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Einrichtung zur stroboskopischen Schlupfmessung
Es ist bereits der
Vorschlag gemacht worden, eine Fotozelle zur Schlupfmessung eines bewegten Körpers
in der Weise zu verwenden, daß in dem Stromkreis der Fotozelle die Summe aus einer
der Geschwindigkeit des Körpers proportionalen Frequenz und einer Bezugsfrequenz
entsteht, wobei dann die sich daraus ergebende Schwebungsfrequenz einem Impuiszahlauzeigegerät
zugeführt wird. Die Mischung der beiden Frequenzlen in dem Fotozellenkreis kann
entweder dadurch bewirkt werden, daß die Helligkeit der Lichtquelle, die die Fotozelle
durch eine mit dem Körper zusammen bewegliche Lochblende belichtet, periodischen
Schwankungen unterworfen wird, oder auch in der Weise, daß bei Verwendung einer
Gleichlichtquelle in den Fotozellenstromkreis eine Spannung von Bezugsfrequenz zusätzlich
eingeführt wird. Das Impulszahlanzeigegerät besteht dabei aus einem Relais, weldles
im Takte der Schwebungsfrequenz anspricht und dabei einen oder mehrere Kondensatoren
abwechselnd auf Ladung und Entladung umschaltet.
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Der Lade- bzw. Entladestrom der Kondensatoren wird dann durch ein
auf den Mittelwert ansprechendes Instrument großer Trägheit angezeigt und dient
als Maß für den Schlupf.
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In vielen Fällen reicht jedoch die mit einer derartigen Einrichtung
zu erzielende Meßgenauigkeit bzw. die Anzeigeempfindlichkeit nicht mehr aus.
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Der Grund hierfür liegt darin, daß eine einwandfreie WIitteZvertsbildung
für die Lade- bzw. Ent-
ladestromstöße nur dannmöglich ist, wenn
die Impulse sich in nicht allzu langen Zeiträumen folgen. Bei sehr geringen Schlupfwerten,
d. h. also bei großen Zeitabständen der Lade- und Entladeimpulse für die Kondensatoren,
beginnt das Anzeigeinstrument zu zucken, bis schließlich eine einwandfreie Ablesung
unmöglich gemacht wird. Die Empfindlichkeit des Meßgerätes sowie seine Meßgenauigkeit
hängt also von der Impuls dichte bzw. von der Höhe der Schwebungsfrequenz, die bei
einem bestimmtten Schlupf hervorgerufen wird, ab.
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Man hat daher auch bereits vorgeschlagen, die Lochzahl der mit dem
bewegten Körper gekuppelten Blende zu vervielfachen und gleichzeitig auch die dem
Fotozellenkreis überlagerte Bsezugsfrequenz entsprechend zu erhöhen. Hierzu bedarf
es jedoch einer besonderen Einrichtung zur Frequenzvervielfachung, die verhältnismäßig
umfangreich und auch kostspielig ist.
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Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, daß dem Relais des Anzeigegerätes
keine zeitlich scharf begrenzten Stromimpulse, sondern mir verhältnismäßig fiach
ansteigende und abfallende Stromwellen zugeführt werden. Das Relais hat daher die
Neigung, zu klirren oder sonst in unerwünschter Weise Kontakt zu machen, was naturgemäß
eine brauchbare Ablesung ebenfalls unmöglich macht.
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Die aufgezählten Schwierigkeiten werden durch die vorliegende Erfindung
restlos beseitigt. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur stroboskopischen Messung
des Schlupfes eines bewegten Körpers gegenüber einer Bezugs frequenz wird genau
wie bei den bisher beschriebenen Meßeinrichtungen der Strahlenweg einer Fotozelle
beispielsweise mit Hilfe einer umlauf enden Lochblende Schwankungen unterworfen,
die synchron mit der Geschwindigkeit des bewegten Körpers verlaufen. Auf den Fotozellenkreis
werden nun erfindungsgemäß periodisch im Takte der Bezugs frequenz -aufeinanderfolgende,
im Verhältnis zur Periodendauer -kurzzeitige Impulse einer Größe derartig zur Einwirkung
gebracht, daß nur beim zeitlichen Zusammentreffen eines solchen Impulses mit einem
bestimmten Zustand des Strahlungsweges der Fotozelle ein Steuerimpuls an ein mit
dem Fotozellenkreis verbundenes Impulszahlanzeigegerät geliefert wird. Eine Verwirklichung
des Erfindungsgedankens besteht beispielsweise darin,. daß zur BeLeuchtung der Fotozelle
ein Leuchtrohr, beispielsweise eine Glimmentladungsstrecke, verwendet. wird, welches
nicht mit einer sinusförmigen Wechselspannung, sondern mit ganz kurzen Spannungsimpulsen,
d. h. also mit einer Wechselspannung sehr spitzer Kurvenform gespeist wird, so daß
es nur ganz kurzzeitige periodisch aufeinanderfolgende Lichtblitze aussendet Die
Erzeugung der zur Speisung der Lichtquelle erforderlichen spitzen Kurvenform kann
in bekannter Weise mit Hilfe einer gesättigten Drqssel geschehen; irgendein nennenswerter
zusätzlicher Aufwand ist hierzu nicht erforderlich.
