DE1056403B - Geraet zum Messen und Registrieren von Drehzahl- oder Geschwindigkeits-schwankungen an rotierenden Wellen oder linear bewegtem Gut - Google Patents

Description

Die Qualität eines Arbeitsproduktes ist oft in hohem Maße von der Gleichförmigkeit der Arbeitsgeschwindigkeit der Produktionsmasohinen. abhängig. Schwankungen der Arbeitsgeschwindigkeit führen z. B. zu Schwankungen der Maßhaltigkeit, Farb-Schwankungen, Empfindlichkeitsschwankungen und anderen Schwankungen der physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Produktes. Vorwiegend bei langsam laufenden Arbeitsmaschinen ist die Gefahr von Geschwindigkeitsschwankungen infolge kleiner Rotationsenergien groß. Die Ursachen für solche Schwankungen sind oft Drehmomentänderungen innerhalb des Bewegungssystems (meist Antrieb — Arbeitsprodukt — Bremsvorrichtung) z. B. als Folge von. nicht axialen L·agerungen. Achshemmungen,, Zahnradstößen, unrunden Wellen oder auch Drehzahlschwankungen des eigentlichen Antriebmotors. Da solche Schwankungen oft unvermutet auftreten und dann nicht selten zu Fehlproduktionen führen, ist die ständige Registrierung von Drehzahl- oder Geschwindigkeitsschwankungen an diesen Maschinen erforderlich. Nur so ist die Möglichkeit gegeben, solche Fehler sofort zu erkennen und beseitigen zu können.

Herkömmlich bekannte Drehzahlmesser, deren abgegebene Spannung, Strom oder Frequenz eine Funktion der Drehzahl oder Geschwindigkeit sind, eignen sich grundsätzlich auch zur Messung von Drehzahl- oder Geschwindigkeitsschwankungen, wenn die an den Drehzahlgebern zur Verfügung stehenden Schwankungsgrößen direkt in geeigneter Weise (z. B. durch Kompensation der- Grundspannung, durch Brückenmeßverfahren oder Frequenzvergleich) zur Anzeige gebracht werden.

Die nach solchen Verfahren bekannten Meßgeräte haben jedoch folgende Nachteile:

1. Die im allgemeinen interessierende relative Schwankung der Drehzahl oder Geschwindigkeit (z. B. in V») muß bei jeder Änderung der mittleren Drehzahl bzw. Geschwindigkeit aus dem Quotienten von absoluter Schwankung und mittlerer Drehzahl oder Geschwindigkeit neu errechnet werden.

2. Die im Interesse einer genügend großen Auflösung notwendigen Kompensationsspannungen, Vergleichsspannungen oder Vergleichsfrequenzen müssen langzeitig sehr konstant gehalten werden, da jede Abweichung von ihrem Sollwert Drehzahloder Geschwindigkeitsschwankungen vortäuscht, die das Meßergebnis fälschen.

3. Bei Änderung der mittleren Drehzahl oder Geschwindigkeit einer Maschine muß beispielsweise auch die Kompensation, der Frequenzvergleichgeber oder der Demodulator verstellt werden. Diese Verstellung kann dann besonders störend Gerät zum Messen und Registrieren
von Drehzahl- oder Geschwindigkeitsschwankungen an rotierenden Wellen
oder linear bewegtem Gut

Anmeilder:
Farbenfabriken Bayer Aktiengesellschaft, Leverkusen-Bayerwerk

Dr. Rudolf Müller, Leverkusen,
Friedmar Pöhler, Opladen,
und Dr. Gerhard Gäßler, Leverkusen,
sind als Erfinder genannt worden

sein und unter Umständen eine Messung sogar unmöglich machen, wenn vor allem kurzzeitige Drehzahl- oder Geschwindigkeitsschwankungen der Maschine registriert werden sollen und wenn gleichzeitig eine langzeitige, größere Drift der mittleren Drehzahl oder Geschwindigkeit vorhanden ist.

