-
Einrichtung zur Ermittelung der mechanischen Leistung elektrischer
1Kaschinen unter Messung des 'Drehmoments als Reaktionsdrehmoment an der Maschine.
Die Errnittelung der zur elektrischen Leistung einer elektrischen Maschine gehörigen
mechanischen Leistung erstreckt sich auf die Messung des Drehmomentes einerseits
und der Winkelgeschwindigkeit, unter welcher dieses Drehmoment geleistet wird, anderseits.
Während die Ermittelung der Winkelgeschwindigkeit ohne weiteres mit den verschiedensten
Methoden der Drehzahlmessung leicht und praktisch mit beliebig weit zu treibender
Genauigkeit ausführbar ist, stößt eine genauere direkte Messung des Drehmomentes
in der Regel auf Schwierigkeiten, so zwar, daß im allgemeinen die direkte Ermittelung
der mechanischen Leistung für derartig ungenau angesehen wird, daß man sogar der
indirekten Methode der mechanischen Leistungsmessung, die auf der rechnerischen
Verwertung elektrischer Teilmessungen auf Grund gewisser Annahmen beruht, häufig
den Vorzug gibt. Diese Auffassung ist z. B. auch in den neuesten »Regeln für die
Bewertung und Prüfung elektrischer Maschinen« des Verbandes Deutscher Elektrotechniker
zum Ausdruck gebracht (E.T.Z. 1922 S. 362 § 54).
-
Die allgemein übliche Drehmo-mentmessum; außerhalb der Maschine an
ihrer rotierenden Welle oder deren Verlängerung läuft darauf hinaus, das Drehmoment
als statisches Moment zu messen, und zwar .entweder am Maße einer an der rotierenden
Welle in geeigneter «'eise hervorgebrachten und für den feststehenden Beobachter
außerhalb ablesbar gemachten elastischen Deformation (z. B. Torsionsdynamometer)
oder nach Maßgabe eines zum Zwecke der Messung eigens aus einer elektrischen oder
mechanischen Energieumsetzung erst wieder neu geschaffenen statischen Drehmomentes
(z. B. Bremszäume, Wasserbremsen, elektrische Wirbelstrombrernsen einschließlich
an die Welle gekuppelter Pendelmotoren oder Pendeldynamos).
-
In beiden möglichen Fällen der Messung außerhalb der Maschine, gleichgültig,
ob es sich um einen Motor oder Generator handelt, wird also das Drehmoment auf dem
Umwege über verschiedene Zwischenglieder ermittelt, die selbst wieder mit teils
zahlenmäßig unbekannten, teils unkontrollierbaren variablen Mißweisungen behaftet
sind. Hierin liegt die mangelnde Genauigkeit derartiger Messungen begründet.
-
Diese Zwischenglieder lassen sich mit ihren Unstimmigkeiten vermeiden,
wenn man nicht das Drehmoment außerhalb der Maschine zur Messung heranzieht, sondern
dazu übergeht, das Drehmoment als statisches Drehmoment aus der Energieumsetzung
innerhalb der elektrischen Maschine selbst zu messen, indem das Drehmoment, das
zwischen dem rotierenden und dem betriebsmäßig feststehenden Teil der Maschine in
Gestalt des Reaktionsdrehmomentes, das der betriebsmäßig feststehende Teil um die
Rotationsachse ausübt,
in geeigneter und einfacher Weise gemessen
wird. Derartige Maschinen (Pendelmotoren. Pendeldynamos, »Leistungswaagen«) sind
bekannt und werden seit langem hergestellt (z. B. E.T.Z. I922 S. 104I). Sie stellen
aber -Spezialausführungen dar. Um sich die meßtechnischen Vorteile zunutze zu machen,
müßte man den ungangbaren Weg beschreiten, jede zu messende Maschine in .eine derartige
Spezialausführung zu bringen.
-
Soweit Vorrichtungen bekannt geworden sind, bei denen unter mehr oder
weniger großen Abänderungen der normalen Maschinenbauart versucht worden ist, eine
Pendelmessung an der Maschine selbst durchzuführen, so haben sie unter dem Mangel
gelitten, daß die gesamte Maschine an einem Rahmen unabhängig von den normalen Maschinenlagern
und der Maschinenwelle in besonderen schneidenfönnig gebildeten Lagern. hat schwingbar
gemacht werden müssen. Es ist infolgedessen damit nicht möglich gewesen, das Dreh.-moment
der Maschine in das pendelnde System hinein- oder aus ihm lherauszuleiten, ohne
das System in empfindlicher Weise zu -beeinträchtigen, so daß der Vorteil, der in
der exakten Messung des Drehmomentes durch die Pendelmessung an der Maschine selbst
ruht, niemals hat gewonnen werden können. Um ihn zu gewinnen, wäre auch wieder -
nur der ungangbare Ausweg geblieben, der Messung zuliebe die Maschine in die Sonderausführung
einer Spezialpendelmaschine zu bringen.
