DE2620740B2

DE2620740B2 - Schaltungsanordnung zur Messung der Differenzdrehzahl und des Differenzdrehwinkels mindestens zweier Wellen

Info

Publication number: DE2620740B2
Application number: DE2620740A
Authority: DE
Inventors: Rainer 2105 Sevetal Wortmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1976-05-11
Filing date: 1976-05-11
Publication date: 1978-08-17
Also published as: DE2620740C3; DE2620740A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Messung der Drehzahl und des Differenzstellungswinkels mindestens zweier Wellen, insbesondere von Schiffsantriebswellen, die von je einer Antriebsmaschine angetrieben werden, wobei die zur Messung benötigten Meßwerte durch je einen mechanisch an jeder Welle angeordneten Impulsgeber erzeugt werden und jeder Impulsgeber zwei Kanäle aufweist, von denen einer eine Vielzahl von Zählimpulsen und der andere einen Synchronisierimpuls pro Umdrehung abgibt.

Bei Schiffen mit zwei Propellern, von denen jeder mit einem Antriebsmotor verbunden ist, kann es vorkommen, daß mechanische Schwingungen auftreten, die entweder durch Ungleichheiten der beiden zusammenwirkenden Anlagen oder durch äußere Störeinflüsse hervorgerufen werden. Liegen die Frequenzen der Schwingungen nahe genug beieinander, so können die Schwebungen einsetzen, die zu einer Gefährdung des mechanischen Aufbaus und damit des Schiffes führen können. Es ist daher zur Verhinderung von Schwebungen und zur Kompensation mechanischer Schwingungen notwendig, beide Propelleranlagen eines Doppelmotorschiffes auf gleiche Drehzahl und auf eine vorgegebene Kurbelwinkel-Differenz zu regeln. Auf eine solche Regelung können als Störfunktionen

ίο Seegangseinflüsse auf die Propeller, unterschiedliche Drehmomente durch Rudermanöver und Unregelmäßigkeiten in der Einspritzung und Verbrennung der Motoren einwirken. Diese Störfunktionen können durch Stelleingriffe in die Füllungen der Motoren oder durch Einleitung von Ausgleichsmomenten in die Propellerwellen kompensiert werden, wie beispielsweise durch synchronisierte Wellengeneratoren. Die Kosten für eine derartige Anlage sind aber so hoch, daß sie nur dann vertretbar sind, wenn die Wellengeneratoren gleichzeitig zur Versorgung des Bordnetzes erforderlich sind. Stelleingriffe in die Füllung können an sich durch eine elektronische GleichsteJlungsregelung bewirkt werden. Hierzu wurden aber ständig Eingriffe in die Füllung erforderlich sein, daß heißt, das Füllungsgestänge wäre dauernd in Bewegung. Die Häufigkeit dieser Bewegung würde von den Störfunktionen und der zulässigen Kurbelwinkel-Differenz abhängen.

Bisher ist dieses Problem mechanisch in der Weise gelöst worden, daß die auf jeder Welle angeordneten Zahnscheiben der Impulsgeber nach Lösen von Befestigungsmitteln auf der Welle drehbar waren. Die Verstellung der Zahnscheiben konnte aber nur bei Stillstand der Fahranlage vorgenommen werden. Da die Schwingungen aber nur während des Betriebes erfaßt werden können, muß für die Neueinstellung des Impulsgebers die Maschine mit großem Zeitaufwand zum Stillstand gebracht und nach den Einstellarbeiten erneut angefahren werden. Wenn sich während des erneuten Betriebes ergab, daß die Schwingungen nicht beseitigt waren, mußte der ganze Vorgang wiederholt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die während des Betriebes der Antriebsanlage, z. B. eines Doppelmotor-

■t5 schiffes, eine Regelung auf gleiche Drehzahlen und auf gleiche Antriebswellenwinkel-Differenz vorzunehmen, um Schwebungen der mechanischen Schwingungen zu verhindern.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß zur Erzeugung des Differenzwinkelsignals die Zählimpulse der Geber in mindestens zwei Zähler eingezählt werden, welche von den Synchronisierimpulsen der zugehörenden Geber auf Null zurückgesetzt werden, und daß ein zusätzlicher Zähler die Zählimpulse des zweiten Zählers zählt, wobei der zusätzliche Zähler durch den Synchronisierimpuls des ersten Gebers auf den im zweiten. Zähler stehenden Wert zurückgesetzt und das Differenzwinkelsignal durch Subtraktion des Inhaltes des ersten Zählers vom Inhalt des zusätzlichen Zählers gebildet wird.

