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Einrichtung zur stroboskopischen Geschwindigkeits- und Schlupfmessung
umlaufender Körper Die Messung des Schlupfes bzw. der Drehzahl von umlaufenden Körpern,
insbesondere der Läufer von Asynchronmotoren. erfolgt häufig nach der stroboskopischen
Methode, weil diese mit einfachen Mitteln sehr genaue Ergebnisse ermöglicht. Es
ist bekannt, zur Erzielung des stroboskopischen Effektes Glimmlampen als Lichtquellen
zu benutzen, da diese bei Wechselstromspeisung wegen des nahezu völligen Fehlens
von Wärmeträgheit ein stark pulsierendes Licht liefern. Ein Nachteil der stroboskopischen
Methode besteht darin, daß sie bei größeren Schlupfwerten unbrauchbar ist, da das
menschliche Auge dann nicht mehr imstande ist, der schnellen Drehung des scheinbar
umlaufenden Lichtscheins zu folgen. Ein weiterer Nachteil der bekannten stroboskLop,ischen
Meßmetho den besteht darin, daß eine Fernmessung nicht möglich ist.
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Durch die Erfindung werden diese Nachteile dadurch beseitigt, daß
der stroboskopische Effekt mittels lichtempfindlicher elektrischer Zellen in Stromimpulse
umgewandelt wird, die einer Impulszähleinrichtung unter Zwischenschaltung von Siebmitteln,
z. B.
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Drosselspulen, zur Aussiebung der Netzfrequenz zugeführt werden, derart,
daß auf die Impulszähleinrichtung nur die Schwebnngsfrequenz einwirkt. Die Siebmittel
sind dabei von wesentlicher Bedeutung, und zwar deshalb, weil die lichtempfindliche
Zelle nicht das Speichervermögen des menschlichen Auges für Lichteindrücke besitzt.
Auf dieser Speicherfähigkeit beruht aber bei den bekannten stroboskopischen Meßeinrichtungen
überhaupt das Zustandekommen des stroboskipischen Effektes, so daß man nicht schlechthin
das Auge durch eine lichtempfindliche Zelle ersetzen kann. Erst die genannten Siebmittel
gestatten es, die Schlupffrequenz als solche zu bestimmen.
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Es ist zwar an sich bekannt, durch eine Lichtquelle über zwei bewegbare
Lochscheiben lichtelektrische Zellen dann beleuchten zu lassen, wenn Abweichungen
vom den gewollten Bewegungszuständen der Lochscheiben auftreten. Hierbei nehmen
aber die Zellen im
v;egensatz zum Erfindungsgegenstand nicht jedesmal
eine größere, einen gemeinsamen Meßimpuls bildende Anzahl von Lichtimpulsen. sondern
immer nur einzelne Lichtimpulse auf, die je für sich Stromstöße für ein Regelzwecken
dienendes Schrittschalwerk erzeugen.
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Durch dieses Bekannte wird somit das Wesen der Erfindung nicht berührt;
denn das Wesen der Erfindung liegt darin, daß das bisher nur subjektiv aufnehmbare
stroboskopische Spiel von schwenkbaren Licht- und Schattenbereichen der objektiven
Ermittlung zugänglich gemacht ist.
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Im folgenden soll die Erfindung näher an Hand eines Ausführungsbeispieles
erläutert werden, dessen Schema in der Zeichnung dargestellt ist.
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1 bedeutet einen Asynchronmotor, dessen Schlupf bzw. Drehzahl auf
stroboskipischem NVege gemessen werden soll. 2 bedeutet das Speisenetz, aus dem
die Antriebsenergie für den Motor entnommen wird. An dem gleichen Netz liegt über
einen Zwischentransformator 3 eine Glimmlampe 4: diese wird also mit Strom der gleichen
Frequenz gespeist wie der .As-nchronmotor. Die Glimmlampe ist so bemessen, daß ihre
Leuchtzeit nur einen Bruchteil jeder Periode dauert.
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Gegenüber der Glimmlampe ist eine Photozelle 5 angeordnet welche
von den Lichtstrahlen der Glimmlampe beeinflußt werden kann. In den Strahlenweg
ist eine Blenden scheibe 6 eingeschaltet, welche unmittelbar mit der Drehzahl oder
wenigstens proportional der Drehzahl des Motors I angetrieben wird. Die Scheibe
6 ist mit über den Umfang verteilten Öffnungen versehen, deren Anzahl der Polpaarzahl
p des Asynchronmotors entspricht.
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Nut wenn diese Öffnungen der Glimmlampe während ihres Aufleuchtens
gegenüberstehen, ist eine Beeinflussung der Photozelle möglich. während dann. wenn
die nichtullterbrochenen Teile der Blendenscheibe der Glimmlampe während des Aufleuchtens
gegen. überstehen. kein Lichtstrahl an die Photozelle gelangt. Wird nuI1 der Asynchronmotor
mit Schlupf betrieben, so werden Lichtimpulse auf die Photozelle übertragen. Die
Zahl der unmittelbar aufeinanderfolgenden Impulse ist dabei umgekehrt proportional
der Größe des Schlupfes des Motors 1. Durch die Photo zelle wird nun die Lichtwirkung
der Einrichtung in elektrische Impulse umgewandelt.