-
. Es ist nun Gegenstand der Erfindung, normale elektrische Maschinen
unverändert als Pendelmaschinen verwenden zu können und damit für jede einzelne
Maschine ohne weiteres die vielfachen Vorteile der Reaktiansdrehmomentmessung, z.
B. auf dem Prüffelde der Fabriken elektrischer Maschinen, auszunutzen, und zwar
gleichgültig, :ob es sich um Generatoren oder Motoren handelt.
-
An Hand eines Ausführungsbeispeles zeigt die Zeichnung in Abb. I und
-2 im Schnitt und -teilweisem Schnitt ;eine normale elektrische MaschineE reit aufgesetzter
Riemenscheibe R, deren beiderseits zugängliche Wellenstirnff.ächen die üblichen
konischen Zentrieranbohrungen aufweisen, mittels welcher die ganze Maschine -E,
wie das Werkstück einer Drehbank, frei zwischen den Körnerspitzen IKl und 1K2, .welche
sich fest an den in den Lagern L1 und L2 drehbaren Wellen W1 und W2 befinden, so
gefaßt wird; daß die Drehachse der Maschine E mit denen der Wellen W1 und W2 in
.einer geraden Linie zusammenfällt. -Ähnlich wie beim Werkstück einer Drehbank wird-
mittels - der beiden Mitnehmerbolzen-P, welche in zwei der normalerweise vorhandenen
Bohrungen -der Riemenscheibe (oder in deren Speichenzwischenräume) eingreifen und
welche an der fest auf die Welle W1 gekeilten Planscheibe M befestigt sind, die
Welle :W, zur Drehmomentübertragung aus der Maschine heraus oder in sie hinein befähigt.
Die auf der Zeichnung schematisch angedeuteten Lager L1. und L@ nehmen an den Schulterflächen
@-, und F2 die aus der Aufhängung der Maschine E zwischen den Körnerspitzen IKl
und I('2 resultierenden Axialschübe auf. Es bleibt unbenommen, die Lader als Gleitlager
.oder als Wälzlager entsprechend auszugestalten. Während sich nach der Analogie
des Werkstückes auf der Drehbank zwar die Körneranbohrung an der Stirnfläche der
Maschinenwelle gegenüber der Körnerspitze K2 im allgemeinen relativ drehen müßte,
soll, davon abweichend, hier die Körnerspitze 1K2 mit ihrer Welle W2 sich gemeinsam
mit der Maschine drehen; die Drehung wird .also absichtlich von der Körnerspitze
1K2 weg in das ungleich besser dazu geeignete Lager L2 verlegt. Ist dieses Lager
ein Wälzlager; dann wird die Drehung von selbst nicht an der Körnerspitze, sondern
im Lager auftreten. Im Falle eines. reinen Gleitlagers wird eine Drehung der Körnerspitze
K2 gegenüber der Maschinenwelpe unschwer durch geeignete Konstruktionselemente verhindert
werden können.
-
Das Gehäuse der so aufgehängten Maschine E ist nun in,der Lage, in
den :eigenen Maschinenlagern frei um die Rotationsachse pendeln zu können, während
die Maschinenwelle, gewissermaßen verlängert, von den feststehenden Lagern L1 und
L2, de das ganze Maschinengewicht und die Axialschübe aus der Aufhängung zwischen
den Spitzen KI und !K2 aufnehmen, besonders gefaßt ist und vermittels der Welle
W1 ihr Drehmoment nach außen abgibt oder von außen empfängt. Es 'ist naturgemäß
gleichgültig, auf welche Weise diese Welle WI_- mit einer- 'Drehmoment verbrauchenden
oder Drehmoment liefernden Vorrichtung verbunden wird. Auch die Rietnenscheibe R
ließe sich unmittelbar durch Auflegen eines Riemens diesem Zwecke dienstbar machen.
-
Befestigt man nun noch etwa einen Rahmen H in einfacher Weise an den
normalen Bohrungen der Maschinenfüße und bildet diesen so aus, daß er einerseits
unter dem Hebelarm r die Kraft P an dem pendelnden Maschinengehäuse auszuüben vermag
und versieht man ihn anderseits mit einem Zeiger Z, welcher auf der feststehenden
-Skala S spielt, dann ist jede beliebige Drehmomentaufnahme oder -abgabe meßbar.
