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Einrichtung zur Sberwachung von Prüflingen auf Betriebsstörungen,
insbesondere während des Prüfbetriebes.
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Die Erfindung beziehb sich auf eine Einrichtung zur Überwachung von
Prüflingen auf Betriebsstörungen, insbesondere während des Früflaufes von umlaufenden
elektrischen Maschinen, wie Motoren, Getriebe und dergl.
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Zur Erprobung von Verbrennungsmotoren werden häufig rotierende Gleichstrommaschinen
verwendet, die mechanisch mit dem Fräfling gekuppelt werden und elektrisch in Verbindung
mit Leonardumformern oder Semiduktoren arbeiten.
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Derartige Fräfanlagen gestatten eine genaue Meszung der
Leistungs-oder
Drehmomentkurven über der Drehzahl.
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Die Energierichtung ist gewöhnlich umkehrbar, die Drehzahl feinstufig
in weiten Grenzen einstellbar.
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Durch Einsatz von Regeleinrichtungen und Programmsteuerungen kann
der Prüfbetrieb außerdem automatisiert und den in der Praxis herrschenden Bedingungen
angepa3t werden.
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Eine derart automatisch gesteuerte über einen längeren Zeitraum betriebene
Prüfeinrichtung bleibt während des Betriebes weitgehend unbeaufsichtigt. Aus diesem
Grunde sind an das Überwachungs- und Sicherheitssystem hohe Anforderungen gestellt.
Es muß möglichst lückenlos und frühzeitig alle evtl. auftretenden Störungen erfassent,
und die Anlage rechtzeitig abschalten. Die Uberwachung erstreckt sich nicht nur
auf die elektrische Anlage, sondern in größerem Masse auch auf den Prüfling selbst.
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Dieser ist bei evtl. an ihm auftretenden Störungen veit mehr gefährdet
als die Prüfeinrichtung, Außerdem ist die Häufigkeit der Prüflingsstörungen größer
als die des elektrischen Anlagenteiles.
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Die Erfindung bezieht sich demgemäß auf eine Einrichtung zum Schutz
von zu prüfenden, meist kostspieligen Ileuentwicklungen.
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Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die-chaffung einer Schutz-
bzw. Überwachungseinrichtung zugrunde, mit welcher es möglich ist, am Prüfling auftretende
Störungen so frühzeitig zu erkennen, daß größere Schäden vermieden werden, was im
Falle eines Brennkraftmotores beispielsweise durch Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr,
Unterbrechung der Zündung bzw. Unterbrechun-der mechanischen Verbindung zwischen
Prüfling und Antriebsmaschine über z. B. eine Schnelltrennkupplung erfolgen kann.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung liegt in der Schaffung einer
weitgehend einfachen Einrichtung, welche sich für die Überwachung der verschiedensten
Kriterien einsetzen läßt, beispielsweise durch tberwachung des Drehmomentes, der
Drehzahl, Temperatur und dergl.
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Bei den bekannten Überwachungseinrichtungen wird jeweils imper nur
ein fester Meßwert, z. B. die Drehzahl, das Drehmoment, die Temperatur, erfaßt,
und vor jeder Sollwertänderung müssen bei den bekannten Einrichtungen die Ansprechgrenzen
von Hand neu eingestellt werden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher in der
Schaffung einer Einrichtung in der Form, daB die Ansprechgrenze jedem neuen entweder
von Hand oder auch über Programmsteuerungen vorgegenbenen Sollwert nachbestellt
wird. Dies kann auch auf selbsttätige Weise geschehen.
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Der Vorteil dieser Anordnung liegt unter anderem auch darin, daß immer
die Meßgröße überwacht-wird, auf die ein am Prüfling auftretender Schaden unmittelbar
EinfluB hat.
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Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daB die Leistung an
der Kraftübertragungsstelle dadurch überwacht wird, daß Abweichungen vom stationären
Betriebszustand festgestellt werden. Vorteilhaft wird dies so ausgefuhrt, daß eine
überwachte Größe (Drehzahl, Drehmoment, Temperatur) unmittelbar der mittelbar als
stationärer Betriebswert in Form einer Spannung mit einer gespeicherten Bezugsspannung
verglichen wird und der Unterschied gegebenenfalls nach Anhebung in einem Verstärker
zur Feststellung einer Störung und gegebenenfalls zur Vornahme von Schaltvorgängen
dient.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der
beweglichq Teil einer Pendelmaschine ein Potentiometer verstellt, dessen abgegriffene
Meßspannung als stationärer Betriebswert mit einer Spannung verglichen wird, die
dem stationäreu'Jert der Meßspannung nachgeführt und gespeichert wird. Die Nachführung
der stationären Meßspannung wird vorteilhaft über einen Stellmotor vollzogen, der
in Abhängigkeit des Unterschiedes zwischen der Meßspannung und der Vergleichsspannung
betätigt wird.
