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Anordnung zum Bestimmen- von Reibungsmomenten Beim Betrieb eines Elektrizitätszählers
treten störende Einflüsse auf, die den Bereich, in dem der Zähler richtig anzeigt,
begrenzen. Zu den wichtigsten Behlerquellen gehören- die Reibungsmomente, -die in
den Lagern der vom Zähler anzutreibenden Getriebe, beispielsweise in den Lagern
des Zählwerkes, auftreten. Um die Anzeigefehler des Zählers ausschalten zu können,
ist es erforderlich, d5-e Größe der Reibungsmomente zu kennen. Es sind verschiedene
Verfahren zum Messen dieser Reibùngsmomente ber kannt, jedoch haben diese den Nachteil,
daß sie verhältnismäßig viel Aufwand - erfordern und- meistens sehr zeitraubend
sind. Die Reibung eines Zählwerkes eines Elektrizitätszähl ers kann beispielsweise
mit einem Wattmeter und einer Uhr-dadurch ermittelt werden, daß die Anzeigeänderung
gemessen und daraus das Reibungsmoment berechnet wird. Dieses Verfahren ist sehr
umständlich und daher zur serienmäßigen Bestimmung der Reibungsmomente von Zählwerkes
nicht geignet. Die direkte Messung des Reibungsmomentes durch Zwischenschalten einer
Torsionsfeder ist bei kleinen Momenten schwierig und ungenau, da die Ablesung mit
Lichtzeiger erfolgt, wobei durch Inkonstanz der Reibung der Ausschlag beeinträchtigt
und daher die Ablesung erschwert wird. Dieses Verfahren ist daher für Zählwerke
ebenfalls ungeeignet. Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung des Reibungsmomentes
ist die der Messung der Geschwindigkeitsverminderung einer trägen, umlaufenden Masse.
Dieses Verfahren ist zwar insofern vorteilhaft, als ein mittlerer Reibung wert für
eine Anzahl von Umdrehungen angegeben werden kann, die Auswertung mit Hilfe einer
Uhr und einer anschließenden Rechnung ist aber auch verhältnismäßig umständlich.
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Bei einer bekannten Methode zur Reibungsermittlung, bei der der Auslauf
des Ankers eines Zählers gemessen wird, muß bei jeder Umdrehung des Ankers eine
Markierung auf einen ablaufenden Papierstreifen aufgebracht werden. An Hand der
so aufgezeichneten Kurve läßt sich die Reibung grafisch ermitteln, was naturgemäß
verhältnismäßig langwierig ist. Eine solche Methode läßt sich in einer modernen
Fabrikation, bei der zahlreiche Reibungsmessungen durchgeführt werden müssen, also
beispielsweise bei der Reibungsmessung von Zählwerkes für Elektrizitätszähler, die
in großen Stückenzahlen erstellt werden, nicht anwenden. Diese bekannte Methode
ist aber nicht nur wegen der grafischen Auswertung unvorteilhaft, sondern sie hat
auch den Nachteil, daß die Auslaufzeit des Ankers abgewartet werden muß, so daß
auch schon hierbei eine Verzögerung in der Messung eintritt. Bei einem anderen bekannten
Verfahren zur Messung der Reibung nach der Auslaufmethode wird die Anzahl der Umdrehungen
lichtelektrisch gemessen. Hierbei dient die Zahl der Umdrehung des Läufers als Maß
für die Reibung, jedoch hat diese Methode den entscheidenden Nachteil, daß für die
Richtigkeit der Messung eine genau festgelegte Anfangsgeschwindigkeit des Läufers
eingestellt werden muß, was sehr schwierig ist.
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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Bestimmen von Reibungsmomenfen,
insbesondere eines Zählwerkes, unter Verwendung eines mit den zu messenden Momenten
belasteten Rotors, dessen Winkelverzögerung als Reibungsmaß dient. Erfindungsgemäß
sind ein Differenzzählwerk und ein Zeitwerk vorgesehen, von denen das letztere während
gleichen aufeinanderfolgenden Zeitabschnitten dem Differenzzählwerk der in diesen
Zeitabschnitten erfolgten Rotorumdrehungszahten entsprechende Signale zur positiven
bzw. negativen Zählung zuführt.
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Zum Erzeugen von den Rotornmdrehungszahlen in den beiden Zeitabschnitten
proportionalen Impulsfolgen dient eine Abtasteinrichtung. Die Impulsfolgen werden
mit Hilfe eines vom Zeitwerk gesteuerten Umschalters dem Differenzzählwerk zur positiven
bzw. negativen Zähler zugeführt. Das Zeitwerk besteht aus einem Synchronmotor, der
auch zwecks Erteilung der Anfangsgeschwindigkeit mit dem Rotor vorübergehend kuppelbar
ist. Das Differenzzählwerk ist mit einem Rückstellknopf versehen, der gleichzeitig
als Starttaste für den Meßvorgang dient.
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An Hand der Zeichnung sei die Erfindung näher erläutert.
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Fi g. 1 zeigt die Meßanordnung, während in Fig.2 ein Erläuterungsdiagramm
wiedergegeben ist.
