DE315137C

DE315137C -

Info

Publication number: DE315137C
Application number: DENDAT315137D
Authority: DE

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN
AM 30. OKTOBER 1919

REICH SPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 74 b GRUPPE

beeinflußten Meßgerät.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 5. Dezember 1915 ab.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, die zur Messung kleiner A^erschiebungen gegeneinander beweglicher Körpei bestimmt ist. Sie kann beispielsweise als hochempfindliche. Fernanzeige\rorrichtung für die Änderung' der Stellung eines Flüssigkeitsspiegels oder von durch die Temperatur beeinflußten Körpern dienen. Bei bekannten Einrichtungen dieser Art wurde durch einen

ίο der sich ■ verschiebenden Körper ein Schluß stück eines U-förmigen, eine Wicklung tragenden Magneten in seiner Lage zu diesem verändert, so daß ein durch die Wicklung geschickter AVechselstrornfluß eine entsprechende Änderung erfuhr, die an einem amperemetrischen oder voltmetrischen Instrument zur Anzeige gebracht wurde. Diese Einrichtungen waren derart ausgebildet, daß sie verläßliche Anzeigen nur bei verhältnismäßig großen Verschiebungen ergeben konnten.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Verdrehung einer Welle auf elektrischem Wege zu messen, indem verschiedenen Querschnitten der Welle Kontakte . zugeordnetes sind, deren gegenseitige Stellung bestimmte, der Verdrehung der Wellenquerschnitte entsprechende Ausschläge eines Meßinstrumentes bewirkt. Derartige Einrichtungen werden durch die Unsicherheit der Kontakte ungünstig beeinflußt; auch ist eine stetige. Angabe am Meßgerät nur bei Verwendung einer unverhältnismäßig' g'roßen Anzahl von Kontakten erreichbar.

Es ist ferner vorgeschlagen worden, die durch eine Welle übertragene Arbeit entsprechend der Verdrehung zweier Querschnitte zu messen, wobei an den entsprechen· .den Querschnitten . Synchronmaschinen angeordnet sind, deren einem Meßgerät . zugeführte .Ströme entsprechend der Verdrehung der Welle gegeneinander in der Phase verschoben sind. Das Meßgerät wird gleichzeitig von einer der Drehzahl der Welle proportionalen, beispielsweise durch einen besonderen Generator erzeugten Spannung beein- 4-5 Ilußt, so daß es die durch die AVelle übertragene Arbeit anzeigt. Es ist ferner vorgeschlagen worden, zur Messung der durch die Welle übertragenen Leistung die Spannung eines von der Welle angetriebenen Generators zu messen, dessen Erregerstrom durch zwei IContaktvorrichtungen geregelt wird, die ebenfalls von zwei, eine Verdrehung gegeneinander erfahrenden Punkten der Welle angetrieben werden und die Erregerstroms.tärke entsprechend der Wellenverdrehung regeln.

Während die Meßvorrichtung mit den beiden Synchronmaschinen etwas teuer und umständlich ist, macht die zuletzt beschriebene wieder von Kontaktvorrichtungen Gebrauch, deren Verwendung zuweilen aus praktischen Gründen zu Schwierigkeiten Anlaß gibt.

Gemäß der Erfindung sind die Nachteile' der geschilderten Einrichtungen dadurch vermieden, daß in der bekannten Weise mit gegeneinander verschobenen Körpern Teile eines magnetischen Kraftlinienweges verbunden sind, wobei dieser aber eine der Wheat-

stoneschen Brückenanordnung entsprechende Verzweigung aufweist und der dem Brückenzweig entsprechende . Teil mit einem der gegeneinander verschobenen Körper verbun den. ist, während die den Widerstandszweigen entsprechenden, Erregerspulen tragenden Teile an dem anderen der verschiebbaren Körper befestigt sind.

Auf der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.

