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Drehzahlmesser, besonders für niedrige Drehzahlen Die Messung niedriger
Drehzahlen stößt auf Schwierigkeiten, weil die bekannten Geber auf induktivem Prinzip
beruhen und die dabei induzierten Spannungen bzw. Kräfte bei Wirbelstromtachometern
bei niedrigen Drehzahlen sehr klein werden. Hinzu kommt noch, daß dabei meist ein
pulsierender Strom entsteht, der die Ablesung erschwert, in vielen Fällen sogar
unmöglich macht.
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Man hat sich folgendermaßen zu helfen versucht: Man hat die Durchmesser
der Geber groß gemacht, um große Lineargeschwindigkeiten zu erhalten; es ist klar,
daß man dabei bald eine Grenze erreicht. Ebenso ist der Vermehrung der Polzahl,
um größere Leistung und höhere Frequenz zu erhalten, bald ein Ende gesetzt. Die
Anwendung von Übersetzungsgetrieben verteuert und kompliziert die ganze Anlage sehr.
Bei einer anderen bekannten Vorrichtung erfolgt die Drehzahlmessung mittels eines
gewöhnlichen Zungenfrequenzmessers und eines besonders ausgestalteten Gebers, bei
dem die Drehzahl der zu messenden Ankerwicklung mit der Frequenz eines magnetischen
Drehfeldes nach Größe und Richtung so summiert wird, daß eine einzige Frequenz entsteht.
Zu
diesem Zweck wird von der Wicklung, deren Drehzahl gemessen werden
soll, eine Spule im magnetischen Drehfeld gedreht. Die Frequenz der in dieser Wicklung
induzierten Spannung ist je nach dem Umdrehungssinn der Wellen die Summe oder die
Differenz der Drehzahl der Wicklung und des Magnetfeldes. Die erzeugte Spannung,
die zur Erregung der Zungen dient, wächst proportional zur Drehzahldifferenz zwischen
der Drehzahl der Wicklung und der des Drehfeldes. Aus diesem Grunde ist der Ausschlag
der Zungen bei kleiner Drehzahldifferenz äußerst gering. Der Geber dieser Anordnung
erfordert eine Wechselstromquelle konstanter Frequenz, die ziemlich ergiebig bemessen
sein muß, um überhaupt bemerkbare Ausschläge des Zungenfrequenzmessers zu erhalten.
Es liegt infolgedessen das Bedürfnis nach einem brauchbaren Verfahren zur Messung
sehr niedriger Drehzahlen vor.
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Die vorliegende Erfindung zeigt nun eine besonders für niedrige Frequenzen
vorteilhafte Meßeinrichtung. Diese Einrichtung besteht in der Kombination eines
Generators, der in bekannter Weise bei nahezu konstanter Spannung eine der Drehzahl
proportionale Frequenz abgibt, mit einem Zungenfrequenzmesser als Anzeigegerät,
der nach dem Cberlagerungsverfahren arbeitet und dessen Meßbereich infolgedessen
nach unten bis in die zehntel Hertz gehen kann. Als Generator dient vorzugsweise
ein sogenanntes rotierendes Potentiometer, das aus abgestuften Widerständen besteht,
die zwischen den Lamellen eines Kollektors liegen, wobei an zwei gegenüberliegenden
Lamellen über Schleifringen eine Gleichspannung angelegt ist. An zwei beispielsweise
um r8o- versetzten auf dem Kollektor schleifenden Bürsten erhält man bei der Drehung
des Kollektors eine Wechselspannung, die bei entsprechender Abstufung der Widerstände
angenähert sinusförmig ist. Der Scheitelzçert dieser Wechselspannung ist gleich
der Größe der angelegten Gleichspannung, also unabhängig von der Drehzahl.
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An Stelle des rotierenden Potentiometers kann selbstverständlich auch
ein lichtelektrischer Generator verwendet werden oder ähnliche Einrichtungen, die
ebenfalls bis herab zu sehr niederen Frequenzen, bis in die zehntel Hertz, eine
spannungsunabhängige Frequenz abzugeben vermögen. In Verbindung mit einem derartigen
Geber wird erfindungsgemäß als Anzeigegerät ein Zungenfrequenzmesser benutzt, der
durch eine mittels Modulation mit einer festen Frequenz verschobene Meßfrequenz
erregt wird; d. h. die zu messende Frequenz wird gemeinsam mit einer festen Frequenz
auf einen nicht linearen Widerstand, z. B. direkt auf die Wicklung des Erregermagneten
des Frequenzmessers gegeben, wobei vorzugsweise die Summenfrequenz dieser beiden
Frequenzen zur Anzeige gebracht wird. Man ist dadurch in der Lage, sowohl die niedrigsten
Frequenzen bzw. Drehzahlen mit einem gewöhnlichen Zungenfrequenzmesser zur Anzeige
zu bringen als auch große Drehzahlmeßbereiche, beispielsweise von 60 bis 2400 Ulmin,
mit einem einzigen Zungenfrequenzmesser zu messen. Mit den Zungenfrequenzmessern
ohne die Modulation konnte man einerseits wegen der sehr langen Einschwingzeit bzw.
