DE739565C - Anordnung zur Messung der Winkelstellung zweier beweglicher Wellen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Messung der Winkelstellung zweier beweglicher Wellen Bei vielen Einrichtungen ist es von Wichtigkeit, durch ein oder mehrere Anzeigegeräte die Stellung, welche zwei Wellen zueinailder haben, anzuzeigen. Dieses Problem tritt beispielsweise dann auf, wenn zwei Wellen durch Fernbetätigung miteinander gekuppelt werden sollen, und wenn es darauf ankommt festzustellen,. ob die Stellung der zu kuppelnden Wellen, eine derartige ist, daß die Klauen der Kupplung den entsprechenden Zahnlücken gegenüberstehen bzw. daß die Umdrehungsgeschwindigkeiten beider Wellen die gleichen sind und den gleichen Sinn haben.
• Es- ist verschiedentlich versucht worden, das fragliche Problem durch eine einfache Synchronnsiereinrichtung zu lösen, indem an beide Wellen Wechselstromgeneratoren gekuppelt werden und man die erzeugten Ströme dieser Generatoren mittels Synchronoskopen synchronisierte. Hierbei tritt bei gewissen Anordnungen als nachteilig in Erscheinung, daß das Synchronoskop auch Synchronismus anzeigt, wenn beide Wellen die genau gleiche Umdrehungszahl besitzen, jedoch verschiedenen Drehsinn, d. h. wenn die eine Welle links und die andere rechts umläuft. Außerdem arbeitet die bekannte Einrichtung bei geringen Tourenzahlen durch die kleine induzierte Spannung ungenau, bei Stillstand sogar überhaupt nicht. .
• Die Aufgabe, die Winkelstellung zweier beweglicher Wellen zu bestimmen, ist nun auf eine sehr einfache Art und Weise gelöst worden. Erfindungsgemäß verbindet man die eine Welle mit einer Drosselspule, die als Belastung eines Wechselstromkreises dient, und die andere Welle mit einem Eisenkern, der zu der Drosselspule passend so geformt ist, daß der Eisenschluß und somit der Scheinwiderstand der Drosselspulen von der Größe des Differenzwinkels der beiden Wellen gegen eine Ausgangslage abhängig ist. Um die Winkelstellung der beiden Wellen zu bestimmen, wird die Größe der Selbstinduktion bzw. des Scheinwiderstandes der Drosselspulen als Strommessung durchgeführt und mittels eines einfachen Strommessers angezeigt, oder wenn die Anzeige an verschiedenen Stellen sichtbar sein soll, durch mehrere hintereinandergeschaltete Strommesser. Die Vorrichtung 5 arbeitet zuverlässig bei jeder Umdrehungszahl der Wellen, bei jedem Richtungssinn beider Wellen und auch bei Stillstand.
• Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel erläutert und in den Abbildungen o dargestellt. Auf der Welle b befindet sich ein Gehäuse d mit Polkernen e und Spulen f, z. B. sechs an der Zahl, welche symmetrisch angeordnet sind. Die Spulen f sind hintereinander oder parallel geschaltet. Die Enden der An-5 schlüsse führen an zwei Schleifringe g, die über Bürsten h mit den Leitungen i verbunden sind. Auf der Welle a befindet sich ein Polrad c, welches genau so viele Pole besitzt, wie Spulen f vorhanden sind. Die Pole sind ebenfalls symmetrisch angeordnet. Die Schaltung der Einrichtung veranschaulicht die Abb.3. Die Spulen f bilden zusammengeschaltet eine Drosselspule. Dieselbe ist in. Abb. 3 mit k bezeichnet. Diese Drossel h liegt an einer Wechselstromquelle in. In den Stromkreis sind ein oder mehrere Strommesser l geschaltet. Der Wechselstromwiderstand der Drossel k ist abhängig von der Stellung der Pole des Polrades c. In Abb, q. sind zwei Pole des Polrades c gezeichnet sowie zehn im gleichen Abstand befindliche Stellungen beim Wandern eines Polen von einer Spule zur` andern. In der Abb. 5 sind die Selbstinduktionswerte von f für diese zehn Stellungen aufgezeichnet. Der Strom in dem Wechselstromkreis ist also abhängig von dem Wechselstromwiderstand@, der sich aus der jeweiligen Stellung des Polrades zu den Spulen ergibt. In der Stellung 5, d. h. wenn die Pole genau zwischen den Spulen stehen, besitzt der Wechselstromwiderstand ein. eng begrenztes Minimum. Der Strom in dem Wechselstromkreis erreicht bei dieser Stellung seinen Maximalwert. Man sieht ohne weiteres ein, daß die Funktion dieser Einrichtung unabhängig ist von der Tourenzahl der beiden Wellen. Es kommt nur darauf an, welche Stellung die beiden Wellen relativ zueinander einnehmen, bzw. kommt es auf die relative Drehzahl der Wellen zueinander an. Die Einrichtung funktioniert ebenfalls bei Stillstand beider Wellen. Es ist also ohne weiteres an dem Strommesser abzulesen, ob die Wellen sich in Kupplungsstellung befinden: oder nicht. Dabei sind die Polstellungen 5, die eine markante Stromänderung des Wechselstromes bewirken, als diejenigen Punkte auserwählt, die als Kupplungsstellungen Verwendung finden sollen. Drehen sich beide Wellen mit genau gleicher Geschwindigkeit und zeigt der Strommesser 1 mehr als den Normalwert, so ist das ein Zeichen, daß die Schaltstellung nicht erreicht ist oder beide Wellen ungleich laufen.. Durch geringe Verzögerung einer Welle tritt eine relative Verschiebung der Stellungen der Wellen zueinander ein bis zu dem Punkt, wo die Pole den Spulen genau gegenüberstehen und ein Stromminimum am Strommesser L abgelesen werden kann. In diesem Punkt kann eine Betätigung der Kuppe lungen erfolgen. Dreht sich die Welle mit etwas größerer Drehzahl als die andere, so pendelt der Strommesser L zwischen einem Maximum- und Minimumwert. Beträgt die Drehzahldifferenz bei dem oben gezeigten Beispiel ro Umdrehungen pro Minute, d. h. dreht sich z. B. die eine Welle mit 250 und die andere mit 26o Umdrehungen pro Minute, so wiederholt sich das Minimum des Strommessers L, nämlich in- Sekunde. Bei 5 Umdrehungen pro Minute relativer Drehzahldifferenz erfolgt die Minimumanzeige der Strommessers L in Abständen von z Sekunden. Es ist nicht erforderlich, daß die durch vorstehende Erfindung angegebene Einrichtung auf den zu kuppelnden Wellen selbst angebracht ist. Es besteht natürlich auch die Möglichkeit, daß die Wellen mit der oben beschriebenen Einrichtung von den zu kuppelnden Wellen mittels Übersetzungsgetriebe angetrieben werden. Durch die Zähnezahl der Kupplung und die Übersetzung zwischen der Stellungszeigereinrichtung und' der Kupplungs-,vellen lassen sich für die verschiedensten Abarten in bezug auf Kupplungsstellungen Schaltmöglichkeiten, schaffen. Auf obiges Beispiel zurückkommend darf bei direkter Übersetzung des Stellungsanzeigers mit den sich kuppelnden Wellen: die Zähnezahl der Kupplung 6 oder ein Mehrfaches davon betragen. Es sind somit also sechs verschiedene Kupplungsmöglichkeiten gegeben. Wird der Stellungsanzeiger von den zu kuppelnden Wellen im Verhältnis z : 2 ins Schnelle übersetzt, so kann die Zahl der Zähne der Kupplungen 12 oder ein Mehrfaches davon betragen und sind für die Kupplungswelle r2 Kupplungsstellungen gegeben usf. Aus obiger Darlegung geht einwandfrei hervor, daß es völlig unmöglich ist, durch den Strommesser L eine der Kupplungsstellung entsprechende Schaltstellung zustande zu bringen, wenn die eine Welle mit genau derselben Tourenzahl wie die andere umläuft, jedoch im entgegengesetzten Sinn. Ist die relative Drehzahl zwischen den beiden zu kuppelnden Wellen im obigen Fall z. B. größer als ungefähr 50 Umdrehungen pro Minute, so stellt sich der Strommesser L auf einen Mittelwert ein" entsprechend der Kurve der Abb. 5 von etwa 8o'/, der Ausschlagdifferenz. Die 100 1o5 11o i15 12a 2 Frequenz der Stromquelle m wird den jeweiligen Anforderungen entsprechend gewählt. In den meisten Fällen wird man mit der normalen technischen Frequenz von 5o Hz zurechtkommen; unter Umständen wird man eine höhere Frequenz, z. B. 5oo Hz, wählen müssen.