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Die in F i g. 1 dargestellte Meßanordnung besitzt einen Rotor, der
an einer Achse 4 eine als Schwung-
masse dienende Scheibe 7 trägt
und außerdem noch eine Abtastscheibe 8 besitzt. Der Rotor wird an den Achsenden
in Lagern 5, 6 reibungsarm gehalten und weist an der Achse 4 eine Schnecke 3 auf,
in die ein Prüfling 1 mit einem Zahnrad 2 einkuppelbar ist. Die mit sektorförmigen
Ausschnitten versehene Abtastscheibe bildet mit einem induktiven Abtastkopf 9 sowie
einem Verstärker 10 einen Impulsgeber, der die erzeugten Impulse über einen von
einem Zeitwerk 11 gesteuerten Umschalter 12 je nach Stellung des Schalters über
die Leitungen 13 oder 14 einem als Differenzzählwerk ausgebildeten Impulszählwerk
15 zuführt. Das Zählwerk 15 besitzt einen Rückstellknopf 16, mit dessen Hilfe die
Zählwerksanzeige gelöscht werden kann.
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Zu Beginn der Messung wird der Rotor in Drehung versetzt, d. h.,
es wird ihm eine Anfangsgeschwindigkeit erteilt, und er läuft dann frei weiter,
wobei sich die Geschwindigkeit -infolge der Reibung des mit dem Rotor gekuppelten
Zählwerkes allmählich vermindert. Bei Beginn der Messung steht das Differenzzählwerk
15 auf Null, und der Umschalter 12 ist von dem Zeitwerk 11 in die linke Schaltstellung
gebracht, fd. h., das Differenzzählwerk ist auf positive Zählung eingeschaltet.
Nach Ablauf eines bestimmten Zeitabschnittes wird der Umschalter 12 von dem Zeitwerk
11 auf negative Zählung umgeschaltet, so daß der auf dem Differenzzählwerk aufgelaufene
Ziffemwert wieder verkleinert wird. Der Zeitabschnitt für die negative Zählung ist
genauso groß wie der für die positive. Infolge der durch die Bremswirkung des angekuppelten
Prüflings auftretenden Geschwindigkeitsverminderung des Rotors ist der im Differenzzählwerk
aufgelaufene positive Zählwert größer als der im zweiten Zeitabschnitt erhaltene
negative Zählwert, so daß nach Beendigung der Messung, wenn der Umschalter 12 durch
das Zeitwerk 11 in eine Mittelstellung gebracht wird, an dem Differenzzählwerk ein
positiver Restwert verbleibt, der ein Maß für die Reibung des Prüflinge bildet.
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Daß der vom Differenzzählwerk angezeigte Wert tatsächlich dem Reibungsmoment
des Prüflings proportional ist oder bei entsprechender Eichung des Zählwerkes diesem
direkt entspricht, geht aus folgender Überlegung hervor: Es kann angenommen werden,
daß sich die Geschwindigkeit des Rotors entsprechend dem in F i g. 2 dargestellten
Diagramm von der Anfangsgeschwindigkeit ü>o ausgehend linear mit der Zeit verringert,
wenn ein konstantes Reibungsmoment Mr vorausgesetzt wird. Für das Reibungsmoment,
für das nach den mechanischen Grundgesetzen in allgemeingültiger Form
geschrieben werden kann, gilt wegen der Linearität der Geschwindigkeit w mit der
Zeit auch
wobei e das Trägheitsmoment des Rotors und A t eine konstante Zeitspanne ist.
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Die Geschwindigkeiten > bzw. w2 lassen sich aus dem Diagramm der
Fig.2 ermitteln, denn da der Drehwinkel des Rotors sich aus dem Zeitintegral über
der
Winkelgeschwindigkeit ergibt, stellen die schraffierten Flächen unter der Kurve
m (t) die Drehwinkel dar. Es läßt sich daraus ablesen, daß oj1 = t und = = At ist.
Setzt man dies in die Formel für Mr ein, so erhält man
Da durch die Abtasteinrichtung an Stelledes Drehwinkels ç eine Impulszahl n erfaßt
wird, wobei jedem Impuls ein bestimmter fester Winkelwert entspricht, gilt: ç =
c zu n oder in die Formel für M, eingesetzt:
Das Reibungsmoment ist demnach der Differenz zweier Impulszahlen proportional, die
in zwei aufeinanderfolgenden gleichen Zeitabständen aufgenommen werden. Um eine
Anzeige in den gewünschten Einheiten ohne Umrechnung zu erreichen, muß dafür 0 gesorgt
werden, daß die konstante Größe c At = 1 wird. Um diese Bedingung zu erreichen,
können alle drei Größen e, J t und c verändert werden.
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Grundsätzlich ist die Anfangsgeschwindigkeit wo für den Meßvorgang
gleichgültig, da die trockene Reibung etwa unabhängig von der Geschwindigkeit ist.
Für genauere, vergleichende Messungen empfiehlt sich jedoch eine definierte Anfangsgeschwindigkeit.
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Diese kann dadurch erreicht werden, daß das Zeitwerk auch den Rotor
anstößt. Der im Zeitwerk ohnehin vorhandene Synchronmotor kann dabei kurzzeitig
mit einem Segmentzahnrad mit dem Motor in Eingriff gebracht werden.
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Der am Differenzzählwerk angebrachte Rückstellknopf ist zweckmäßigerweise
gleichzeitig als Starttaste ausgebildet, indem er zusätzlich den Synchronmotor einschaltet,
der zunächst den Anker in Bewegung setzt und dann die Steuerung des Umschalters
übernimmt.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist besonders vorteilhaft, da sie
die Messung des Reibungsmomen tes eines Prüflings in sehr kurzer Zeit gestattet.
Darüber hinaus ist aber auch die Anzeige des Meßwertes in digitaler Form sehr günstig,
da durch die Zahlenanzeige des Differenzzählwerkes die gemessene Reibung bequem
und zuverlässig ablesbar ist.