Beruhigungszeit und wegen der großen Erschütterungsempfindlichkeit der Zungen bei
den tiefen Frequenzen nur Drehzahlen oberhalb von 600 It min und andererseits bei
Einhaltung des zu einer einsvandfreien Messung erforderlichen Frequenzabstandes
zweier benachbarter Zungen von 1% nur geringe Drehzahlmeßbereiche messen, so daß
an Stelle der genau anzeigenden konstanten Zungen bei größeren Meßbereichen mit
Zeigerapparaten gearbeitet werden mußte. Aber gerade die niedrigen Drehzahlen kann
man mit Zeigergeräten nur ungenau abschätzen und in vielen Fällen ist es sogar notwendig,
noch niedrigere Drehzahlen als 6o Imin zu messen.
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In den Abbildungen sind einige Ausführungsbeispiele gezeigt. Darin
bedeuten Kl, K2, k3... die Lamellen des Kollektors, zwischen denen die Widerstände
It;, Tl-2, Tl-3... angeordnet sind, S, und S die beiden Schleifbürsten, an denen
die Wechselspannung abgenommen wird, und ZF der Zungenfrequenzmesser. Im Beispiel
der Abb. I tasten die zwei um I8O- versetzten Schleifbürsten S, und S den Kollektor
ab; bei jeder Umdrehung erfolgt ein voller Wechsel der Spannung. Man erhält also
bei der Drehzahl N; t min eine Frequenz von n 60 Hz. Man kann den Generator aber
auch so bauen, daß er mehrere Perioden bei einer Umdrehung abgibt.
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Abb. 2 gibt die schematische Anordnung für einen Geber, der einen
Wechsdstrom von zwei Perioden je Umdrehung an den Schleifbürsten und SO abgibt.
Da die volle Spannung an zwei um 90 versetzten Lamellen liegt, müssen auch die Schleifbürsten
einen Winkel von 90 einschließen. Da die Widerstände je Periode gleich sind, kann
man in der Abb. 2 auch die Hälfte der Widerstände fortlassen und die entsprechenden
Lamellen miteinander verbinden.
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Wie es in Abb. 2a gezeigt ist, konnten die Widerstände zwischen den
Lamellen K1, bis /;2 W };2 bisK21... K1l' bis K12' und K,2, bis K1 fortgelassen
werden, indem die Lamelle K, mit der Lamelle K1', K2 mit K2'... K12 mit K12' verbunden
wurde.
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Nun ist man nicht auf zwei Wechsel je Umdrehung beschränkt, sondern
kann entsprechend der Größe des Kollektors beispidsweise 60 Wechsel je Umdrehung
erzeugen.
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Mit einem derartigen Geber kann man also noch kleinste Drehzahlen
z. B. von I t',#'min messen.
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Die Größe eines derartigen Gebers wird entscheidend von der Frage
beeinflußt, wieviel Kontakte je Periode notwendig sind, um das einwandfreie Arbeiten
des Zungenfrequenzmessers zu gewährleisten. Es zeigt sich, daß für jede viertel
Periode mindestens X Kontakte, für die volle Periode also sechs Kontakte vorhanden
sein müssen.
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Der neue Zungenfrequenzmesser ist selbstverständlich besonders dazu
geeignet, Drehzahldifferenzen und Summen anzuzeigen. Wenn der Kollektor mit der
einen, die Abnahmebürsten mit der anderen Drehzahl umlaufen, zeigt das Anzeigegerät
je nach dem gegenwärtigen Umlaufsinn unmittelbar die Summen- bzw. Differenzdrehzahl
an. Ist nun die eine Drehzahl bekannt z. B. ein Synchronmotor an fester Frequenz,
so kann man die andere Drehzahl mit hoher Genauigkeit bestimmen. Es sei beispielsweise
eine Drehzahl von 3000 + IoU/min zu bestimmen. Ein Synchronmotor mit 3000 U/min
treibt dann den Kollektor, während die Schleifbürsten mit der zu messenden Drehzahl
im gleichen Drehsinn angetrieben werden.
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Der Geber habe einen Kollektor mit 360 Abgriffen. Damit kann man je
Umdrehung 60 Perioden erzeugen. Das bedeutet die Ablesemöglichkeit einer Drehzahldifferenz
von I U/min.
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Konstante Drehzahl des Synchronmotors vorausgesetzt, kann man dann
die zu messende Drehzahl auf 0,03 0/o genau bestimmen.