4. Kurzzeitige Drehzahl- oder Geschwindigkeitsschwankungen (innerhalb einer Umdrehung z. B. Zahnradstöße) kommen, obwohl sie von erheblichem Interesse sind, bei den seither üblichen Meßverfahren nicht zur Anzeige.
Darüber hinaus sind die erwähnten, herkömmlichen Drehzahlmesser zur. Messung von Drehzahl- oder Geschwindigkeitsschwankungen bei Drehzahlen unter etwa 10 U/min unbrauchbar, weil

a) in Verbindung mit herkömmlichen Gleichstromgebern (Gleichstromdynamo, Unipolarmaschine) die vom Geber abgenommene Gleichspannung sehr klein und vor allem inkonstant wird (z. B. durch die Welligkeit der Tachogleichspannung und die veränderlichen Übergangswiderstände der Abnahmesysteme),

b) in Verbindung mit herkömmlichen Wechselstromgebern (Wechselstromdynamo, magnetische Geber, optische Geber) die vom Geber abgenommenen Frequenzen entweder sehr tief Hegen oder bei Verwendung einer Frequenzübersetzung die bis heute erreichbare Präzision (Getriebe, Teilung) unzureichend ist.

Erfindungsgemäß werden die angeführten Nachteile dadurch behoben, daß einem an sich bekannten elektrischen Drehzahlmesser ein elektrisches Quotientennetzwerk nachgeschaltet ist, das den Schwankungs-

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Claims (2)

