DE227896C

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Description

KAISERLICHES Λ

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

Vr 227896 KLASSE 74*. GRUPPE

MILLER REESE HUTCHISON in NEW-YORK.

Geschwindigkeit eingeschaltet ist.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Juli 1909 ab.

Zur Überwachung der Umlaufzahl von Maschinen, Wellen usw. hat man vorgeschlagen, mit dem zu beobachtenden umlaufenden Teil einen elektrischen Stromerzeuger zu verbinden und dessen Spannung zu messen. Die Angaben des Spannungsmessers bilden ein Maß für die jeweilige Umlaufzahl der zu überwachenden Welle. Auf der Skala des Spannungsmessers können die Umlaufzahlen unmittelbar abgelesen werden.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen dieser Art und verbessert diese dadurch, daß neue Einrichtungen getroffen werden, um die Geschwindigkeiten, und zwar entweder die Umlaufzahl des sich drehenden Teiles oder die lineare Geschwindigkeit des von der sich drehenden Maschine getriebenen Körpers (Automobiles, Schiffes usw.), für Vorwärts- und Rückwärtsgang getrennt anzuzeigen und den Schwankungen des Zeigers der Anzeigevorrichtung möglichst vollkommen vorzubeugen.

Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes sind in der Zeichnung als Beispiele veranschaulicht.

Fig. ι bis 3, 8 und 10 zeigen in schematischer Darstellung verschiedene Anordnungsmöglichkeiten des Erfindungsgegenstandes.
Fig. 4 bis 6 zeigen eine Gesamteinrichtung als Beispiel für die konstruktive Durchbildung.

Fig. 7 veranschaulicht eine Modifikation der Ausgleichsvorrichtung.

Fig. 9 ist ein Querschnitt durch eine.Armaturwicklung.

Fig. 11-und 12 sind Stromdiagramme.

Gemäß der Erfindung wird beispielsweise ein konstantes magnetisches Feld passend angeordnet und der zugehörige Induktor von dem Teil, dessen Geschwindigkeit zu beobachten ist, in geeigneter Weise angetrieben, so daß Wechselstrom erzeugt wird. Die Spannungen des Wechselstromes sind der Umdrehungsgeschwindigkeit des Induktors innerhalb eines beträchtlichen Geschwindigkeitsbereiches proportional, und innerhalb dieses Bereiches wird der Apparat für die Anzeigezwecke verwendet. Der Antrieb von der zu beobachtenden Welle zum Induktor wird so gewählt, daß die niedrigste vorteilhafte Geschwindigkeit der Welle den Induktor ge- 50 · nügend rasch dreht, so daß die erzeugte Spannung über der untersten Grenze des erwähnten Bereiches liegt.

Der Wechselstrom wird zu irgendeiner als Anzeiger geeigneten Vorrichtung, z. B. zu einem Voltmeter, geleitet, dessen Skala man zweckmäßig so einteilt, daß sie gestattet, die Umdrehungen der Welle in der Zeiteinheit, z. B. in der Minute, direkt abzulesen.

In vielen Fällen, z.B. auf Schiffen, ist es

nun sehr wichtig, nicht nur die Umlauf zahl der Welle, sondern auch die jeweilige Umdrehungsrichtung zu kennen. Für eine bestimmte Umdrehungszahl der Schraubenwelle ist die Schiffsgeschwindigkeit bei Vorwärtsfahrt ganz verschieden von der Schiffsgeschwindigkeit bei Rückwärtsfahrt. Die Erfindung trägt Sorge, daß Utnlaufzahl und Umdrehungsrichtung ohne weiteres abgelesen werden können.

ίο Gemäß Fig. ι und 2 sitzen z. B. auf derselben Welle zwei Stromerzeuger 40 bzw. 41, die unbewickelte umlaufende Induktoren 4 und feststehende Ankerwicklungen 4"' besitzen. Mit letzterem sind die Klemmen 6, 7 verbunden.

