DE1199020B - Mess- oder UEberwachungsanlage - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. α.:

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

GOIl

Deutsche Kl.: 42 k-7/05

1199 020
P15722IXb/42k
22. Februar 1956
19. August 1965

Die Erfindung betrifft eine Meß- oder Überwachungsanlage, bei der Drehzahl und Drehmoment einer Welle einzeln kontinuierlich gemessen und gegebenenfalls nach Umwandlung in elektrische Spannungswerte in dem gleichen Gerät angezeigt bzw. registriert werden, in der die zu messenden Größen einzeln oder kombiniert ständig angezeigt und aufgezeichnet werden.

Es ist zwar schon bekanntgeworden, den einen oder anderen mechanischen Vorgang, z. B. bei einem Schiff, bei Umwandlung in elektrische Spannungen mittels eines selbstabgleichenden Kompensators zu erfassen und die einzelnen Werte zu messen und gegebenenfalls für Untersuchungs- oder Forschungszwecke zu registrieren. Der hierzu notwendige Auf- wand würde für eine Betriebsüberwachung oder -dokumentation viel zu groß sein, zumal jede Betriebsweise bisher auf eine andere Art gemessen wurde, so daß einheitliche und später einander ver-

Meß- oder Überwachungsanlage

Anmelder:

Philips Patentverwaltung G. m. b. H.,

Hamburg 1, Mönckebergstr. 7

Als Erfinder benannt:
Dr. H. Nelting,
Dipl.-Ing. Günther Thiele,
Manfred Haase, Hamburg;
Hermann Rumöller, Grönwohld

Zentrale Schiffsüberwachungsanlagen, z. B. zur Anzeige und Aufzeichnung von Maschinendaten der

wachungseinrichtung besteht darin, daß von einem Meßkompensator für die eigentliche Registrierung

von Größe und Richtung des Drehmoments mit Hilfe einer selbstabgleichenden Dehnungsmeßbrücke verstellt wird, eine Spannung entnommen wird, die zur

gleichbare Registrierungen gar nicht oder nur unter ao kontinuierlichen Anzeige und Registrierung der Überwindung größerer Schwierigkeiten zu erhalten Leistung in dem gleichen zur Anzeige von Drehzahl

und Drehmoment benutzten Gerät dient, wobei die Spannung zur Drehmomentanzeige von einem ebenfalls mittels der Dehnungsmeßbrücke einstellbaren an

Hauptantriebsmaschine, wie Drehzahlen, Dreh- as fester Spannung liegenden Potentiometer geliefert momente und Leistungen der Schiffswellen, müssen wird.

über lange Zeit wartungsfrei arbeiten, müssen also Ein besonderer Vorteil der neuen Meß- oder Über-

reparaturunanfällig sein und trotzdem die bei normalen elektronischen Meßgeräten übliche Genauigkeit aufweisen. 30 von mehreren Meßwerten unterschiedlichen Ur-Es ist zwar bekannt, eine von einem Drehzahlgeber Sprungs die geeigneten Spannungswerte zur Vererzeugte Gleichspannung an einen konstanten Wider- fügung gestellt werden, wobei die Drehmomentstand zu legen, von dem ein Teil durch einen Dreh- registrierung vorzeichenabhängig und die Leistungsmomentmesser mit Widerstandsabgriff jeweils ver- anzeige richtungsunabhängig erfolgt. Dadurch wird hältsnisgleich dem Drehmoment eingestellt wird, so 35 eine verhältnismäßig kleine bauliche und beschleunidaß daraus eine der zu messenden Leistung verhält- gungs- und erschütterungsunempfindliche Einheit nisgleiche Spannung abgeleitet werden kann. Damit
allein kann jedoch noch keine Überwachungsanlage
erstellt werden, die neben den Einzelwerten auf
demselben Registriergerät »Vorwärts«- und »Rück- 40 ist.
Wärts«-Leistungen in übersichtlicher Form zu re- Sofern die Geber sich kontinuierlich ändernde gistrieren gestattet, insbesondere wenn für die Mes- Spannungen abgeben, wie beispielsweise eine dem sung des Drehmoments selbstabgleichende Dehnungs- Drehmoment proportionale Diagonalspannung aus meßstreifenbrücken verwendet werden sollen. einer als Drehmomentgeber verwendeten Dehnungs-Um dem vorhandenen Bedürfnis nach angezeigten 45 meßstreifenbrücke, werden diese Ausgangsspannun- und aufgezeichneten Einzel- und Kombinationswert- gen der Diagonalspannung einer mittels eines Elekmessungen mit engem Toleranzbereich Rechnung zu tromotors selbstabgleichenden Meßbrücke entgegentragen, sieht die Erfindung vor, daß eine der Dreh- geschaltet, und diese so entstandene Differenzspanzahl proportionale drehrichtungsunabhängige Span- nung speist unter Zwischenschaltung eines elektronung zwischen der Mitte und den beiden Enden eines 50 nischen Verstärkers den Abgleichmotor der Brücke.

