DE1170673B

DE1170673B - Verfahren zur Aufnahme der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie und Messeinrichtung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1170673B
Application number: DEL37265A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Paul Vaske
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1960-10-14
Filing date: 1960-10-14
Publication date: 1964-05-21

Description

Verfahren zur Aufnahme der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie und Meßeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein vereinfachtes und im ganzen Hochlaufbereich einwandfrei messendes Verfahren zur Aufnahme der dynamischen Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie.
Es ist bekannt, die statische Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie mit Pendelbremsen und ähnlichen Anordnungen aufzunehmen. Dieses Verfahren ist zeitaufwendig nicht nur durch das punktweise Aufnehmen, sondern auch wegen der einzulegenden Arbeitspausen zur Abkühlung der Wicklungen. Die so gemessene »statische Kennlinie« stimmt meist mit der tatsächlich beim Hochlauf im Betrieb auftretenden »dynamischen Kennlinie« nicht überein. Es werden nur die stationären, mittleren Drehmomente gemessen. Pendelmomente oder andere flüchtige Drehmomente werden nicht erfaßt. Dazu müssen die Drehmomente mit Beschleunigungsmesser abhängig von der Zeit gemessen werden.
Eine Art der bekannten Beschleunigungsmesser stellt jedoch ein schwingungsfähiges Gebilde mit störenden Eigenfrequenzen dar und ist daher schwierig zu verwenden. Außerdem verfälschen die Einschaltvorgänge und Kontaktwiderstände, über die die Meßspannungen abgenommen werden müssen, das Ergebnis. ähnliches gilt für die Drehmomentmesser, die die gegenseitige Verschiebung von Wellenelementen infolge der Torsionsbeanspruchung zur Anzeige des Drehmomentes benutien. Sie brauchen eine zusätzliche Bremse und haben gleichfalls störende Eigenschwingungen.
Andererseits wurde schon eine Einrichtung zur selbsttätigen Aufzeichnung der dynamischen Drehmomentkennlinie vorgeschlagen, bei der über eine stroboskopisch-fotoelektrische Drehzahlmessung verlustlos eine der Drehzahl proportionale Frequenz erzeugt, diese in eine Gleichspannung umgeformt und einmal direkt und einmal über ein Differenzierglied einem aufzeichnenden Meßgerät zugeführt wird. Das Differenzierglied hat dabei die Aufgabe, die Drehzahl in ein Beschleunigungsmoment umzuformen. Diese Einrichtung ist zu aufwendig; außerdem machen sich in der Nähe des Stillstandes Frequenzfehler und bei starken Beschleunigungen Verzögerungsfehler bemerkbar.
Grundsätzlich ist das Beschleunigungsmoment einer hochlaufenden Maschine durch die Ableitung der Drehzahl n nach der Zeit t zu ermitteln. Sind die Belastungsmomente der Maschine vernachlässigbar klein, so wird das gesamte Drehmoment M in Beschleunigung für das Trägheitsmoment e umgesetzt.
Es gilt dann: das M=O dt oder auch M = c dn , dt wenn mit oo die Winkelgeschwindigkeit bezeichnet wird. c erweist sich als eine aus Trägheitsmoment und Radius bestimmte Konstante.
Während des Hochlaufes ist n=f(t) aufzunehmen.
Die Ableitung dn t, die, wie erwähnt, elektrisch durch d t ein Differenzierglied gebildet werden kann, ist ein Maß für M=f(t) oder M=f(n).
Die einwandfreie Messung der Drehzahl bereitet jedoch Schwierigkeiten. Die hierfür meist verwendeten Gleichstromgeneratoren haben wegen der endlichen Kollektorlamellenzahl einen drehzahlabhängigen Oberschwingungsgehalt in der abgegebenen Spannung. Dadurch werden Drehmomentschwingungen vorgetäuscht. Außerdem ist das Meßobjekt mit dem Gleichstromgenerator zu kuppeln. Das ist insbesondere für Kleinmotoren ein nicht mehr zu vernachlässigendes Belastungsmoment.
Weiterhin sind zur Messung der Drehzahl bzw. der Drehbeschleunigung auf dem elektrodynamischen Prinzip beruhende Einrichtungen bekanntgeworden, die die Wirkungen eines Querfeldes ausnutzen.
F i g. 1 und 2 zeigen die prinzipielle Wirkungsweise.
Der Hohlzylinder 10 kann sich in dem Luftspalt, der durch den äußeren Ständerteil 11 und den inneren Ständerteil 13 gebildet wird, drehen. Wird die Erregerwicklung 12 von einem Wechselstrom i1 durchflossen, entsteht in der Meßspule 14 eine Wechselspannung, deren Effektivwert der Drehzahl proportional ist. Bei Gleichstromerregung nach Fig. 2 mit dem Strom I3 ist da gegen die Spannung der Meßspule 14 oder einer anderen Meßeinrichtung für das Querfeld der Drehbeschleunigung proportional. Man kann damit mit dem gleichen Meßsystem nur durch Anderung der Erregerart sowohl Drehzahl als auch Drehbeschleunigung messen.
