DE458020C - Einrichtung zur Ermittelung der mechanischen Leistung elektrischer Maschinen unter Messung des Drehmoments als Reaktionsdrehmoment an der Maschine - Google Patents

Einrichtung zur Ermittelung der mechanischen Leistung elektrischer Maschinen unter Messung des Drehmoments als Reaktionsdrehmoment an der Maschine

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DE458020C
DE458020C DEO13210D DEO0013210D DE458020C DE 458020 C DE458020 C DE 458020C DE O13210 D DEO13210 D DE O13210D DE O0013210 D DEO0013210 D DE O0013210D DE 458020 C DE458020 C DE 458020C
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/34Testing dynamo-electric machines

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)

Description

  • 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.

Claims (7)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Einrichtung zur Ermittelung der mechanischen Leistung elektrischer Maschinen unter Messung des Drehmomentes als Reaktionsdrehmoment an der Maschine, gekennzeichnet durch eine leicht lösbare, sich in besonderen Lagern abstützende Verlängerung eines Wellenendes :oder beider Wellenenden, mittels deren die Maschine an ihren Wellenenden frei drehbar so gefaßt wird, daß der betriebsmäßig feststehende Maschinenteil, um die eigenen Maschinenlager pendeln kann.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch i, gekennzeichnet durch Spitzen (I@i, K2), zwischen denen die Maschine nach Art des Werkstückes einer Drehbank an ihren beiderseits zugänglichen Wellenstirnflächen frei drehbar gefaßt wird, wobei die Spitzen sich mit ihren Wellen (W1, W2), deren Achsen mit der Maschinendrelhachse zusammenfallen, in besonderen Lagern (Li, L2) drehen und die eine der Wellen (W1) durch an ihr mittels eines Flansches (M) befestigte Stifte (B), welche zwischen die Speichen oder in Bohrungen der an der zu prüfenden Maschine angebrachten Riemenscheibe eingreifen, das Drehmoment zu oder von der Maschinenwelle überträgt.
  3. 3. Einrichtung nach Anspruch i und 2, gekennzeichnet durch eine Mitnehmereinrichtung, welche die Drehbewegung der Maschinenwelle gegenüber der Spitze (K2) verhindert. q..
  4. Einrichtung nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des Reaktionsdrehmomentes durch mechanische, hydraulische, :optische, akustische oder elektrische Einrichtungen gemessen oder registriert wird.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch i bis ¢, gekennzeichnet durch einen an der Maschine anbringbaren und lösbaren Rahmen (H), an dem sich ein auf einer festen Skala (S) spielender Zeiger (Z), ein Laufgewicht (L) und eine Einrichtung zum Aufbringen der Gewichtsbelastung (P) am Hebelarm (r#) befindet.
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeiger (Z) durch einen Lichtzeiger ersetzt ist.
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch r bis 6, gekennzeichnet durch eine Drehzahlmeßeinrichtung, die mit der vom Drehmament beeinflußten Meßeinrichtung so zusammenwirkt, daß die Größe der mechanischen Leistung unmittelbar abgelesen werden kann. B. Einrichtung nach Anspruch i bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelbewegung dazu benutzt wird, die Drehmomentaufnalune oder -abgabe der die Welle der Maschirie (E) abbremsenden oder antreibenden Einrichtung und damit die Drehmomentabgabe ;oder -aufnahme der Maschine (E) zu regeln. g. Einrichtung nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelbewegung dazu benutzt wird, in die elektrische Schaltung der Maschine (E) oder den Gang nicht elektrischer, an ihre Stelle tretender Maschinen zu beeinflussen. io. Einrichtung nach Anspruch i bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Pendelbewegung zur Ermittehing des zeitlichen Verlaufs des Drehm@omentesoder der Leistung der Maschine (E) bei rasch veränderlichen Vorgängen dient.
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