geschaffen, mit der eine jederzeit sehr übersichtliche Messung, Anzeige und gleichzeitig eine laufende Registrierung der interessierenden Werte ermöglicht

Potentiometers angelegt ist und zwischen der Mitte des Potentiometers und einem Schleifer, der abhängig

Mit dem Abgriff des Abgleichpotentiometers dieser Brücke kann außer dem die Meßgröße anzeigenden

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Zeiger der Abgriff eines weiteren Linearpotentiometers mechanisch verbunden werden. An die Enden dieses zweiten Potentiometers kann eine beliebige, veränderliche oder konstante Spannung, insbesondere eine Gleichspannung, gelegt werden, so daß die zwischen dem Abgriff und einem festen Potential entnommene Spannung der Länge der abgegriffenen Strecke proportional ist. Ist die abgegriffene Strecke dem Drehmoment proportional, so ist auch die dem Abgriff entnommene Spannung bei Anlegen einer der zugehörigen Drehzahl proportionalen Spannung der Leistung proportional. Auf Wellen, deren Drehzahl gemessen werden soll, werden Dauermagnete geeigneter Form aus einem unter der Bezeichnung Ferrox-dure im Handel befindlichen Werkstoff in gleichen Abständen in Umfangsrichtung befestigt, vorzugsweise aufgeklebt, die beim Umlauf der Welle an einer feststehenden Spule vorbeibewegt werden und so durch Änderung des magnetischen Flusses in der Spule eine impulsförmige Spannung erzeugen. Auf diese oder in anderer Weise erzielte, impulsförmige, einer Meßgröße entsprechende Spannungen werden in einer erschütterungssicheren Verstärkerschaltung in flächengleiche Impulse mit einer den Eingangsimpulsen proportionalen Frequenz umgewandelt und stehen am Ausgang einer integrierenden i?C-Kette als frequenzpropörtionale bzw. drehproportionale Gleichspannung zur Verfügung.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung beschrieben: Es zeigt

F i g. 1 eine Gesamtübersicht einer Überwachungsanlage und ihrer Verbindungsleitungen,

Fig. 2 die Anordnung der vom Abgleichmotor der Drehmomentdoppelmeßbrücke betätigten Potentiometer.

Von der. in F i g. 1 dargestellten Hauptantriebsr maschine 10 sollen z. B. das abgegebene Drehmoment der Schiffswelle 11, die Drehzahl und die abgegebene Leistung dieser Welle sowie die der Hauptantriebsmaschine in der Zeiteinheit über die Brennstoffleitung 14 zugeführte Brennstoffmenge gemessen und aufgezeichnet werden.