Der erhebliche Vorteil der Einrichtung nach der Erfindung ist darin zu sehen, daß während des Betriebes der Propelleranlage ein optimaler Antriebswellen-Differenzwinkel eingeregelt wird. Weiterbildungen der Erfindung sind in den ünteransprüchen gekennzeichnet. Anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels sollen weitere Erläuterungen gegeben werden. F i g. 1 zeigt den Regelkreis für zwei Propeller-

wellen und F i g. 2 die sich daraus ergebenden Signale.

Gemäß F i g. 1 treiben Antriebsmaschinen 1 und 2 über Wellen 3 und 4 die Propeller 5 und 6 eines Doppelmotorschiffes an. Auf jeder Welle ist eine Zahnscheibe 7 und 8 eines Impulsgebers fest angeordnet Jede Zahnscheibe weist eine Vielzahl von Zähnen (etwa 360 bis 400) auf, von denen jeder beim Vorbeilauf an einem induktiven Aufnehmer 9 und 10 die Abgabe eines Impulses bewirkt Auf jeder Zahnscheibe ist ein vergrößerte Zahn 11 und 12 angebracht, der bei jeder vollen Umdrehung über die Abnehmer 13 und 14 zur Abgabe eines Synchronisierimpulses führt. Die von den Abnehmern S und 10 abgegebenen Impulse werden über Trigger 15 und 16, je eine Impulsformerstufe 17 und 19 und über einen Digital/Analog-Wandler 18 und 20 den Summierstellen 21 und 22 in den Drehzahlreglern 23 und 24 als Drehzahl-Istwerte zugeführt, an denen zugleich Drehzahl-Sollwerte anstehen.

Die Impulse der Abnehmer 9 und 10 gelangen gleichzeitig über Trigger 25 und 27 sowie Impulsformer 26 und 28 auf einen ersten Zähler 29 und einen zweiten Zähler 30. Der Synchronisierimpuls des Abnehmers 13 der Zahnscheibe 7 wird über einen Trigger 31 und einen Impulsformer 32 sowohl als Rückstellimpuls auf den ersten Zähler 29 als auch als Ladeimpuls (Preset-Impuls) auf einen dritten Zähler 33 gegeben. Dieser übernimmt damit den Inhalt des zweiten Zählers 30 und zählt somit von dem Zählerinhalt dieses Zählers an weiter.

Der Synchronisierimpuls des Abnehmers 13 der Maschine 1 ist an eine Und-Verknüpfung 34 vor dem zweiten Zähler 30 geführt. Hiermit wird errreicht, daß der zweite Zähler 30 im Augenblick der Übergabe seines Inhaltes an den dritten Zähler 33 ein eindeutiges Signal abgibt. Bei Fehlen dieser Impulssperre könnte es durch überlappende Eingangssignale am Zähler 30 zu der Übergabe eines falschen Zählerinhaltes kommen.

Der Zählerinhalt des zweiten Zählers 30 wird jeweils durch den Synchronisierimpuls des Abnehmers 14 über einen Trigger 35 und eine Impulsformerstufe 36 gelöscht.

Der Inhalt des ersten Zählers 29 und der des dritten Zählers 33 wird je einem DA-Wandler 37 und 38 zugeführt, die die digitalen Signale in analoge Spannungen umformen. Die Spannungen an den Ausgängen dieser Wandler entsprechen den Kurbelwel-

s lenwinkeln der Maschinen 1 und 2.