Fig. ι stellt eine Vorrichtung zur Messung des Verdrehungswinkels oder des übertragenden Drehmomentes einer Welle ι in Seitenansicht dar, während Fig. 2 ein Querschnitt ist. Als Maß für die Verdrehung sind zwei Querschnitte A und B festgesetzt. An der Stelle des Querschnittes A ist ein Rohr 2 einseitig befestigt, dessen freies Ende mit einer aus Eisen bestehenden Nase 3 in die Ebene des Querschnittes B reicht. Beiderseits dieser Nase, jedoch in gewissem Abstand davon sind auf der Welle 1 zwei gegeneinander gekehrte U-förmige Eisenkörper 4 und 5 mit Wicklungen 6 und 7 angeordnet, deren Befestigungspunkt dem Querschnitt B entspricht. Ein Meßgerät enthält in einem durch einen Elektromagneten 11 erzeugten Feld, zwei Kreuzspulen 12 und 13, die einerseits gemeinsam an den einen Pol 14 der auch den Erregerstrom des Magneten 11 liefernden Wechselstromquelle 15 angeschlossen, andererseits durch Bürsten 16, τ 7 mit zwei Schleifringeng und 10 auf der Welle.1 verbunden sind. Über einen dritten Schleifring 8 wird mittels einer Bürste 18 der andere Pol 19 der Wechselstromquelle 15 gemeinsam an das eine Ende der Spulen'6 und 7 gelegt, deren andere Enden mit den Schleifringen 9 bzw. ] ο verbunden sind. Die Schaltung bzw. der Wicklungssinn der Spulen 6 und 7 ist ein derartiger, daß sie in der mit dem Rohr 2 verbundenen Nase 3 entgegengesetzt wirkende Kraftflüsse zu erzeugen streben.

Wenn die Welle l keine Arbeit überträgt ■ und mithin keine Verdrehungen erfährt, befindet sich die Nase 3 genau in der Mitte zwischen den beiden Elektromagneten 4 und 5. Es sind dann sämtliche Luftstrecken in dem magnetischen Kreis einander gleich und entsprechend den entgegengesetzt gerichteten magnetomotorischen Kräften heben sich die Kraftlinien in der Nase 3 auf. Demzufolge nehmen beide Spulen 6 und 7 dieselben Ströme auf, die Kreuzspulen 12, 13 des Meßinstrumentes halten einander das Gleichgewicht. Verschiebt sich dagegen die Nase 3 infolge einer Verdrehung der Welle nach der einen oder anderen Seite, so ändern sich die magnetischen Widerstände in den beiden Kreisen, und dementsprechend wird der von der einen Spule aufgenommene Strom größer, der von der anderen kleiner. Das ivreuzspulensystem erfährt eine Verdrehung in seinem Feld, die proportional der Ver-Schiebung der Nase 3 und' damit der Verdrehung der Welle ist. Das Meßgerät kann unmittelbar in Einheiten des Verdrehungswinkels oder des Drehmomentes geeicht werden. * . 70

Fig. 3 veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, mit dem Schwankungen des Drehmomentes an der umlaufenden Welle und damit deren Ungleichförmigkeitsgrad gemessen werden kann. Das Elektromagrietsystem entspricht demnach Fig. 1. Es wirken z\\ei mit Wicklungen 6 und 7 versehene U-förmige Eisenkörper 4 und 5, die beispielsweise unmittelbar an der Welle 1 befestigt sind, mit einem an dem Rohr 2 angeordneten Nebenschlußstück 3 zusammen. Dieses trägt aber eine Wicklung" 28, an die ein amperemetrisches Wechselstrommeßgerät über Schleifringe 43, 44 und Bürsten 45, 46 angeschlossen ist. Insbesondere empfiehlt es sich, mit der Wicklung 28 die sich zwischen den Polen eines Magneten 30 bewegende Schleife 29 eines Oszillographen zu verbinden. Die .Spulen 6, 7 sind an eine Gleichstromquelle 27 angeschlossen. Auch kann man an Stelle der Elektromagnete 4 und 5 Dauermagnete verwenden.