Um zu einem sowohl möglichst verlustlosen als auch fehlerarmen Verfahren und zu einer einfachen Meßeinrichtung zu kommen, wird nach der Erfindung ein Verfahren zur Aufnahme der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie vorgeschlagen, bei dem auf dem Wege elektrodynamischer Drehzahl- und Drehbeschleunigungsmessung an einem vom Meßobjekt angetriebenen Sekundärteil, einem Läufer. gleichzeitig ein Meßsystem die Drehzahl, ein zweites die Drehzahlbeschleunigung mißt und beide gemessenen Werte laufend einem Koordinatenschreiber zugeführt werden. Zu diesem Verfahren werden die beiden in F i g. 1 und 2 prinzipiell dargestellten Meßsysteme in sich vereinigt. Beide Meßsysteme sind in ihrer grundsätzlichen konstruktiven Ausführung gleich. Von einer Erregerwicklung wird über einen vom Meßobjekt angetriebenen Sekundärteil eine elektrisch 90° zur Erregerwicklung liegende Meßwicklung induziert. Das eine Meßsystem wird mit Wechselstrom bestimmter Frequenz, das andere mit Gleichstrom erregt. Beide Erregerflusse durchsetzen den vom Meßobjekt angetriebenen Sekundärteil.
In den Fig. 3 bis 5 ist prinzipiell ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung dargestellt, und zwar zeigen F i g. 3 und 4 das Meßsystem in zwei zueinander senkrechten Ansichten, F i g. 5 den prinzipiellen Aufbau der Meßeinrichtung und Fig. 6 die Wirkschaltung zur Darstellung der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie.
Das Meßsystem nach Fig. 3 und 4 ist im Vergleich zu den die Wirkung erläuternden Darstellungen nach F i g. 1 und 2 aus Gründen der Verkettung der Flüsse und des gesamten Aufbaues der Meßeinrichtung vorteilhaft umgeformt. Die Erregerwicklung 20 und die Meßwicklung 18 sind auf zwei getrennten, senkrecht zueinander stehenden Magnetrahmen 16, 19 und 17 angeordnet, und zwar so, daß der Luftspalt des Magnetrahmens 17 mit der Meßwicklung 18 innerhalb des Magnetrahmens 16, 19 mit der Erregerwicklung liegt. Dieser Magnetrahmen ist durch seinen Luftspalt in die beiden Joche 16 und 19 getrennt. Läufer in den Luftspalten bzw. angegetriebener Sekundärteil ist eine Scheibe 15, deren Drehachse außerhalb und parallel zur Ebene des Magnetrahmens 16, 19 mit der Erregerwicklung verläuft in einem solchen Abstand, daß diese Ebene die Scheibe 15 nach einer Sehne schneidet. Der Magnetrahmen der Erregerwicklung wird also durch die Scheibe 15 in die beiden U-förmigen Joche 16 und 19 geteilt. Damit durchsetzt der Erregerfluß die Scheibe 15 zweimal, und zwar zu beiden Seiten des Luftspaltes des Magnetrahmens 17 mit der Meßwicklung 18, d. h., der induzierte Pol liegt zwischen zwei Erregerpolen.
Die beiden Magnetrahmen und insbesondere die Erregerspule 20 und die Meßspule 18 sind durch Abstand und Lage zueinander vorteilhaft gegeneinender gut entkoppelt.
F i g. 5 zeigt prinzipiell den durch die Ausführung der Meßsysteme möglichen vorteilhaften Aufbau der ganzen Meßeinrichtung. Die Grundplatte 21 trägt die Führungsschiene 22 mit der in ihr senkrecht verschiebbaren und feststellbaren Trägerleiste 23. Sie kann auf die Wellenachse des Meßobjektes zentriert werden. Die Trägerleiste 23 trägt oben den Beschleunigungsmesser 24 und unten den Drehzahlmesser 25.
Beide sind nach F i g. 3 und 4 aufgebaut und durch die Spindel 26 auf die verschiedenen Scheibendurchmesser einstellbar. Beschleunigungsmesser 24 und Drehzahlmesser 25 sind gegen Fremdeinflüsse, z. B. vom Motor her, abgeschirmt. Eine Abschirmwand 27 schützt auch die Scheibe 28 gegen Fremdfelder.
Die Scheibe ist auf dem Wellenende 29 des Motors 30 befestigt.
Es kann notwendig werden, die in den beiden Meßwicklungen erzeugten Spannungen zu verstärken.