Über einen Verstärker 39 am Ausgang des Wandlers 37 werden die beiden analogen Spannungen auf eine Summierstelle 40 gegeben, an der von einem Sollwertsteller 41 ein Winkelsollwert ansteht. An dieser

ίο Summierstelle 40 werden die beiden analogen Signale subtrahiert und zum Sollwert hinzuaddiert. Das so erhaltene Signal wird über einen Verstärker 42 als Winkeldifferenzsignal einem Gleichlaufregler 43 zugeführt, der aus dem Winkeldifferenzsignal und den zugeführten Drehzahl-Istwerten beider Maschinen ein Ausgangssignal formt, das den beiden Drehzahlreglern 23 und 24 zugeführt wird. Die Ausgangssignale dieser Regler verstellen die Maschinendrehzahlen im Sinne eines Gleichlaufes beider Maschinen.

In der Darstellung nach F i g. 2 ist vorausgesetzt, daß die Zahnscheiben 7 und 8 der F i g. 1 um eine halbe Umdrehung gegeneinander versetzte Synchronisiersignale abgeben. In F i g. 2a sind die Sägezahnspannungen dargestellt, die an den Ausgängen der DA-Wandler 37 und 38 nach F i g. 1 anstehen. Der ausgezogen gezeichnete Kurvenzug entspricht der Spannung am DA-Wandler 37 während der gestrichelt dargestellte Kurvenzug die Spannung am DA-Wandler 38 wiedergibt. Ohne Verwendung eines zusätzlichen Zählers würde an der Summierstelle 40 ein rechteckförmiges Signal entsprechend Fig.2d ausgegeben werden, das sich nur schlecht weiter verarbeiten ließe.

Durch Übernahme des Inhaltes vom zweiten Zähler 30 in den zusätzlichen Zähler 33 erscheint an seinem Ausgang ein Signal, wie es in F i g. 2b dargestellt ist. Beide Signale sind phasengleich, weisen aber verschieden hohe Signalamplituden auf. Die Subtraktion beider Signale an der Summierstelle 40 ergibt, wie F i g. 2c zeigt, eine gleichförmige Ausgangsspannung, die für die weitere Verarbeitung gut auswertbar ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Messung der Differenzdrehzahl und des Differenzstellungswinkels mindestens zweier Wellen, insbesondere Schiffsantriebswellen, die von je einer Antriebsmaschine angetrieben werden, wobei die zur Messung benötigten Meßwerte durch je einen mechanisch an jeder Welle angeordneten Impulsgeber erzeugt werden und jeder Impulsgeber zwei Kanäle aufweist, von denen einer eine Vielzahl von Zählimpulsen und der andere einen Synchronisierimpuls pro Umdrehung abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Differenzwinkelsignals die Zählimpulse der Geber (7,9; 8, 10) in mindestens zwei Zähler (29/30) eingezählt werden, welche von den Synchronisierimpulsen der zugehörenden Geber auf Null zurückgesetzt werden und .daß ein zusätzlicher Zähler (33) die Zählimpulse des zweiten Zählers (30) zählt, wobei der zusätzliche Zähler (33) durch den Synchronisierimpuls des ersten Gebers (11,13) auf den im zweiten Zähler (30) stehenden Wert zurückgesetzt und das Winkeldifferenzsignal durch Subtraktion des Inhaltes des ersten Zählers (29) vom Inhalt des zusätzlichen Zählers (33) gebildet wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die an den Antriebswellen angeordneten mechanischen Impulsgeber als Zahnscheiben ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahnscheiben (7, 8) außer den Zähnen zur Erzeugung einer Vielzahl von Impulsen einen zusätzlichen Zahn (11, 13) zur Erzeugung der Synchronisierimpulsc: aufweisen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inhalte des ersten und des zusätzlichen Zählers (29, 33) über je einen DA-Wandler (37, 38) in Analog-Signale umgeformt und die Anaiog-Signale voneinander subtrahiert werden.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mittels eines Analog-Signals eine Sollwert-Vorgabe erfolgt, wobei das Analog-Signal zum Differenzsignal hinzuaddiert wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe aus dem Differenzsignal und dem Sollwert-Signal einer Gleichlaufregelung (43) zugeführt wird.