Sofern die umlaufende Welle 1 rasch aufeinanderfolgende Schwankungen des Drehmomentes erfährt, äußern diese sich in einer hin und her schwankenden Bewegung des magnetischen Nebenschlußstückes 3. Hierbei werden in der Wicklung 28 elektromotorische Kräfte induziert, die in ihrem Verlauf durch den Oszillog'raphen genau angezeigt werden.¹ Ein anstatt des Oszillographen verwendetes einfaches "Wechselstrommeßgerät zeigt durch seinen dauernden oder pendelnden Ausschlag das Maß der Änderungen des Drehmomentes an.

In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung angezeigt, mit der ohne weiteres die durch die Welle übertragene Leistung festgestellt werden kann. Es wird dabei das voltmetrische Meßgerät 30 von zwei Größen beeinflußt, von denen die eine der Verdrehung der Welle, die andere der Umlaufzahl der Welle entspricht. Mit der Welle ι sind wie bei der Anordnung nach Fig. 3 Eisenkörper 4 und 5 fest verbunden, die Spulen 6 und 7 tragen. Zwischen den Eisenkörpern ist ein magnetisches Nebenschlußstück 3 mit einer Wicklung 28 bewegbar, das an dem von der Wellenverdrehung an dem Querschnitt A beeinflußten Rohr 2 befestigt ist. Die Wicklungen 6 und 7 sind in Reihe an Schleifringe 31, 32 angeschlossen,

denen über Bürsten 33, 34 ein synchron zur Wellendrehung schwingender Wechselstrom zugeführt wird. Dieser Wechselstrom wird in einem auf die .Wellenachse aufgesetzten Generator erzeugt. Dieser Generator besteht im vorliegenden Beispiel aus einer Scheibe 35 mit Eisenzähnen, die sich an den Polen eines Magneten 36 vorbeibewegen und somit den magnetischen Widerstand ändern. Der Magnet 36 wird. durch einen eine Wicklung 37 durchfließenden Gleichstrom erregt. An dieselbe Wicklung sind über einen Kondensator 39 die Bürsten 33, 34 angeschlossen. Das Meßgerät 30 ist über Bürsten 40, 41 an die Schleifringe 32 und 42 angeschlossen, die mit einer auf dem magnetischen Nebenschlußstück 3 vorgesehenen Wicklung 28 in Verbindung stehen.

Befindet sich -das Nebenschlußstück 3 in der Mitte zwischen den beiden Elektromagneten 4 und 5, so sind die Luftstrecken in den magnetischen Kreisen- einander gleich und die im Schlußstück .verlaufenden Kraftlinien heben sich auf. Es wird mithin in der Wicklung 28 kein Strom

. . induziert. Verschiebt sich dagegen infolge einer Verdrehung der Welle der Nebenschluß 3 nach der einen oder anderen Seite, so verändern sich die magnetischen Wider stände in dem magnetischen Kreis und es entsteht in dem Schlußstück ein Kraftfluß, der entsprechend elektromotorische Kräfte in der Wicklung 28 erzeugt, deren Größe an dem Meßgerät 30 bestimmt wird. Der Wert der induzierten elektromotorischen Kräfte ist, wie Versuche ergeben haben, in weitem Bereich proportional der Verstellung des magnetischen Nebenschlusses, vorausgesetzt, daß die Luftspalte so groß gemacht sind, daß sie im wesentlichen allein für den Widerst andswert der 'magnetischen Kreise in Be- ' t rächt kommen. Die elektromotorischen Kräfte sind ferner aber auch proportional der Umdrehungszahl der Welle, da durch diese, die Stärke des die Wicklungen 6 und 7 durchfließenden Erregerstromes bestimmt wird. Mithin ergeben die Ausschläge an dem Meßgerät 30 ein Maß für die durch die Welle übertragene Arbeit und die Eichung des Meßgerätes kann unmittelbar in Arbeitseinheiten erfolgen. . . .