• Außerdem ist. es selbstverständlich auch möglich, die Stellung der Pole des. Polrades c gegenüber zwei Spulen f als Kupplungsstellung zu wählen.
• In diesem Fall müßte beim größten. Ausschlag des Strommessers L gekuppelt werden. Durch die Ausbildung von Polschuhen und Polen kann der Charakter der Kurve der Abb. 5 nach Belieben verändert werden.
• Da die Anzeige der Stellung der Wellen gemäß dieser Erfindung unabhängig von der absoluten Drehzahl der Wellen ist, kann die Einrichtung auch benutzt werden, wenn die eine Welle stillsteht. In diesem Fall würde man entweder das Gehäuse d mit Polkernen e und Spulen/ oder aber das Polrad c fest anordnen. Die Einrichtung würde dann zur Anzeige der Stellung einer Welle verwendet werden können:

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Anordnung zur Messung der Winkelstellung zweier beweglicher Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß mit der einen Welle eine Drosselspule, die als Belastung eines Wechselstromkreises dient, und mit der anderen Welle ein Eisenkern, der passend zu den Drosselspulen geformt ist, fest verbunden sind, derart, daß der Eisenschluß und damit der Scheinwiderstand der, Drosselspulen von der Größe des Differenzwinkels der beiden Wellen gegen eine Ausgangslage abhängig ist.
2. 2. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Größe der Selbstinduktion als Strommessung bei konstanter Spannung und Frequenz erfolgt.
3. 3. Anordnung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstinduktion als Vergleichsmessung nach Art der Wechselstromwiderstandsmessungen, beispielsweise in Brücken- oder Brugerschaltung, erfolgt.
4. 4. Anordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Selbstinduktion aus einem oder mehreren Polen nach der Art eines Dynamostators besteht.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber den Polen ein Eisenkörper mit der gleichen Anzahl Gegenpolen und solcher Form bewegt wird, daß das genaue Gegenüberstehen der Gegenpole den Mitten zwischen. den Spulen ein ausgesprochenes Minimum der Selbstinduktion ergibt.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß gegenüber den Polen ein Eisenkörper mit der gleichen Anzahl Gegenpolen und solcher Form bewegt wird, daß das genaue Gegenüberstehen von Polen und Gegenpolen ein ausgesprochenes Maximum der Selbstinduktion ergibt.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Pole der für die Messung wichtigen Winkelstellungen und./oder Häufigkeit entspricht. Zur Abgrenzung des Anmeldungsgegenstandes vom Stand der Technik sind im Erteilungsverfahren in Betracht gezogen, worden: deutsche Patentschrift Nr. 2I9 o67, 643 68q., 555 042, 208 827; französische Patentschrift . . . Nr. 793 384; britische - , . . - 437 629; amerikanische - , : , - 1 131 20.2.