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Die Einrichtung kann aber auch so ausgebildet sein, daß im Falle
der oberwachung der Drehzahl des Prüflingsdie von einer Tachomaschine abgegebene
Meßspannung als stationarerer Betriebswert mit einer Spannung verglichen wird, die
dem stationären tZert der Meßspannung nachgeführt und gespeichert wird.
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Als Meßspannung kann auch eine Spannung einer Druckmeßdose im Falle
der Uberwachung des Drehmomentes oder eine temperaturabhängige Binrichtung im Falle
der Uberwachung der Temperatur dienen. Die Speicherung der Meßspannung kann dadurch
vollzogen werden, daß der die Verstellung des Potentiometerabgriffes vollziehende
Motor abgeschaltet und der eingestellte : lert bestehen bleibt bzw. gespeichert
wird. Es ist aber auch möglich, als Speicher für den stationären Meßwert einen an
sich bekannten elektronischen Speicher anzuwenden.
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Die Erfindung ist in den Figuren 1 bis 3 beispielsweise dargestellt.
In der Figur 1 ist der Aufbau und die prinzipielle Schaltung der Überwachungseinrichtung
dargestellt.
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Der zu prüfende Motor 10, im vorliegenden Falle ein Verbrennungsmotor,
ist mit einer Pendelmaschine 12 über die Welle 14 gekuppelt. Diese Pendelmaschine
12, eine Gleichstrom-Nebenschlußmaschine, steht mit dem Drehstromnetz 16 über Semiduktoren
18 in Verbindung. Die Semiduktoren 18 arbeiten, je nachciem ob die Maschine 12 als
Motor
oder Generator arbeitet, als Gleichrichter oder Wechselrichter.
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Die jeweils am Sollwertpotentiometer 20 vorgegebene Drehzahl wird
über eine in der Semiduktoreinrichtung 18 eingebaute Regeleinrichtung (nicht dargestellt)
konstant gehalten. An der Pendelmaschine 12 ist eine Drehmomentwaage 22 angebaut,
die das an der 7elle 14 angreifende Drehmoment mißt. Die Zeigerwelle der': aage
22 ist mit einem Potentiometer 24 gekuppelt. Die Überwachung soll sich beispielsweise
auf das Drehmoment beziehen. Hierzu dient das Speicherwert 26, welches aus einem
Potentiometer 28, einem Stellmotor 30 und einem Verstärker 32 besteht. Das Speichervierk
26 ist im vorliegenden Falle eine Nachlaufsteuerung.
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Wird der Sollwert der Drehzahl am Potentiometer 20 von Hand verstellt,
so sprechen erst das Relais 34 und danach über die Schaltkontakte 36 das Relais
38 an. Hierdurch wird die Nachlaufsteuerung dadurch eingestellt, daß der Stellmotor
30 eingeschaltet wird, der den Schleifer 40 des Potentiometers 28 in die gleiche
Stellung wie das "aagenpotentiometer 24 stellt, d. h., daß die mittels des Schleifers
42 am Potentiometer 24 abgegriffene Spannung der Spannung des Schleifers 40 am Potentiometer
28 entspricht. Hat die Drehzahl den am Potentiometer 20
vorgegebenen'.'ert
erreicht, so wird über eine Soll-Istwert-Uberwachung 44 und das Relais 38 sowie
ein Relais 46 die Nachlauf Steuerung, d. h. der Stellmotor 30 wieder abgeschaltet
und ein anzugsverzögertes Relais 48 eingeschaltet. Xndert sich im stationären Betriebszustand
die Stellung des Schleifers 42 am Potentiometer 24, beispielsweise infolge einer
Störung am Motor 10, dann entsteht zwischen den Potentiometerschleifern 40 und 42
eine Differenzspannung, die im Verstärker 32 angehoben wird und über das Relais
48 die gesamte Anlage nach der an diesem Relais eingestellten Verzögerungszeit abschaltet.
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Das Prinzip der Schutzeinrichtung nach der Erfindung beruht darauf,
daß Störungen am Früfling, gleich welcher Art, die abgegoene Leistung beeinflussen.