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Auf diese Weise ist es nun ohne weiteres möglich, die Anzahl der
Löcher der Blende, d.h. also die durch die Blende bestimmte Frequenz, zu vervielfachen,
ohne gleichzeitig auch die Frequenz, mit der die Leuchtröhre gespeist wird, .zu
erhöhen. Man braucht nur dafür zu sorgen, daß die Zeitdauer der Lichtblitze kürzer
ist als die halbe Halbwellendauer der Blendenfrequenz. Erhöht man aber die Bl,endenfrequenz
beispielsweise auf das Dreifache, so erhält man, wie ohne weiteres einzusehen ist,
in dem Stromkreis der Fotozelle bei gleicher Schlüpfung auch die dreifache Impulsfrequenz.
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Man kann also auf diese Weise die Empfindlichkeit der Anordnung in
weiten Grenzen vervielfachen.
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Bei der Bestimmung des Schlupfes von umlaufenden Maschinen ist dabei
die Verwendung einer Blende besonders zweckmäßig, die mehrere konzentrische Lochkreise
mit verschiedenen Lochzahlen besitzt.
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Je schärfer man die Leuchtspitze der Lichtquelle ausbildet, um so
genauer bildet der Verlauf des Fotozellenstromes die räumliche Form der Lochblende
zeitlich ab. Bei rechteckförmiger Ausgestaltung der Blendenlöcher und bei unendlich
scharfer Leuchtspitze erhält man dementsprechend für den mittleren Gleichstrom,
der von der Fotoz,elie geliefert wird, eine rechteckige Stromzeitkurve, deren Einschaltzeitverhältnis
nur noch vom Verhältnis von Schlitzbreite zu Stegbreite in der Lochblende abhängig
ist, also leicht auf das Verhältnis 1 : I gebracht werden kann.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit des Erfindungsgedankens besteht
darin, daß die Lichtquelle als Glteichlichtquelle, beispielsweise als Glühlampe
mit einem Faden großer Wärmeträgheit, ausgebildet wird und daß feinem von der Fotozellenspannung
gesteuerten Verstärkerrohr eine Anodenspannung sehr spitzer Wellenform mit einer
Frequenz gleich der für die Schlupfmessung maßgebenden ßezugsfrequenz zugeführt
wird. Auch in diesem Fall kommt ein Steuerimpuls für das Anzeigegerät nur zustande,
wenn eine solche Anodenspannungsspitze zeitlich mit der Belichtung der FotozelLe
durch die Lochblende zusammenfällt, da ja die Leitfähigkeit des Verstärkerrohres
nur auf die Zeit dieser Anodenspannungsspitze beschränkt ist. Die Wirkung auf das
Anzeigegerät bleibt dabei die gleiche wie bei der vorher beschriebenen Ausgestaltung.
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Ein Meßgerät der zuletzt beschriebenen Art ist als Ausführungsbeispiel
in Fig. I dargestellt. Es ist dabei angenommen, daß es sich um die Messung des Schlupfes
einer rotierenden Maschine, beispielsweise eines Asynchronmotors, gegenüber der
Netzfrequenz handele. Zu diesem Zweck ist an der Maschinenwelle in bekannter Weise
eine Blendenscheibe I befestigt, die an ihrer Peripherie in gleichmäßigen Abständen
Blendenlöcher trägt. Diese Blendenscheibe ist in den Strahlengang zwischen einer
Gleichlichtquelle 3 und einer Fotozelle 2 geschaltet. Die Fotozelle 2 empfängt also
Lichtimpulse, die sich. mit einer der Drehzahl der Blendenseheibe 1 proportionalen
Frequenz folgen.
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Die dadurch entstehenden Spannungsimpulse werden dem Gitter eines
Verstärkerrohres 4 zugeführt.
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Als Anodenspannung für dieses Verstärkerrohr 4
wird
eine \Atechselspannung von Netzfrequenz benutzt, deren Halbwellen nur aus ganz kurzien
Spannungsspitzen bestehen. Zur Erzeugung dieser Wechselspannung spitzer Kurvenform
dient die hochgesättigte. Drosselspule 6 in Reihe mit einer Luftspaltdrossel 5.
Das Verstärkerrohr 4 vermag also die von der Fotozelle 2 kommenden Spannungsimpulse
unter entsprechender Verstärkung nur dann weiterzugeben, wenn diese gerade mit einer
positiven Spitze der Anodenspannung zusammenfallen.
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Man könnte nun an sich diese Impulse gegebenenfalls unter nochmaliger
Verstärkung bereits zur Steuerung des Relais im Anzeigegerät benutzen.