Sie werden dann nach F i g. 6 Verstärkern 32, 31 zugeführt. Für die dem Beschleunigungsmoment proportionale Spannung ist ein Gleichspannungsverstärker 31 erforderlich. Die der Drehzahl proportionale Spannung wird gleichgerichtet und geglättet, wozu ein üblicher Gleichrichter 33 mit einem auf die Erregerfrequenz Ji abgestimmten Kondensator ausreicht. Die so erhaltene Gleichspannung ist der Drehzahl n proportional.
Werden die beiden Spannungen u = 1(n) und u"= f(M) den Plattensätzen eines Kathodenstrahloszillographen 34 oder einem Koordinatenschreiber zugeführt, so wird hiermit unmittelbar die Kurve M = f(n) dargestellt. Bei Verwendung einer Blauschriftröhre oder eines ähnlichen nachleuchtenden Leuchtschirmes kann die Kurve M = f(n) näher untersucht oder auch photographiert werden.
Zur Messung von Pendelschwingungen bzw.
Pendelmomenten ist an die Spannung u = f(M) ein Spannungsmesser anzuschließen. DieAmplituden der Pendelmomente erhält man dann durch einen Spitzenwertmesser. Durch Vorschalten eines Bandpasses oder eines Analysiergerätes lassen sich auch die verschiedenfrequenten Anteile der Pendelmomente aussieben.
Die Darstellung der Kurve M = f(n) auf dem Kathodenstrahloszillographen hat noch den Vorteil, daß gleichzeitig nach entsprechender Gleichrichtung und Effektivwertbildung die Kurve I = f(n) aufgezeichnet werden kann.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Aufnahme der Drehmoment-Drehzahl-Kennlinie auf dem Wege elektrodynamischer Drehzahl- und Drehbeschleunigungsmessung, dadurch gekennzeichnet, daß an einem vom Meßobjekt angetriebenen Sekundärteil, einem Läufer, gleichzeitig ein Meßsystem die Drehzahl, ein zweites die Drehzahlbeschleunigung mißt und beide gemessenen Werte laufend einem Koordinatenschreiber zugeführt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Sekundärteil eine aus elektrisch leitendem, nicht magnetischem Werkstoff bestehende Scheibe dient, die beiden Meßsysteme in ihrer prinzipiellen konstruktiven Ausführung gleich sind, die Erregerwicklung des einen Meßsystems mit Wechselstrom, des anderen mit konstantem Gleichstrom erregt werden und die durch die Erregerwicklungen in der Scheibe erfolgten Querfelder jeweils durch eine elektrisch 900 zur zugehörigen Erregerwicklung liegende Meßwicklung gemessen werden.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drehzahlproportionale Wechselspannung aus dem wechselstromerregten Meßsystem durch einen Gleichrichter (33) in eine drehzahlproportionale Gleichspannung umgeformt, die der Drehzahländerung proportionale Gleichspannung aus dem mit konstantem Gleichstrom erregten Meßsystem durch einen Gleichspannungsverstärker (31) verstärkt, und beide Gleichspannungen den Platten eines Kathodenstrahloszillographen (34) oder einem Koordinatenschreiber zugeführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Drehzahländerung proportionale Gleichspannung einem Spannungsmesser zugeführt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vor den Spannungsmesser ein Oberschwingungsanalysator eingeschaltet wird.
6. Meßeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zu der vom Meßobjekt angetriebenen Scheibe (15) als Läufer, die beiden Meßsysteme (24, 25) einander gegenüberliegend angeordnet und die Luftspalte der Meßsysteme im Bereich der Randzone der Scheibe (15) sind.
7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsysteme (24, 25) aus zwei getrennten, senkrecht zueinanderstehenden Magnetrahmen (16, 19 und 17) bestehen und die Magnetrahmen so zueinander angeordnet sind, daß der Luftspalt des einen Magnetrahmens (17) mit der Meßwicklung (18) innerhalb des Magnetrahmens (16, 19) mit der Erregerwicklung (20) liegt.
8. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetrahmen (16, 19) mit der Erregerwicklung (20) durch seinen Luftspalt bzw. durch die Scheibe (15) in zwei U-förmige Joche (16 und 19) geteilt ist.
9. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der induzierte Pol, gegeben durch den Luftspalt des Magnetrahmens (17), mit der Meßwicklung (18) zwischen zwei Erregerpolen, gegeben durch die Luftspalte des Magnetrahmens (16, 19) mit der Erregerspule (20), liegt.
10. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsysteme (24, 25) und die Scheibe (15) durch eine Abschirmung(27) gegen Fremdeinflüsse geschützt sind.
11. Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsysteme (24, 25) an einer Trägerleiste (23), z. B. mittels einer Spindel (26) gegenläufig zueinander und an einer Führungsschiene (22) gemeinsam in Bezug zu einer Grundplatte (21) einzustellen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 758 835, 870 919, 888 476, 937 978; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 012 484; USA.-Patentschriften Nr. 2 090 521, 2 460 115.