DE339119C - Anordnung zur Untersuchung schwingender Wellen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Untersuchung schwingender Wellen. Beim Pendeln elektrischer Maschinen, bei Torsionsschwingungen von Maschinen und Wellenleitungen und bei zahlreichen anderen, nicht stationären Vorgängen drehender Maschinenteile ist es erwünscht, die auftretenden Kräfte und Wellenverdrehungen messen zu können.
• Gegenstand der Erfindung ist nun eine Anordnung, die es gestattet, schwingende Wellen zu untersuchen, indem mit Hilfe von einfachen elektrischen Apparaten ein elektrisches Bild des Schwingungsvorganges geschaffen wird. Im besonderen werden der Erfindung gemäß an geeigneten Stellen fremderregte Gleichstrommaschinen angeordnet, die von der Welle angetrieben werden, entweder indem sie mit der Welle direkt oder durch geeignete Übersetzung gekuppelt sind. Die Spannung einer solchen Gleichstrommaschine ist konstant, solange die Drehzahl der antreibenden Maschine konstant ist. Treten jedoch Schwingungen auf, so lagert sich über den Gleichstrom ein Wechelstrom. Auf jeden Fall ist die Spannung e einer solchen Gleichstrommaschine direkt proportional der Winkelgeschwindigkeit w, so daß also die Beziehung besteht e-K#w (I). Diese Spannung selbst gibt nun ein Maß für die Wellengeschwindigkeit. Zur Beobachtung des Schwingungsvorganges ist jedoch die Wellengeschwindigkeit an sich belanglos, da sie in keiner Beziehung zu den auftretenden, die Schwingung verursachenden Kräften steht. Man kann nun aber das Drehmoment mit Hilfe der Meßdynamo bestimmen, indem man sie über einen Kondensator mit der Kapazität C auf ein Meßinstrument schaltet.
• Eine Anordnung dieser Art ist in der Zeichnung veranschaulicht. a bedeutet eine Kraftmaschine beliebiger Art, z. B. Dieselmotor oder Dampfmaschine, die zum Antrieb des Propellers b dient. c ist eine elektrische Maschine, die entweder zusammen mit der Kraftmaschine oder auch allein den Propeller antreibt. In der Propellerwelle entstehen nun Schwingungen, die von Oberwellen des Tangentialdruckdiagramms der Kraftmaschine herrühren. Mit d und e sind Meßdynamos gemäß der Erfindung bezeichnet. Zur Messung des Drehmomentes ist nun die Maschine d über den Kondensator C auf das Meßinstrument f geschaltet.
• Durch das Meßinstrument f fließt dann ein Strom i, und zwar ein Wechselstrom, der sich bestimmt aus oder; wenn man Gleichung .(z) einsetzt Nun ist aber das Drehmoment, das jede zu beschleunigende drehende Masse auf die Welle ausübt - und um diese Massenkräfte handelt es sich gewöhnlich bei gefährlichen Torsionsschwingungen -, gegeben durch den Ausdruck sofern man die Meßdynamo nahe der Stelle anbringt, an der die Masse mit dem Trägheitsmoment O sich befindet. Setzt man dies in Gleichung (3) ein, so sieht man, daß durch die Beziehung der Strom im Meßinstrument in jedem Augenblick genau proportional dem Trägheitsdrehmoment in der Wellenleitung ist.
• Will man nun auch die von den Wellenschwingungen herrührenden Verdrehungen messen, so kann man die gleiche Meßdynamo d oder eine zweite besondere e über eine Selbstinduktion L auf ein weiteres Meßinstrument g schalten. In diesem Stromkreise wird dann ein Strom entwickelt, dessen Größe sich bestimmt aus der Gleichung Da nun die Winkelgeschwindigkeit mit dem Drehwinkel zusammenhängt nach der Beziehung: so erhält man durch Zusammenfassung der Gleichungen (i), (6) und (7): und. durch Integration Bei dieser Schaltung wird also der Drehwinkel der Welle durch den elektrischen Strom gemessen.
• Im allgemeinen wünscht man nicht den absoluten Drehwinkel zu bestimmen, sondern die Verdrehung zweier Wellenquerschnitte gegeneinander. Zu diesem Zweck ordnet man, wie dies Fig. z veranschaulicht, am Anfang und am Ende des Wellenstückes, dessen Verdrehung bestimmt werden soll, je eine Meßdynamo h und i an. Diese Üeßdynamos werden auf gleiche Umlaufspannung, also auf gleiche Konstanten K geregelt und gegeneinander auf eine Drosselspule L geschaltet. Der die Drosselspule durchfließende Strom ist dann: Er stellt also in jedem Zeitpunkt die jeweilige Verdrehung der beiden Wellenquerschnitte dar.
• Den Widerstand der elektrischen Leitungen wird man so klein wie möglich ausführen, damit er die Genauigkeit der Messung nicht beeinträchtigt. Dies läßt' sich jederzeit ohne Schwierigkeit eireichen. In den Fällen, in denen die zu messenden Verdrehungsmomente und -schwingungen an Gleichstrommaschinen auftreten, kanr* man die Hauptmaschinen selbst zugleich als Meßdynamos verwenden, besondere Maschinen auf der Welle sind dann nicht erforderlich.
• Bei Gleichstromkollektormaschinen treten durch die Wirkung der Nuten und Kollektorlamellen leicht Schwankungen der abgegebenen Spannung auf, die nicht auf Änderungen der Winkelgeschwindigkeit zurückzuführen sind. Diese Schwankungen können ohne weiteres vermieden werden, wenn man als Meßdynamos Unipolarmaschinen verwendet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Untersuchung schwingender Wellen, gekennzeichnet durch eine von der Welle angetriebene fremderregte Gleichstrommaschine, die auf einen die Phase zwischen-Strom und Spannung verschiebenden Apparat geschaltet ist. z. Anordnung nach Anspruch r, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Drehmomentes der Schwingungen die Gleichstrommeßdynamo (d) auf einen Kondensator.(C) geschaltet ist. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung des Verdrehungswinkels der Schwingungen die Gleichstrommeßdynamo (d oder e) auf eine Selbstinduktion (L) geschaltet ist. ' q.. Anordnung nach Anspruch i und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Messung der Verdrehung eines Wellenstückes am Anfang und Ende des Wellenstückes je eine Gleichstrommeßdynamo (h, i) mit Drosselspule angeordnet ist. 5. Anordnung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gleichstrommeßdynamos (h, z) gegeneinander und auf eine Drosselspule (L) geschaltet sind. 6. Anordnung nach Anspruch =, gekennzeichnet durch eine Unipolarmaschine als Meßdynamo.