 3, 4) is provided with a known short-circuit ring (5), the coil pairs around an armature arranged in opposite directions, these separately connected in series and connected to mutually connected rectifiers (6, 7) and the rectifier outputs are connected to the measuring instrument in such a way that the rings induced in the coils during one revolution of the armature and as a result of the short-circuit rings additionally phasenve against each other The shifted voltages give the speed and the direction of rotation by measuring the voltage difference in the measuring instrument.

2. speed and direction of rotation indicator according to claim 1, characterized in that the Armature is designed in the usual way as a permanent magnet.

3. speed and direction of rotation indicator according to claims 1 and 2, characterized in that a moving coil instrument is arranged as a measuring instrument in a known manner, the zero point in the middle of the scale and its respective deflections on the left or fencing side of the scale specify the direction of rotation.

Considered publications:

U.S. Patent No. 2,228,090; German Patent No. 800 707;

Book by Orth: "Technique of electrical measurements", Essen, 1955, pp. 33 and 35;

Book by Jahn: "The relay in practice", Minden, 1955, p. 17.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

809 767/132 2.59809 767/132 2.59