DE315448C - - Google Patents

Description

AUSGEGEBEN AM 5. NOVEMBER 1919

Es sind bisher mehrere Verfahren bekannt geworden, durch welche die Leistung und Arbeit umlaufender Wellen mittels elektrischer. Instrumente derart gemessen wird, daß in einem elektrischen Generator eine Spannung erzeugt wird, welche mit der durch die be- * treffende Welle übertragenen Leistung in gewisser Beziehung steht'und auf ein unmittelbar anzeigendes oder registrierendes VoItmeter bzw. einen Voltstundenzähler gewöhnlicher Bauart einwirkt. Das wesentlich Neue der nachstehend beschriebenen Vorrichtungen besteht in der Weise, auf welche die Spannung des Generators erzeugt wird.

Es handelt sich hierbei im Wesen um eine Differentialschaltung von Teilen des Generatorankers, wobei die in den einzelnen Teilen des Ankers erregten Spannungen sich in der Nullstellung, d. h. wenn die Welle keine Leistung überträgt, gegenseitig aufheben, bei der Übertragung von Leistung in der einen oder anderen Richtung aber in dem einen oder dem anderen Sinne in den Instrumenten zur Wirkung kommen.

Die Empfindlichkeit der Anordnung wird durch die Differentialwirkung in,bekannter AVeise günstig beeinflußt.

' Die Zeichnung veranschaulicht das Prinzip zweier verschiedener Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes, und zwar zeigt

Fig. ι die eine, Fig. 2 die andere Ausführungsform in schaubildlicher Darstellung.

Gemäß Fig. 1 ist in die Welle a, deren Leistung gemessen werden soll, zwecks Vergrößerung der Wellenverdrehung eine federnde Kupplung b eingeschaltet. Durch die beiderseits der Kupplung b angebrachten Kettenoder Zahnräder c, d sowie durch Vermittlung der Ketten- oder Zahnräder e, f. wird einerseits die Welle g eines Gleichstromgenerators mit konstantem Felde samt dem aufgekeilten Anker h, andererseits der auf der Welle g lose sitzende, mit der. Nabe des Ketten- oder Zahnrades e fest verbundene Kommutator k mit einer der Umdrehungszahl der Welle a proportionalen Geschwindigkeit angetrieben. Die Befestigung des Ankers Ti auf der Welleg ■ ist in P'ig. 1 nicht besonders dargestellt.

Die Verbindungen zwischen den Ankerleitern und dem Kommutator k sind biegsam 5Q und gestatten eine Verdrehung des Kommutators k gegen den Anker h um einen Winkel von einigen Graden.

Die Bürsten I des Generators sind in ihrer Nullstellung aus der neutralen Zone um 90 elektrische Grade verschoben, so daß der Generator, wenn die Welle α kein Drehmoment überträgt und somit nicht verdreht wird, zufolge Gegeneinanderschaltung der sonst hin- < 1 tereinandergeschalteten Ankerteile die Spannung ο gibt und das Meßinstrument ζ in Ruhe verharrt.

Überträgt die Welle α ein Drehmoment, dann werden die Ketten- oder Zahnräder c, d aus ihrer früheren relativen Lage gegeneinander verdreht und dadurch auch der Kommutator k gegen den Anker h relativ verdreht. Die Folge davon ist dieselbe, als wenn der Kommutator k in Bezug auf den Anker h in seiner Lage verblieben, die Bürsten I dagegen um den gleichen Winkel verstellt worden wären. Infolge der relativen Verdrehung liefert der

Generator eine dem in elektrischen Graden zu messenden Verdrehungswinkel sowie der Drehzahl entsprechende Spannung, deren ■ Höhe man am Voltmeter ζ ablesen kann, je nachdem der eine oder andere Wellenteil der antreibende bzw. angetriebene ist, erfolgt die Verstellung der Bürsten relativ zum Anker in dem einen oder dem anderen Sinne, und dementsprechend schlägt der Voltmeterzeiger einmal in der einen, das. anderemal in der anderen Richtung aus. Ein entsprechend großer Verdrehungswinsel kann auch bei ungeteilter Welle erreicht werden, wenn ein Meßrohr oder eine Nebenwelle in bekannter Weise verwendet wird.

Da es sich eigentlich um eine relative Verstellung der Bürsten gegen die Feldmagnete handelt, kann das gleiche Ergebnis z. B. auch in der Weise erreicht werden, daß der Anker ä stillsteht und die Magnete 0 samt den Bürsten I rotieren und bei Leistungsübertragung" durch die Welle α gegeneinander verschoben . werden.