Der Induktor des einen Stromerzeugers, beispielsweise 40, ist auf der Welle starr befestigt, während der Induktor des Stromerzeugers 41 so befestigt ist, daß ersieh gleitend um 90⁰ verdrehen kann. Bei der einen Umdrehungsrichtung gelangt der gleitende Induktor 4 des Stromerzeugers 41 in dieselbe Stellung gegenüber dem feststehenden Magneten wie der Induktor des Stromerzeugers' 40, während er sich bei der anderen Umdrehungsrichtung um 90⁰ verschiebt, wodurch die Phase seines AVechselstromes gegenüber der Phase des Wechselstromes der Maschine 40 um i8o° verschoben wird. Der von diesen beiden Stromerzeugern gelieferte Strom wird durch voneinander unabhängige Leitungen zu den festen und beweglichen Spulen der Anzeigevorrichtung geführt, deren Schaltungsschema aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Wenn die Stromerzeugerwelle in der Richtung umläuft, in welcher beide Induktoren 4 die gleiche Stellung gegenüber den Magneten einnehmen (Fig. 1), so geht der Strom von 6 über 42 nach 43, durch die bewegliche Spule 28 und über 44, 45 nach 7 zurück. Ein Strom mit derselben Phase geht vom Stromerzeuger 41 über 46, 47 durch die Feldspulen 26, 27 nach 48 und über 49 zu 41 zurück. Die unabhängigen Ströme gleicher Richtung und gleicher Phase bewirken eine Ablenkung des Zeigers 50 in der in Fig. 1 angegebenen Richtung, also nach rechts. Wenn die zu beobachtende Welle ihre Umdrehungsrichtung wechselt, so verschiebt sich der Strom der Maschine 41 in seiner Phase gegenüber dem Strom der Maschine 40 um i8o°, so daß der Zeiger 50 von der Mitte der Skala aus nach links abgelenkt wird (Fig. 2).

In Fig. 4, 5 und 6 ist eine Einrichtung zum Antrieb der Stromerzeuger durch eine Schiffs-' schraubenwelle in Verbindung mit einer Vorrichtung zum Ausgleich der Geschwindigkeitsschwankungen veranschaulicht.

Der Antrieb erfolgt durch ein Kettenrad 70, welches durch Schrauben 72 auf die Welle 71 geklemmt ist und mittels der Kette 73 die Stromerzeugerwelle antreibt.

Die Stromerzeugungsvorrichtung ist auf Konsolen 74, 75 befestigt, welche sich mittels in Schlitzen JJ verschiebbarer Schrauben 76 einstellen lassen und an einem Rahmen 78 sitzen.

Schrauben 79 in unterschnittenen Nuten 80 dienen zur Befestigung der Lager 81, 82 für die Welle 83. Ein großes Zahnrad 83* treibt mittels Zahnrades 84 die Induktorwelle des Stromerzeugers 1. Der zweite Stromerzeuger, der mit dem ersten gekuppelt ist, ist nicht dargestellt. Der Stromerzeuger 1 ist mittels Arm 85 und Schraube 86 an der Konsole 75 befestigt. Die Welle 83 empfängt ihre Bewegung durch die Kette 73 mittels des Kettenrades 87, welches lose auf Welle 83 sitzt und seine Kraft der letzteren durch die entgegengesetzt gewundenen Federn 88, 89 mitteilt, welche am einen Ende mit einer Hülse 90 verbunden sind, die mit der Nabe des Kettenrades 87 aus einem Stück besteht oder starr verbunden ist. Die äußeren Enden der Federn sind mittels eines Stiftes 91 an dem Schwungrad 92 befestigt, welches mittels Schraube 93 fest auf der Welle 83 sitzt. Schwungrad 92 zwingt also die Welle 83, einem Geschwindigkeitswechsel Widerstand entgegenzusetzen, indem gleichzeitig bei zunehmender Geschwindigkeit der Welle 71 die Welle 83 durch die Trägheit des. Schwungrades eine Verzögerung erfährt, wobei die betreffende Feder gespannt wird. Die zunehmende Umdrehungsgeschwindigkeit der Hauptwelle 71 wird also nur mit einem Bruchteil auf die Welle 83 übertragen. Wenn der Geschwindigkeitswechsel der Hauptwelle (wie beim Austauchen einer Schiffsschraube aus dem Wasser) nur für kurze Zeit ausgeglichen werden soll, kann ein Vorsprung 94 diametral gegenüber dem Stift 91 angeordnet werden, damit er mit dem Stift 91 in Berührung kommt und das Schwungrad mitnimmt, nachdem sich die Feder nur durch eine halbe Umdrehung zusammengepreßt hat. Eine derartige Anordnung schützt außerdem die Feder vor Bruch, bei sehr plötzlichem Geschwindigkeitswechsel. ' ■

Der vom Stromerzeuger 1 ausgehende Strom wird durch die Leitung 8, 9 zum Anzeiger 10 geführt, welcher an irgendeinem beliebigen Ort aufgestellt werden kann. Bei der hohen Betriebsspannung für diese Instrumente kann man deren eine ganze Anzahl in den Stromkreis 8, 9 hintereinander schalten. Sollte sich aber hieraus doch eine Abweichung ergeben, so eicht man z\veckmäßig die Skalen erst nach der Montage.