Auf der Welle 11 befindet sich eine Dehnungsmeßstreifenmeßbrücke, deren Schleifringe 94 bis 97 in F i g. 1 abgebildet sind. Über zwei dieser Schleifringe wird die Dehnungsmeßstreifenbrücke gespeist, und an den anderen beiden Schleifringen wird eine dem Drehmoment proportionale Diagonalspannung abgenommen. Die vier Schleifringe sind elektrisch mit einer Vergleichsbrücke zusammengeschaltet. Als Geber für die Drehzahl wird die Vorrichtung 13 verwendet. Die vom Geber 13 erzeugte impulsförmige Spannung, deren Impulsfrequenz der Drehzahl proportional ist, wird einer Integrier-Verstärkerschaltung 16 zugeführt, an deren Ausgängen eine drehzahlproportionale Gleichspannung U_n auftritt. In dem Geber 15, der hier ein Druckdifferenzgeber ist, wird die auf die Zeiteinheit bezogene Brennstoff-Durchflußmenge ebenfalls in eine dieser Durchflußmenge entsprechende Spannung umgesetzt. Die Ausgangsspannung U_d des Druckdifferenzgebers wird einer Vergleichsbrücke 18 zugeführt. Das Registriergerät 20 besteht im wesentlichen aus einem als Kompensator geschalteten Meßwerk und einem motorisch betätigten Druckwerk. Als Eingangs- oder Meßspannungen werden an die Klemmen des Kompensators nacheinander die durchflußmengenproportionale Gleichspannung U_D von der selbstabgleichenden Brücke 18, die dem Drehmoment proportionale Gleichspannung U_M '-von der selbstabgleichehden Brücke 19, die drehzahlproportionale Spannung U_n aus der Integrier-Verstärkerschaltung 16 und eine einem Potentiometerabgriff in der Brückenschaltung 19 entnommene, der Leistung proportionale Gleichspannung U_n gelegt. Zur Bildung des Produktes aus Drehmoment und Drehzahl wird die von der Integrier-Verstärkerschaltung 16 abgegebene Gleichspannung U_n an ein in der Brückenschaltung 19 befindliches Potentiometer gelegt. Es ist natürlich auch möglich, die Durchflußmenge in bekannter Weise in eine Drehzahl umzusetzen und diese Drehzahl genau wie die Wellendrehzahl zu messen und anzuzeigen.

Die Messung des Drehmomentes wird als Torsionsmessung mittels einer Brückenanordnung aus Dehnungsmeßstreifen vorgenommen. Die Spannung zur Speisung dieser Meßbrücke wird über die Schleifringe 94 und 96 (F i g. 1) zugeführt; die Diagonalspannung wird von den Schleifringen 95 und 97 abgenommen. Eine zweite Meßbrücke, die von dem gleichen Transformator wie die Brücke aus Dehnungsmeßstreifen gespeist wird, weist ein Linearpotentiometer 99 (Fi g. 2) auf, dessen Abgriff 100 mit einem Schleifring 95 der Dehnungsmeßstreifenbrücke verbunden ist. Der Schleifring 97 und ein Diagonalpunkt der zweiten Meßbrücke sind an die Eingangsklemmen eines Verstärkers angeschlossen, so daß diesem Verstärker die Differenz der Diagonalspannungen der beiden Brücken zugeführt wird. Der Ausgang des Verstärkers liegt an den Klemmen eines Abgleichmotors 103, der den Abgriff 100 des Potentiometers

99 selbsttätig und ständig so verstellt, daß die Differenz der Diagonalspannungen der beiden Brücken zu Null wird. Die Verstellgeschwindigkeit des Abgriffs 100 ist demnach der Differenz der Diagonalspannungen proportional. Die Widerstände in den dem Potentiometer 99 gegenüberliegenden Brückenzweigen sind zum Zwecke einer leichten Justierung der Brücke einstellbar. Durch die Verwendung eines Verstärkers, der als Röhren- oder Transistorverstärker ausgeführt sein kann, kann der Abgleich der zweiten Meßbrücke und die mit dem Abgriff 100 gekuppelte Anzeige 109 motorisch vorgenommen werden, ohne daß der Vorteil der großen Genauigkeit dieses Differenzmeßverfahrens aufgegeben werden muß. Somit lassen sich alle Elemente der Schaltung so robust ausführen, daß die Anordnung auch in einem sehr rauhen Betrieb Verwendung finden kann.