Die entstehende Spannung kann bei den in Betracht kommenden Winkeln mit genügender Genauigkeit als dem Verdrehungswinkel proportional angesehen werden. Da die Spannung des Generators einerseits durch die Winkelgeschwindigkeit, andererseits durch die Verdrehung der Wellen, als einzige Faktoren beeinflußt wird, kann sie in bekannter Weise als Maß für die durch die Welle übertragene Leistung, bzw. durch einen Zähler über eine gewisse Zeit integriert für die übertragene Arbeit, angesehen werden.

"Der. Antrieb des Generators kann auch unmittelbar ohne Zahn- oder Kettenräderübersetzung erfolgen, insofern es die Form der Welle α gestattet, zwischen den beiden WeI-lenteilen innerhalb der federnden Kupplung einen festen Punkt zu schaffen, um an diesem den feststehenden Teil des Generators zu befestigen.

Dieser feste Punkt kann in der Weise geschaffen werden, daß der eine Teil der Welle a, bei entsprechender Form derselben, der Länge nach durchbohrt wird und durch die Bohrung ein außerhalb der Welle α befestigter Bolzen gesteckt wird, der sodann den nicht rotierenden Teil des Generators trägt.

Um unzulässige Kurzschlußströme unter den Bürsten zu vermeiden, können die Bürsten, da sie nur den Instrumentenstrom zu leiten haben, schmäler als die Isolation zwischen den Kommutatorlamellen sein, oder man kann zwischen Anker und Kommutator Widerstandsverbindungen schalten bzw. irgendeine andere bekannte Methode zur Unterdrückung der Kurzschlußströme anwenden.
Das magnetische Feld kann entweder durch permanente oder fremderregte Magnete 0 hervorgebracht oder, falls es sich um eine Welle mit wesentlich konstanter Tourenzahl handelt, auch durch eine Nebenschlußwicklung erregt werden. In diesem Falle werden auch in den neutralen Zonen Bürsten aufgelegt und von diesen der Erregerstrom abgenommen.

Für die Größe "des Voltmeterausschlages ist die in elestrischen Graden gemessene Verstellung der Bürsten maßgebend; man kann, also die Empfindlichkeit der Meßanordnung durch Vermehrung der Polzahl des Generators steigern, ohne hierdurch auch die Meßfehler entsprechend zu erhöhen.

In . der Ausführungsform gemäß. Fig. 2 kommt gleichfalls das Prinzip der Differentialwirkung zum Ausdruck. Während jedoch nach der Ausführungsform gemäß Fig. 1 einzelne Sektoren des Ankers gegeneinander

geschaltet sind, liegen hier die einander entgegen wirkenden Teile der Ankerleiter auf den beiden Seiten einer zur Generatorwelle normalen Ebene.

Die Vorrichtung besitzt zwei Polsysteme nij n, welche um eine Polteilung gegeneinander versetzt und in achsialer Richtung so

eingestellt sind, daß sich ihre AVirkungen auf den Anker h in der Nullstellung gegenseitig aufheben und das Voltmeter oder der Zähler ζ go

; keinen Ausschlag zeigt. In Fig. 2 ist die

]' Polarität der Magnete durch die Buchstaben N S angedeutet.

Statt des in Fig\ 2 dargestellten Gleichstromankers mit Kommutator kann auch ein Wechselstromanker mit Schleifringen verwendet werden. Der Anker h wird in glei- ■ eher Weise wie bei der Ausführungsform nach Fig. 1 von der hier. nicht dargestellten

ι AVelle, deren Leistung gemessen werden soll, zwangsläufig, z.B. durch Ketten- oder Zahnräder e, f, angetrieben. Die Welle ist zweiteilig. Das Rad e sitzt auf dem Wellenteil t, auf welchem der Anker h samt dem Kommutator k (oder Schleifringen) in der Keilführung s des Wellenteils t achsial verschiebbar ist. Mit der gleichen Umdrehungszahl treibt das Rad f den Wellenteil q an, auf welchem

j der Anker h samt dem Kommutator k durch eine Schraubenführung r beweglich ist.

Die Wellenteile t, q sind an ihren Außenenden unverrückbar gelagert. Die Lagerung

J selbst ist in der Zeichnung nicht dargestellt.