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Diese elektrischen Impulse werden sodann in einem Verstärker 11 verstärkt
und durch ein weiteres Verstärkerrelais 7 zu Bündeln zusammengefaßt und einer Impulsmeßeinrichtung
8 zugleitet, welche die direkte Messung des Schlupfes gestattet. Diese Meßeinrichtung
kann dabei aus einem Impulsgeber 9 sowie einem Schlupmeßgerät 10 bestehen. Zur niihercn
Erläuterung der Virkungsweise sind iti Fig. 2 für verschiedelle Werte des Schlupfes
die Impulse wiedergegeben, welche in der Photozelle durch den stroboskopischen Effekt
hervorgerufen werden.
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Die gehauft auftretenden Stromimpulse. die durch senkrechte Striche
angedeutet sind, sind durch geeignete Mittel, wie Drosselspulen oder ein Verstärkerrelais
7, in einfache, gestrichelt angedeutete Wechselströme umgewandelt, deren Frequenz
sodann gemessen wird.
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In Einzelheiten kann die beschriebene An-Ordnung selbstverständlich
abgeändert werden.
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Bei kleinen Schlupfxverten besitzen die Ströme nur eine sehr geringe
Frequenz. Gemäß der weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Schlupffrequenz
da durch vergrößert werden, daß man jede einzelne Halbwelle der Netzfrequenz ansputzt,
indem man die Glimmlampe über einen Zweiweggleichrichter speist. oder daß man eine
zweite Glimmlampe und Photozelle anwendet) die an eine um 180' in der Spannung verschobene
Spaltung angeschlossen ist. Diese zweite Glimmlampe leuchtet dann, wenn die zweite
Halbwelle des Wechselstromes auftritt. Bei einer derartigen Anordnung ergibt sich
die doppelte Impulszahl und damit doppelte Frequenz. Sinnge. mäß kann man bei Drehstrom
mit drei um 120 versetzten phasenspannungen sechs Glimmlampen und Photozellen anwenden.
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Hierdurch wird es ermöglicht, die kleinsten Schlupfwerte noch äußerst
genau zu erfassen.
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Unter Umständen ist sogar hei Zuhilfenahme eines natürlichen oder
künstlichen Nullpunktes eine Verzwöl ffachung der Schlupffrequenz möglich.
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Die Anordnung nach der Erfindung weist große Vorteile auf; sie ermöglicht
es, sofortige Anzeigen des Augenblickswertes des Schlupfes oder der Geschwindigkeit
zu machen, ohne daß dahei eine Zeitmessung erforderlich ist.
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Weiter besteht ein Vorteil der erfindungsgemäß ausgebildeten Einrichtung
darin, daß sie eine Fernmessung des Schlupfes ermöglicht, denn nur die Photozelle
und die Blendenscheibe müssen an der zu untersuchenden Maschine aufgestellt werden,
während das Anzeigegerät an beliebiger Stelle verwendet werden kann. Weiter zeichnet
sich die neue Einrichtung dadurch aus. clalj sie auch bei großen Schlupfwerten brauchbar
ist, praktisch bis etwa 25%.
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Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß ausgebiLdeten Einrichtung
besteht darin, daß sie für die verschiedensten Polpaarzahlen benutzt werden kann
und bei großer Polpaarzahl p die gleiche Meßgenauigkeit ergibt.
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Lediglich die Blendenscheibe muß in diesem Falle ausgewechselt werden.
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Schließlich sei noch erwähnt, daß an Stelle einer Blendenscheibe
selbstperständlich auch Spiegelkörper an der umlaufenden Welle vorgesehen werden
können, welche die Lichtstrahlen reflektieren.
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Mit dem gleichen Verfahren ist auch auf stroboskopischem Wege eine
sehr genaue Drehzahlmessung an beliebigen umlaufenden Körpern möglich, wenn ein
Drehstrom netz von genau gleichbleibender Frequenz zur Verfügung steht. (Alle großen
Netze für Uhrenanschluß halten heute genau 50 Hi.) Dieses Netz speist die Glimmlampe
so, daß sie ein oder zweimal in~jeder Netzperiode aufleuchtet.
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Bringt man nun an einen beliebigen umlaufenden Körper, dessen Drehzahl
zu messen ist, eine Blenden- oder Spiegelscheibe von p Blenden an, so wird von der
A:lord;nung der Schlupf gegenüber der synchronen Dreh-
| zahl 500 bzw. 6ooo bei Ausnutzung von zwei |
| zahl bzw. p |
| Halbwellen) gemessen. Man kann praktisch |
Abweichungen bis zu etwa 25% von der synchronen Drehzahl nach oben und unten sehr
genau messen.