Es kann für die Bestimmung der übertragenen Arbeit auch die Einrichtung nach Fig", ι -gewählt werden, wonach das Neben schlußstück 3 keine Wicklung trägt und bei seiner Verstellung nur den magnetischen Widerstand der beiden magnetischen Kreise und damit die Stromaufnahmefähigkeit der Wicklungen-6 und 7 ändert. Zur Messung dient ein Meßinstrument mit Kreuzspulen. Der Unterschied gegenüber der Einrichtung nach Fig. ι besteht nun darin, daß. zur Erzeugung des Wechselstromes ein in Übereinsiimmung mit der Umdrehungszahl der Welle umlaufender Generator, beispielsweise der in Fig. 4 veranschaulichten Art, benutzt wird.

Bei den Meßinstrumenten, in denen die dem Drehmoment und.die der Umlaufszahl der Welle entsprechenden elektrischen Größen getrennt in Spulensystemen wirken, ist dafür Sorge zu tragen, daß die in den verschiedenen Systemen fließenden Ströme in stets gleicher Phase schwingen, was durch die Anordnung von . Kunstphasen o. dgl. erreicht werden kann.

An Stelle des Wechselstromgenerators kann auch eine Gleichstromquelle mit Kondensatoren verwendet werden, der mit Hilfe einer von der Welle angetriebenen Umschaltvorrichtung einzelne Stromstöße entnommen werden.

Bei Verwendung der neuen Vorrichtung ■zur !Messung der Verstellung ruhender Körper kann meist . der eine Teil des elektro- ■magnetischen Systems fest angeordnet sein, während der andere von dem sich verstellenden der ruhenden Körper dagegen verschoben wird. Unter Umständen kann der Antrieb des beweglichen Systemteiles mit_ Hilfe eines Übersetzungstriebwerkes erfolgen.

Claims

Patent-Ansprüche:

1. Vorrichtung' zur Messung' kleiner Verschiebungen, bei der Teile, eines magnetischen Kraftlinienweges ihre gegenseitige Lage verändern und die hierdurch bewirkte Änderung des Kraftlinienflusses als Maß der Verschiebung an einem elek irischen Meßgerät zum Ausdruck gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß . der magnetische Kraftlinienweg eine der Wheatstoneschen Brückenanordnung' entsprechende Verzweigung' aufweist und der dem Brücken zweig entsprechende Teil •mit einem der gegeneinander verschobenen Körper verbunden ist, während die den Widerstandszweigeh entsprechenden, Erregerspulen tragenden Teile an dem anderen der verschiebbaren Körper befestigt sind. . .

2. Vorrichtung' nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Widerstandszweigen der Brücke entsprechenden, beiderseits des Schlußstückes angeordneten Teile Spulen tragen, die in dem dem Brückenzweig entsprechenden Teil entgegengesetzte Kraftflüsse erzeugen und ein Kreuzspulen-o. dgl. Meßgerät beeinflussen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, da-

durch gekennzeichnet, daß auf dem dem Brückenzweig entsprechenden magnetischen Teil eine mit einem voltmetrischen Meßgerät verbundene Wicklung angeordnet ist, so daß als Maß der Verschiebung der Kraftfluß im Brückenstück dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspulen des magnetischen Kreises an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, während die Wicklung auf dem Brückenstück mit einem Oszillographen verbunden ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder den Unteransprüchen zur Feststellung des Drehmomentes umlaufender Wellen oder der durch sie übertragenen Arbeit, dadurch gekennzeichnet, daß von der Welle in an sich bekannter Weise ein Generator angetrieben wird, der die Erregerspulen des magnetischen Kreises mit einem AVechselstrom versorgt, dessen Stärke der Umdrehungszahl der Welle entspricht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.