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Dabei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß der Energieinhalt jeder
einzelnen Spitze nur verhältnismäßig gering ist, so daß das Relais unter Umständen
wiederum Neigung zum Klirren zeigen könnte. Diese Schwierigkeit wird nun gemäß der
weiteren Erfindung noch dadurch überwunden, daß die von dem Fotozellenkreis bzw.
von dem Verstärl;,errohr herrührenden kurzzeitigen Spannungsimpulse zunächst als
Zündspannungsimpulse für ein Entladungsrohr 8 mit lichtbogenartiger Entladung benutzt
werden, welches eine etwa sinusförmige Anodenspannung der gleichen Frequenz zugeführt
erhält. Zur Kopplung der beiden Rohre 4 und 8 dient der übertrager 7, der übrigens
auch durch Wahl entsprechender Sättigung zur Erzeugung der spitzen Anodenspannung
für das Verstärkerrohr4 benutzt werden kann. Dadurch, daß dieses Entladungsrohr
nach erfolgter Zündung jedesmal erst erlischt, wenn seine Anodenspannung durch Null
hindurchgeht, wird ein wes-entlich größerer Energieinhalt der einzelnen Impulse
und eine größere Glätte der an den i2usgangklemmen zur Verfügung stehenden pulsierenden
Spannung erzielt. Besonders zweckmäßig ist dabei, wenn dieses Gas- oder Dampfentladungsgefäß
mit lichtbogenartiger Entladung jedesmal bereits möglichst frühzeitig innerhalb
derAnodenspannungshalbwelle erfolgt; da normalerweise jedoch die eintreffende Ziindspitze
gerade mit dem Scheitelwert derAnodenspannungshalbwelle zusammentreffen würde, müßte
man zur Erreichung dieses Zieles eine Phasenverschiebung der Spannungsspitze gegenüber
der sinusförmigen Spannung herbeiführen, was durch die bekannten Hilfsmittel ohne
Schwierigkeiten möglich ist. Der von dem Steuerrohr 8 gelieferte pulsierende Gleichstrom
wird nun nicht ohne weiteres auf das Anzeigegerät übertragen, vielmehr wird er erst
einer Drosselkette zugeleitet, die beispielsweise abgestimmt wird, daß ihre Grenzfrequenz
etwa mit dem geometrischen Mittelwert zwischen der Netzfrequenz und der höchsten
auf das Anzeigegerät zu übertragenden Impulsfrequenz zusammen fällt. Beträgt die
Impulsfrequenz also beispielsweise maximal I2 Hz, so wird man bei einer Netzfrequenz
von 50 Hz die Drosselkette für eine Grenzfrequenz von etwa 25 Hz ausbilden. Bei
der in der Zeichnung dargestellten Drosselkette wird die Spannung an einer Anzapfung
der Eingangsdrossel abgegriffen, die so gewählt ist, daß die Betriiebsfrequenz praktisch
völlig abgesperrt wird.
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Das Anzeigegerät selber besteht aus dem Umschalterelaisg, welches
ablvechselnd die Kondensatoren Io und II mit der Ladestromquelle 14 verbindet und
wieder auflädt. Der Ladestrom durchfließt dabei das Meßinstrument 12, welches vorzugsweise
als Kreuzspulinstrument ohne Richtkraft ausgebildet ist und welches so träge ist,
daß es den Mittelwert des pulsierenden Ladestroms abzulesen gestattet.
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Fig. 2 zeigt die Ansicht einer Lochblende, wie sie bereits oben beschrieben
wurde, Diese Lochblende trägt mehrere konzentrische Reihen von Schlitzen 15 bis
I9, die sämtlich quer zur Bewegungsriehtung konstante Breiten haben, also einem
zeitlich rechteckförmigen Verlauf der Fotozelllenbeleuchtung entsprechen. Die innerste
Schlitzreihe 19 enthält dabei nur einen Schlitz, die nächste drei und die dann folgende
sechs, achtzehn bzw. sechsunddreißig Schlitze. Man kann also mit einer derartigen
Blende das Gerät bei einer 6poligen Maschine mit 3- und Gfacber Empfindlichkeit,
bei einer 2poligen Alaschine mit 3-. 6- oder 12faches Empfindlichkeit verwenden,
wenn man nur jeweils die Fotozelle und die Lichtquelle vor die entsprechende Lochreihe
der Blendenscheibe rückt.
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PATENTANSPPBtJCHE: I. Einrichtung zur stroboskopischen NI-essung
des Schlupfes eines bewegten Körpers gegenüber einer Bezugsfrequenz mittels einer
Fotozelle, deren Strahlenweg, beispielsweise durch eine umlaufende Loehbleude, synchron
mit der Geschwindigkeit des Körpers verlaufenden Schwankungen unterworfen ist. dadurch
gekennzeichnet, daß auf den Fotozellenkreis periodisch im Takte der Bezugsfrequenz
aufeinanderfolgende, im Verhältnis zur Periodendauer kurzzeitige Impulse einer Größe
derart einwirken, daß nur beim zeitlichen Zusammentreffen eines solchen Impulses
mit einem bestimmten Zustand des Strahlenweges der Fotozelle ein Steuerimpuls an
ein mit dem Fotozeltenkreis verbundenes Impulszahlanzeigegerät geliefert wird.