; Statt der hier aus Gründen der einfacheren Darstellungsweise gewählten zweiteiligen AVelle t, q können zur Überführung der relativen Verdrehung der Räder e und / in eine achsiale Verschiebung des Ankers h auch andere Anordnungen verwendet werden.

Werden die Antriebsräder e, f zufolge einer

j Belastung der nicht dargestellten Welle, deren Leistung gemessen werden soll, gegenein-

Claims (1)

1. ander verdreht, so wird der Anker h in einem der Steigungshöhe · der Schraubenführung r entsprechenden Maße in der Keilführung..s in achsialer Richtung verschoben, wodurch er mehr unter den Einfluß des einen oder anderen der Polsysteme m, η gelangt, so daß das Voltmetern je nach der Verschiebung in der einen oder anderen Richtung in dem einen oder dem anderen Sinne ausschlägt.

   ίο Der Ausschlag, ist dem achsialen Verschiebungsweg und somit auch der Belastung der Welle, deren Leistung gemessen werden soll, proportional, insofern durch die Verschiebung die Verteilung des Kraftflusses an den Ankerenden nicht wesentlich geändert wird; ■/μ diesem Zwecke überragen die Pole in, η den Anker h in achsialer Richtung genügend.

   P ate ν τ-An Spruch E :

   i. Einrichtung zur Messung der mechanischen Leistung und Arbeit umlaufender Wellen durch Spannungsmessung an einem von der AVelle angetriebenen Stromerzeuger, dadurch gekennzeichnet, daß diese Spannung eine durch Gegeneinanderschaltung von Teilen des Generatorankers erzeugte Differenzspannung ist, welche, der übertragenen Leistung entsprechend geregelt wird.

   . 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verdrehung der Welle, deren Leistung ge-, messen werden soll, das Magnet- und das Bürstensystem eines von dieser AVelle angetriebenen Gleichstromgenerators mit wesentlich konstantem Felde relativ gegeneinander um einen der Wellenverdrehung proportionalen Winkel verdreht werden, um zwischen den in ihrer NuIlstellung' gegen die neutrale Zone um 90 elektrische Grade verschobenen Bürsten eine der Leistung der Welle nahezu proportionale Spannung zu erzeugen (Fig. I). 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Verdrehung der Welle, deren Leistung gemessen werden soll, der Anker eines von dieser Welle angetriebenen Gleich- oder Wechselstromgenerators mit wesentlich konstantem Felde in bezug auf ein doppeltes Magnetsystem, dessen Teile gegeneinander um eine Polteiluiig versetzt sind, um eine der Wellenverdrehung proportionale Weglänge in achsialer Richtung verschoben wird, um im Anker des Gene- rators eine der Leistung der Welle nahezu proportionale Spannung zu erzeugen (Fig· 2). .

   4. Leistungs- und Arbeitsmesser nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch einen Gleichstromgenerator, ■ dessen Anker [K) mit dem Kommutator [k) nicht fest verbunden, sondern relativ zu diesem ■ verdrehbar ist (Fig. 1).

   5. Leistungs- und Arbeitsmesser nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeich-. net, daß der Anker [K) und der Kommutator [k) von der Welle [a) aus, deren Leistung gemessen werden soll, durch beliebige Antriebsvorrichtungen [e, d, e, f) voneinander unabhängig" mit gleicher Drehzahl angetrieben werden (Fig. 1).

   6. Leistungs- und Arbeitsmesser nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker und der Kommutator des Gleichstromgenerators stillstehen, hingegen die Bürsten und die Magnete rotieren und relativ gegeneinander verstellt werden. .

   7. Leistungs -und Arbeitsmesser nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole [in, n) den Anker (h) in achsialer Richtung überragen, damit durch die Verschiebung des Ankers die Verteilung des Kraftflusses an den Ankerenden nicht \vesentlich geändert wird (Fig. 2).

   8. Leistungs- und Arbeitsmesser nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Generators un- g₀ mittelbar, und zwar derart erfolgt, daß innerhalb einer federnden Kupplung, welche in die Welle eingeschaltet ist, deren Leistung gemessen werden soll, ein fester Punkt geschaffen wird, an dem man den feststehenden Teil des Generators befestigt.

   9. Leistungs- und Arbeitsmesser nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Teil oder beide Teile der Welle vor und hinter der federnden Kupplung der Länge nach durchbohrt sind und durch die Bohrung ein außerhalb der Welle befestigter Bolzen gesteckt ist, der den nicht rotierenden Teil des· Generators trägt.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.