Mit der in Fig. 7 gezeigten Einrichtung werden die Geschwindigkeitsschwankungen der Hauptwelle für lange Zeiträume ausgeglichen. Dabei wird von der Hauptwelle zur Federkupplung ms Langsame und von der Fe-

derkupplung zur Stromerzeugerwelle ins Schnelle übersetzt. Hierdurch werden das Schwungrad und der Stromerzeuger rasch umgedreht, während die Federkupplung langsam gedreht wird, so daß eine gewisse Spannung der Feder um einen vergleichsweise kleinen Winkel mehreren Umdrehungen der Hauptwelle entspricht. Dieses Verhältnis kann man ganz nach Belieben ausgestalten.

ίο Die Bewegung der Hauptwelle ιοί wird durch die Getriebe ioo, 102, 103, 104, 105, 114, 115, 116, 117 auf die. Welle 118 des Stromerzeugers ι übertragen. Die Federn 107, 108 sind mit einem Ende auf der Nabe 106 und mit dem anderen Ende am Arm 109 befestigt. Letzterer ist durch Schrauben in starr mit der Welle 110 verbunden, welche die Welle 112 mit dem Schwungrad 113 unter Vermittlung der Zahnräder 114 und 115 antreibt. Ein Arm 120 an der Nabe 106 dient wieder dazu, sich gegen den Stift 121 zu legen, um die Spannung der Federn etwa auf eine halbe Umdrehung zu beschränken.

Wenn gelegentlich rauhe Behandlung erwartet werden muß, sollen etwaige Stromunterbrechungen oder Kurzschlüsse bei einem Instrument die anderen Instrumente nicht ernstlich beeinflussen. In solchem Falle kann für jede Anzeigevorrichtung ein besonderer Stromkreis verwendet werden, wobei jeder Stromkreis unabhängig mit einer besonderen Armaturwickluiig verbunden wird. Indem man jede Armaturwicklung für einen sehr hohen inneren Widerstand einrichtet, wird der Einfluß vereinzelter Kurzschlüsse oder Stromunterbrechungen vermindert. '

Zwei Wechselstromerzeuger 140,141 (Fig.8) sind mit getrennten Windungen für jede Anzeigevorrichtung versehen. Bei der Maschine 140 erzeugt die Wicklung 150 Wechselstrom, welcher durch die Klemmschraube 142, Leitung 143, Klemme 47, Feldspulen 26, 27, Klemme 48 und Rückleitung 144 fließt. Dieser Anker ist auf seiner Welle 152 mittels des Keiles 153 starr befestigt. Die Armatur der Maschine 141 besitzt eine entsprechende besondere Wicklung 160, welche Strom über 146, 43, 28, 44, 147 schickt.

Diese Armatur wird ebenfalls von der Welle 152 mittels des Keiles 153 gedreht, besitzt aber für den Keil 153 eine Nut 154, welche sich über 90⁰ des Wellenumfanges erstreckt. Bei der Umdrehungsrichtung, welche in Fig. 11 angenommen ist, decken sich die Phasen beider Ströme, während bei entgegengesetzter Umdrehungsrichtung sich die Armatur des Magneten 141 um 90⁰ und dadurch die Phase um i8o° verschiebt (Fig. 12).

Die zweite Anzeigevorrichtung io^ct wird durch Strom in Tätigkeit gesetzt, welcher von den Windungen 151 und 161 der Stromerzeuger 140, 141 kommt. Die Wicklungen 150 und 151 sowie 160 und 161 sind gegeneinander isoliert. Der Strom der Wicklung 151 geht über 149, 47^a, 26, 27, 48^e und 148. Der Strom der Wicklung 161 geht über 162, 45^s, Zeigerspule 28, über 44^a und 163.

Wo eine sehr große Anzahl von Anzeigestationen gewünscht wird, kann jede der Wicklungen 150, 151, 160, 161 mittels Gruppen von Drähten 164 (Fig. 9) hergestellt werden, welche beispielsweise zentral um den Mitteldraht 165 herum angeordnet sind und ge- \vünschtenfalls mit einer zusätzlichen Isolierung i6o^ft versehen werden können. Draht 165 kann als weicher Eisenkern oder als eine der Anzeigerwicklungen verwendet werden. Das Kabel kann in derselben Weise auf die Armatur gewickelt sein wie die Wicklungen 150, 160, 151, 161. Bei einer derartigen Einriebtung sind die Stromstöße in allen Leitungen gleich stark und Kurzschluß oder Stromunterbrechung in einer der Leitungen führt zu keinem Fehler bei den übrigen Instrumenten.

Vorzugsweise kommen Stromerzeuger zur Verwendung, bei welchen die Spannungsänderungen im wesentlichen für alle in Betracht kommenden Geschwindigkeiten proportional zur Geschwindigkeit sind, desgleichen Anzeigevorrichtungen, welche sich gleichem Strom gegenüber gleich verhalten. Dies ist ' aber nicht unbedingt erforderlich, denn man kann Ungleichheiten in einfacher Weise dadurch ausgleichen, daß man die Skalen nach erfolgter Aufstellung eicht.