Die Kriterien einer Prüflingsstorung sind somit auf der Prüfanlagenseite elektrisch
erfaßtbar, wirken sich jedoch, je nach Art der Regelung, auf verschiedene Meßgrößen
aus. So verändert ein am Prüfling auftretender Schaden bei Drehzahlregelung (Konstanthaltung
einer vorgegebenen Drehzahl) das Drehmoment, bei Drehzahl-und Drosselklappenstellungsregelung
ebenfalls das Drehmoment, bei Drehmomentenregelung die Drehzahl und bei Leistungsregelung
(gleichzeitige Regelung von Drehzahl und Drehmoment) die Drosselklappenstellung.
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Die jeweils störungsabhängige Meßspannung wird mittels einer geeigneten
Einrichtung im eingcschwungenen stationären
Zustand der Regelkreise
gespeichert. Der Speicherwert wird nunmehr laufend mit der Meßspannung verglichen.
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Tritt eine Störunx am Prüfling auf, so wird die veränderliche Meßspannung
beeinflußt und es entsteht eine DifferenzspannunO zu ihrem ursprünglichen, im Speicher
festgehaltenen Wert. Diese Differenzspannung führt zum Auslösen der Schutzeinrichtung.
Die Ansprechtoleranz ist an einem Potentiometer einstellbar. Um zu verhindern, daB
schnelle, anlagenbedingte Ueßspannungsänderungen (z. B. durch kurzzeitige Netzspannungseinbrüche
oder andere Einflüsse) zum jibschalten führen, wird die Auslösun ; durch die Uberwachungseinrichtung
verzögert fre-igegeben. Die Verzögerungszeit ist ebenfalls einstellbar.
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Da jede Sollwertänderung in derselben Weise zum Ansprechen führen
würde wie eine Störung, wird durch Erfassen des Differential-Quotienten des Sollwertes
ds/dt die Überwachungseinrichtung gesperrt, solange eine Sollwertänderung vorlieDt.
Durch Uberwachung des Soll-Istwert-Vergleiches wird die Schutzeinrichtung ferner
solange gesperrt,. bis der Regelkreis eingeschwungen, d. h. stationär geworden ist.
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Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei welcher
eine Überwachung der Drehzahl vollzogen wird.
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Der Aufbau und die Ausführung dieser Anordnung ähnelt im Prinzip derjenigen
der Figur 1. Jedoch wird anstelle des
dort angewendeten Meßwertpotentiometers
24 ein Tachogenerator 50 angewendet, dessen abgegebene Spannung unmittelbar mit
der Spannung des Abgreifers 40 am Potentiometer-28 verglichen wird. Im stationären
Betriebszustand entspricht die vom Tachogenerator 50 abgegebene opannung der vom
Potentiometer 28 mittels des Schleifers 40 abgenommenen Spannung, so daß der Verstärker
32 keine Spannung erhält und das Relais 48 nicht erregt wird. Tritt irgendeine Störung
auf, welche sich durch eine Drehzahländerung bemerkbar macht, dann erscheint am
Eingang des Verstärkers 32 eine Differenzspannun, welche das zeitverzögerte Relais
48 zum Ansprechen bringt und den Störungszustand angibt bzw.
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MaBnahmen zur Vermeidung nachteiliger Wirkungen vollzieht.
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Es ist gleichgültig, auf welche Yeise die Meßwertspannung erhalten
wird, was von der zu überwachenden Große abhängig zist. oxo kann anstelle der Drehmomentwaage
22 der Figur gur 1 auch ein Drehmomentmeßwandler, gleichgültig welcher Art, z. B.
eine Druckmeßdose Verwendung finden.
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Eine solche Ausführungsform ist in der Figur 3 dargestellt.
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Der Drehmomentenwandler ist hierbei beispielsweise über zwei Kupplungen
54, 56 in die Kraftübertragungzwischen dem Prüfling 10 und der Gleichstrommaschine
12 eingeschaltet. Die von dem Keßwandler 52 abgegebene Spannung wird als Meßwertspannung
mit der stationären Meßwertspannung des totentiometers 28 ähnlích wie in Verbindung
mit den
Figuren 1 und 2 beschrieben, im Yerstärker 32 verglichen.
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Spannungsunterschiede, gleichgültig, ob sie negativ oder positiv sind,
wirken über den Verstärker 32 auf das zeitverzögerte Relais 48 ein, mit welche eine
akustische oder optische Anzeige bzw. eine Abschaltung vollzogen wird.