Der Abgriffmotor 103 ist außer mit dem Abgriff

100 des Brückenpotentiometers, das zwischen den Klemmen 106 und 107 liegt, mit den Abgriffen zweier weiterer Potentiometer für die Entnahme je einer dem Drehmoment und der Leistung entsprechenden Gleichspannung gekuppelt, wie Fi g. 2 zeigt. Außerdem ist an diesen gekuppelten Abgriffen ein Zeiger 109 befestigt, der sich vor einer Skala 108 bewegt. Die Nullstellung des Zeigers liegt in der Mitte der Skala. Wenn der Zeiger auf der rechten Hälfte der Skala steht, gibt er ein positives Drehmoment an; seine Stellung zwischen Null und dem linken Ende der Skala besagt, daß das Drehmoment an der Welle in der entgegengesetzten Richtung wirkt, also negativ ist. An der Klemme 112 des Potentiometers 110 liegt die Spannung Null und an der Klemme 113 eine konstante Gleichspannung von beispielsweise 15 mV. Die dem Drehmoment ent-

sprechende Spannung U_M wird dem Potentiometer 110 über den Abgriff 111 zwischen den Klemmen 114, 112 entnommen und dem Registriergerät 20 zugeführt. Die Spannung U_M ist der Entfernung des Abgriffs 111 von Anfang 120 des Potentiometers 110 proportional. Durch entsprechende Eichung auf der Drehmomentskala des Registergerätes 20 kann die Drehmomentrichtung angezeigt und abgelesen werden.

Das Potentiometer 115 ist mit seinen Enden und mit seiner Mittelanzapfung 117 an die der Drehzahl entsprechende Spannung U_n angeschlossen. Dabei liegt die Mittelanzapfung 117 an dem Minuspol der Spannung U_n. Zwischen der Mittelanzapfung 117 und dem Abgriff 116, der gleichfalls von dem Motor 103 verstellt wird, kann an den Klemmen 118, 119 eine Gleichspannung U_n von dem Potentiometer 115 abgenommen werden, die dem Produkt aus der Drehzahl und dem Drehmoment und damit der Leistung proportional ist, da diese Spannung proportional der Entfernung des Abgriffs 116 von der Mittelanzapfung und der zwischen der Mittelanzapfung und den Enden des Potentiometers angelegten Spannung U_n ist. Die Gleichspannung U_n wird ebenso wie die Gleichspannungen U_M und U_n und eine dem Brennstoffdurchsatz entsprechende Gleichspannung U_D dem als Kompensator geschalteten Registrier- und Anzeigegerät 20 zugeführt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Meß- oder Überwachungsanlage, bei der Drehzahl und Drehmoment einer Welle einzeln kontinuierlich gemessen und nach Umwandlung in elektrische Spannungswerte in dem gleichen Gerät angezeigt bzw. registriert werden, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Drehzahl proportionale drehrichtungsunabhängige Spannung [U_n) zwischen der Mitte (117) und den beiden Enden eines Potentiometers (115) angelegt ist, und zwischen der Mitte (117) des Potentiometers und einem Schleifer (116), der abhängig von Größe und Richtung des Drehmoments mit Hilfe einer selbstabgleichenden Dehnungsmeßbrücke verstellt wird, eine Spannung (JJ_n) entnommen wird, die zur kontinuierlichen Anzeige und Registrierung der Leistung in dem gleichen zur Anzeige von Drehzahl und Drehmoment benutzten Gerät dient, wobei die Spannung zur Drehmomentanzeige von einem ebenfalls mittels der Dehnungsmeßbrücke einstellbaren an fester Spannung liegenden Potentiometer geliefert wird.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Teil einer Schiffsmaschinenüberwachungszentrale ist, in der außer den genannten Größen noch andere auf dem gleichen Streifen registriert werden.

In Betracht gezogene Druckschriften:
so Deutsche Patentschriften Nr. 744 801, 915 363, 556;

deutsche Patentanmeldung H 874 IX/42 d (bekanntgemacht am 5. 6.1952);

USA.-Patentschriften Nr. 2 482196, 2 577 483;
»AEG-Hilfsbuch für elektrische Licht- und Kraftanlagen«, Essen, 1953, S. 441;

Bennewitz: »Flugzeuginstrumente«, Berlin,
1922, S. 21;

Zeitschriften »Feinwerktechnik«, Heft 5/1952,
S. 132, 133;

»VDI-Zeitschrift« vom 13. 6. 1929, S. 377;
ATM-Blätter V 136-1 vom Februar 1933;
V 161-1 vom April 1941; J 135-9 vom Oktober 1955; J 162-6 vom Juli 1950;

»Physikalische Berichte« vom 1.4.1936, Heft 7, S. 720.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 953 586.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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