anteil der Ausgangsgröße des Drehzahlmessers mit dem Mittelwert der Ausgangsgröße des. Drehzahlmessers ins Verhältnis setzt und damit eine Ausgangsgröße liefert, die der relativen Drehzahl-, Winkelgeschwindigkeitsoder Geschwindigkeitsschwankung des Meßobjektes proportional ist. Der Drehzahlmesser in Verbindung mit einem Wechselspannungsgeber wird zweckmäßig so ausgeführt, daß die der Drehzahl proportionale Gleichspannung durch Integration von Impulsen gleicher Impulsfläche gewonnen wird. Die phasenmodulierten Impulse werden dabei von den Null durchgängen der Geberwechselspannung ausgelöst. Die der Drehzahl proportionale Gleichspannung ist weitgehend frei von S tor spannungen und Amplitudenschwankungen des Gebersignals. Wo es darauf ankommt, bei kleinen Geschwindigkeiten und Drehzahlen (etwa <C 10 U/min) Schwankungsfrequenzen bis etwa 30 Hz zu messen, lassen sich z. B. magnetische oder optische Wechselspannungsgeber mit fein unterteilten Teilscheiben verwenden. Die erforderliche Genauigkeit der Teilung kann z. B. bei einem magnetisierbaren Körper dadurch erreicht werden, daß der Körper während einer Umdrehung eine hochkonstante Drehgeschwindigkeit beibehält (z. B. mit Hilfe großer Schwungmassen) und dabei von einem Sprechkopf nach einem in der Magnettontechnik üblichen Verfahren lückenlos wechselmagnetisiert wird, wobei der Aufsprechstrom einem frequenzkonstanten Generator entnommen wird. Die theoretisch erreichbare absolute konstante Meßgenauigkeit des Verfahrens hängt damit allein ab von der Genauigkeit der Teilung, die nur einmal fest aufgebracht zu werden braucht und erfahrungsgemäß leicht auf z.B. <^ ± 0,5%o genau gebracht werden kann. Die Stufenfolge eines nach dem diskutierten Prinzip ausgeführten Beispiels zeigt das Blockschaltbild. Eine magnetisch sehr genau und fein unterteilte zylindrische Scheibe, die durch die zu messende Welle angetrieben wird (z. B. starr gekoppelt oder mittels Reibrad), induziert in einem Hörkopf eine Wechselspannung, die nach Verstärkung und Siebung einem Begrenzer zugeführt wird. Das danach nur frequenzmodulierte Signal wird nach weiterer Verstärkung einem elektromagnetischen Schalter eingegeben, der Impulse konstanter Impulsfläche mit einer Folgeufrequenz gleich der Geberfrequenz abgibt. Diese Impulse werden gleichgerichtet, aufintegriert, in einem Tiefpaß von Oberwellen befreit und einer Regelröhre zugeführt. Die hier anstehende Gleichspannung beinhaltet einmal in ihrer mittleren Größe Um die mittlere Geschwindigkeit der Meßwelle (— Mittenfrequenz der Hörkopf spannung), zum anderen in ihrer zeitlichen Änderung die Schwankung Us der Meßwelle (=Frequenzschwankung der Hörkopfspannung). Bei gleicher Gleichlaufgüte einer Maschine steigt mit zunehmender mittlerer Geschwindigkeit im gleichen Maße auch die Amplitude der absoluten Geschwindigkeitsschwankung. Um die gesuchte relative Geschwindigkeitsschwankung zu erhalten, wird in einer Regelröhre der Quotient UsJUm gebildet. Die Amplitude des am Anodenwiderstand der Regelröhre (Quotientenstufe) anstehenden Wechselspannungssignals ist jetzt direkt proportional der gesuchten Meßgröße in Prozentschwankung. Dieses Signal wird nun gleichspannungsfrei so weit verstärkt, daß die zur Aussteuerung eines Schnellschreibers notwendige Leistung zur Verfügung steht, wobei Schwankungen zwischen 0,01 und 10 Hz amplitudentreu übertragen werden. Eine besondere Schutzschaltung vermeidet Überlastungen des Schreibers sowie Fehlanzeigen durch schadhafte Frequenzgeber oder eingestreute Fremdspannungen, indem die (eingangsseitige) Geberspannung und die (ausgangssaitige) Anzagespannung ίο beim Überschreiten des Maximal- bzw. Minimalwertes die Anzeige des Gerätes sperren und dabei einen Zeitschalter auslösen, der die Anzeige nach etwa einer Minute freigibt und damit prüft, ob die Meßgrößen wieder im Meßbereich des Gerätes liegen. Dieser Zeitschalter sorgt-gleichzeitig dafür, daß die Einschwingzeitkonstante der i?C-Kopplung vor der Endstufe — die zur Übertragung tiefster Frequenzen mehrere Minuten betragen muß — durch Kurzschluß des Ladewiderstandes auf etwa 1 Minute verkürzt wird. Gegenüber bekannten Einrichtungen für ähnliche Meß aufgaben besteht der wesentliche Fortschritt in der Erstellung einer bedienungsfreien Betriebsmeßeinrichtung für die selbsttätige und direkte Registrierung von relativen Drehzahl- bzw. Gesohwindigkeits-Schwankungen in Prozent an rotierenden Wellen bzw. linear bewegtem Gut, besonders geeignet für geringe Geschwindigkeiten und Drehzahlen bis herab zu etwa 0,5 U/min (bei einem Magnetscheibendurchmesser von 200 mm), und zwar unabhängig von der mittleren Drehzahl oder Geschwindigkeit, die sich im ausgeführten Gerät z. B. über einen Bereich <Ξ 1 :6 ändern darf. Dieses Meßverfahren erlaubt die Registrierung sowohl sehr langer als auch sehr kurzer Schwankungsperioden stufenlos (z. B. bei Verwendung eines modernen Schnell Schreibers) zwischen etwa ^ 0,001 und 30 Hz. Die relative Genauigkeit des Verfahrens liegt bei gleich oder besser ± 10°/o vom Schreiberausschlag, wobei der feste absolute Fehler des Gerätes konstant unter ± 0,1% liegt. Durch Amvendung einer besonderen Schutzschaltung in dem Meßgerät werden eventuelle, durch einen Defekt verursachte Fehlanzeigen (z. B. am magnetischen Geber) vermieden. Bei tinzulässig hohen Schwankungen wird Alarm ausgelöst. Patentansprüche.-

1. Gerät zum Messen und Registrieren von relativen Schwankungen der Drehzahl oder Winkelgeschwindigkeit von rotierenden Wellen oder der Geschwindigkeit von linear bewegtem Gut unter Verwendung eines elektrischen Drehzahlmessers an einer einzigen Meßstelle, dadurch gekennzeichnet, daß dem Drehzahlmesser ein elekrisches Ouotientenmeßwerk in der Weise nachgeschaltet ist, daß Schwankungsamplitude und Mittelwert der Gleichspannung des Drehzahlmessers miteinander ins Verhältnis gesetzt werden.

2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Quotientenmeßwerk als Regelröhre ausgebildet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 895 625, 621409: deutsche Auslegeschrift Nr. 1015 246;
französische Patentschrift Nr. 1 031 025;

USA-Patentschriften Nr. 1 864 627, 2 602 837;
ATM-Blatt V 145-4.

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