Im Ausführungsbeispiel der Zeichnung ist die Meßanordnung so gedacht, daß bei -dem
Drehmoment Null- und der Belastung P= 0 der Zeiger Z vermittels
eines
besonderen' Laufgewichtes L auf den Nullpunkt der Skala zum Einspielen gebracht
wird, wobei das Gehäuse um die eigenen Lager der Maschine E spielt. Liefert nun
die Maschine im Sinne des Uhrzeigers als Motor laufend ein Drehmoment, dann wird
die Drehmomentabgabe dadurch gemessen, daß durch Anhängen von Gewichten P der Zeiger
Z wieder zum Einspielen auf den Nullpunkt seiner Skala S gebracht wird. Die aufgebrachten
Gewichte P ergeben nach Maßgabe des bekannten Hebelarmes r die gesuchte Größe. Auf
die rein meßtechnis,che Frage, daß im Falle des Motors die Reibungsmiomente an den
Lagern L1 und L. schon als Drehm;amententnahme mitgeniessen werden und wie nah°
das gemessene Drehmoment dem tatsächlich zwischen dem Gehäuse und dem Rotor auftretenden
Drehmoment kommt und wie ferner das in den eigenen Lagern der Maschine E auftretende
Reibungsdrehmoment aus der Messung herausfällt, sei hier nicht eingegangen.
-
:Anstatt nun die Messung des Drehmomentes durch Aufbringung der Gewichte
P vorzunehmen, läßt sich P durch jede beliebige Meßeinrichtung auf mechanischem,
hydraulischem, optischem, akustischem oder elektrischem Wege messen. Auch der Hebelarm
r ließe sich bei gleichbleibender Kraft P veränderlich gestalten und mit denselben
Mitteln die Drelunomentmessung ermöglichen. Da sich ferner die Drehzahl der Maschine,
welche mit dem gemessenen Drehmoment die mechanische Leistung liefert, mit den zahlreichsten
mechanischen, hydraulischen, optischen, akustischen oder elektrischen Mitteln messen
läßt, :erscheint es .einfach, eine Kombination zwischen der Drehm@o-mentmessung
und der Drehzahlmessung dahin zu treffen, daß das Produkt beider unter Berücksichtigung
der Konstanten unmittelbar als die gesamte mechanische Leistung an einer Skala ablesbar
wird.
-
Würde man z. B. eine elektrische Einrichtung so treffen, daß die Messung
des Reaktionsdrehmomentes auf eine Stromstärke führt, welche dem Drehmoment proportional
ist und die Drehzahl etwa vermittels einer Tourendynamo eine ihr proportionale Spannung
liefert, dann würde beim Durchführen des Strotnes und beim Anlegen der Spannung
ä.n die Spulen eines Wattmeters der Wattmet.erausschlag das Produkt beider, also
die mechanische Leistung, unmittelbar ergeben.
-
Auch zur Beeinflussung der Größe des mechanischen Drehmomentes und
der mechanischen Leistung läßt sich die beschriebene Anordnung verwenden. Betätigt
man mit Hilfe der KraftP eine Einrichtung beliebiger Art, welche in die das Drehmoment
liefernde oder das Drehmoment abnehmende Einrichtung an der Welle W, drehmomentändernd
eingreift, dann läßt-sich z. B. eine für Prüf -feldz@ve(-lLe wichtige selbsttätige
Regulierung des Drehmomentes an der Maschine E u. a. -tuf konstanten Wert erzielen.
Außerdem iäßt sich die Kraft P auch .zur Vornahme von Eingriffen in die elektrische
Schaltung der Maschine E selbst heranziehen.
-
Ferner sei erwähnt, daß die vorliegende Pendelaufhängung gestattet,
an jeder normalen Maschine die verschiedensten, für wissenschaftliche Zwecke wichtigen
Aufnahmen seitlich rasch verlaufender Drehmnomentscbwankungen vorzunehmen, wie sie
beispielsweise bei Schaltvorgängen oder während der Anfahrperiode des Elektromotors
auftreten.
-
Naturgemäß sind, abweichend von dem Ausführungsbeispiel der Zeichnung,
die verschiedensten konstruktiven Variationen und Kombinationen suwz)hl bezüglich
einer möglichst zweckmäßigen Ausgestaltung der LagerLl und L., der MitnehmereinrichtungM,
B und R als auch in der Ausgestaltung des Rahmens H einschließlich der an ihm angebrachten
Meßeinrichtungen möglich. U. a. wird .es z. B. vorteilhaft sein, die Körnerspitze
I(" oder ihre Lager L2 oder beide axial verstellbar zu gestalten, sowohl um Maschinen
von beliebig großer axialer Baulänge einhängen zu können, als auch um die axiale
Pressung, mit welcher die Körnerspitzen die Maschinen festhalten, in einfacher Weise
einstellen zu können. Auch die Ausbildung des Zeigers Z als Lichtzeiger wird gewisse
Vorteile bieten.
-
Natürlicherweise bleibt die beschriebene Meßeinrichtung nicht ausschließlich
auf die Verwendung elektrischer Maschinen beschränkt, sie läßt sich viehhehr für
die zahlreichsten Fälle der Praxis auch zur Drehmoment- und Leistungsmessung für
andere Maschinen umgestalten und anwenden, sofern es nur gelingt, die Energiezuleitungen
oder -ableitungen nach oder von der Maschine sa beweglich zu gestalten, daß eine
die Messung störende, nennenswerte Drehmomentausübung auf den pendelnd aufgehängten
Teil vermieden bleibt.