Die bisher erwähnten Anzeigevorrichtungen waren mit einer beweglichen Zeigerspule und festen Feldspulen ausgerüstet. In manchen Fällen können sich Instrumente empfehlen, bei welchen keine bewegliche Spule vorhanden, ist, ¹Oo der Zeiger vielmehr durch Stromreaktion auf einen zwischen die Feldspulen gebrachten Körper bewegt wird (vgl. ΐο^δ in Fig. 10). Die Feldspulen 26, 27 haben zwischen sich einen beweglichen Metallkörper, welcher beispielsweise eine Verlängerung des Zeigers bildet. Beide Anzeigevorrichtungen sind vollkommen voneinander unabhängig und werden so erregt, daß die eine die Geschwindigkeit beim Vorwärtsgang und die andere die Geschwindigkeit beim Rückwärtsgang anzeigt. Zwei Paar Stromerzeuger 40°, 41® und 4ο⁶, 4ΐ^δ mit dem Induktor 4 sind so angeordnet, daß bei den Stromerzeugern 4ο*¹, 4θ^δ die Armatur ihre Lage auf der Welle 152 behält, während bei 4ΐ^α, 4ΐ^δ die Armatur sich um 90⁰ verdrehen kann. Im übrigen sind beide Stromerzeugerpaare voneinander unabhängig und erregen die voneinander unabhängigen Anzeigevorrichtungen durch je einen besonderen Strom. Die Stromerzeuger 40*, 41^s sind durch die Leitung 201 hintereinander geschaltet und arbei-

Claims

ten in den Stromkreis 202, 203, und zwar, wenn sie sich in Phase befinden, nach dem Diagramm gemäß Fig. 11, so daß sich ihre Spannungen addieren. Während dieser Zeit erzeugen die durch Leitung 204 in Reihe geschalteten Stromerzeuger 4ο⁰ und 41 ^b Spannungen von entgegengesetzter Phase, die sich gemäß dem Diagramm nach Fig. 12 gegenseitig aufheben. Wenn die Hauptwelle ihre Umdrehungsrichtung umkehrt, so gleiten die Armaturen von 41⁰, 4I¹ um 90⁰ und bringen die beiden linken Stromerzeuger außer Phase und die beiden rechten in Phase. Dadurch werden die Phasensparmungen im Stromkreis

15' 202, 203 neutralisiert, und der Zeiger des linken Instrumentes geht auf ο zurück, während die beim rechten Stromerzeugerpaar in Phase arbeitenden Stromstöße durch den Stromkreis 205,206 den rechten Zeiger zum Ausschlag bringen.

Patent-A ν Sprüche:

I. Einrichtung zum Anzeigen der Geschwindigkeit und Umdrehungsrichtung bewegter Körper, deren Bewegung zur Erzeugung eines elektrischen Stromes benutzt wird, in dessen Stromkreis ein Spannungsmesser zur Angabe des Maßes der jeweiligen Geschwindigkeit eingeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung des zu beobachtenden Körpers zur Erzeugung getrennter elektrischer Wechselströme benutzt wird, welche einmal in Phase gestellt werden und dabei die Geschwindigkeit in der einen Umdrehungsrichtung anzeigen, während sie bei entgegengesetzter Umdrehungsrichtung des zu beobachtenden Körpers außer Phase kommen und die Geschwindigkeit bei der entgegengesetzten Drehungsrichtung anzeigen.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Anzeigevorrichtung ein besonderer Stromkreis verwendet wird, wobei jeder Stromkreis für sich mit einer besonderen Wicklung der Armatur verbunden ist, welche ev. aus vieldrähtigen Kabeln bestehen kann, so daß sich eine sehr große Zahl von Anzeigevorrichtungen anschließen läßt, welche sich gegenseitig nicht beeinflussen.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die eine Federkupplung und ein Schwungrad enthaltende Verbindung zwischen Hauptwelle und Stromerzeugerwelle ein Getriebe eingeschaltet ist, welches von der Hauptwelle zur Federkupplung die Geschwindigkeit herabmindert und von der Federkupplung zum Schwungrad und zur Stromerzeugerwelle die Umdrehungsgeschwindigkeit wieder erhöht, so daß sich bei Einhaltung günstiger Umlaufzahlen für das Schwungrad und den Stromerzeuger die Federkupplung nur um verhältnismäßig geringe Beträge zu spannen braucht und sich gleichzeitig die sich über relativ lange Zeiträume erstreckenden Geschwindigkeitsschwankungen ausgleichen. ·

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.