DE871537C

DE871537C - Switch-on dynamometer for measuring and monitoring the torque in mechanical power lines

Info

Publication number: DE871537C
Application number: DEB4053D
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr-Ing Stumpp
Original assignee: Bamag Meguin AG
Current assignee: Bamag Meguin AG
Priority date: 1944-05-04
Filing date: 1944-05-04
Publication date: 1953-03-23

Description

Einschalt-Dynamometer für die Messung und Beobachtung des Drehmomentes in mechanischen Energieleitungen Bei den bekannten Drehkraftmessern nach dem Prinzip der Einschalt-(Transmissions-) Dynamometer werden als Anzeige- und Ableseeinrichtung optische Mittel angewandt. Es sind auch sonstige Einrichtungen für die Schtbarmachung oder Aufzeichnung der Meßgröße bekanntgeworden, wobei diese Einrichtungen aber meistens so geartet sind, daß durch ihre Anwendung das praktische Verwen,dungsgebiet des Einschalt-Dyniamometers in irgendeiner Weise erheblich eingeschränkt wird.Switch-on dynamometer for measuring and monitoring the torque in mechanical power lines In the known torque meters according to the principle the switch-on (transmission) dynamometers are used as display and reading devices optical means applied. There are also other facilities for creating barriers or recording of the measured variable became known, but these facilities mostly are of such a nature that, through their application, the practical field of application of the Power-On Dyniamometer is severely restricted in any way.

Die Einschalt-Dynamometer, die mit optischen Mitteln arbeiten, weisen folgende Nachteile auf: 1. Das zu messende Drehmoment muß völlig gleichförmig sein, geringste Schwankungen verhindern die Ablesung; 2. die Drehzahl muß über einem bestimmten Mindestwert liegen, sonst entsteht nicht die vom Auge als zuslammenhängend xvahrgenommene Bildfolge; 3. der Einbau ist an zugängliche Orte gebunden, da die Meßgröße immer nur durch direkte Beobachtung verfolgt werden kann. Es gibt keine Möglichkeit der Fernübertragung oder der einfachen, sofort zur Hand befindlichen Registrierung; 4. es ist eine große Baulänge erforderlich, weil nur durch starke Meßfederverdrehung die mit dem Auge unterscheidbaren Bewegungen in der Beobachtungseinrichtung entstehen können. The switch-on dynamometers, which work with optical means, show the following disadvantages: 1. The torque to be measured must be completely uniform, the slightest fluctuations prevent reading; 2. the speed must be above a certain level The minimum value is otherwise not what the eye perceives as coherent Sequence of images; 3. The installation is tied to accessible places, since the measurand is always can only be followed by direct observation. There is no way of that Remote transmission or simple registration at your fingertips; 4. A large overall length is required, because this is only possible due to strong rotation of the measuring spring the movements that can be distinguished with the eye arise in the observation device can.

Die anderen bekannten Beobachtungs- und Meßeinrichtungen an den Einschalt-Dynamometern, welche sich der Hilfsmittel der Schwachstromtechnik bedienen (Schwachstromlwiderstände, Induktivitäten, Wapazitäten) haben die Nachteile der oben aufgezählten optischen Beobachtungseinrichtungen nicht, jedoch erwachsen ihnen die bekannten Schwierigkeiten, die mit der Überleitung der sehr schwachen Meßströme vom ruhenden Teil Ider Einrichtung in den bewegten verknüpft sind. The other known monitoring and measuring devices on the switch-on dynamometers, which use the aids of low-voltage technology (low-voltage resistors, Inductivities, Wapacitances) have the disadvantages of enumerated above optical observation devices are not, but the well-known ones grow for them Difficulties with the transfer of the very weak measuring currents from the resting Part of the establishment are linked in the moving.

Durch die Erfindung wird ein neuer Drehkraftmesser nach dem Prinzip der Einschalt-Dynamometer geschaffen, der sich dadurch grundlegend von den bekannten unterscheidet, daß eine Anzeigè---und Ableseeinrichtung auf elektromagnetischer Grundlage angewandt wird, die sich von bekannten derartigen Einrichtungen vor allem durch die Anwendung von Starkstrom unterscheidet. Außerdem hat man die Möglichkeit, daß mit seiner Hilfe mechanische Leistungen mit denselben -Instrumenten gemessen und registriert werden können, mit denen man elektrische Leistungen- mißt- und. registriert. The invention provides a new torque meter based on the principle the switch-on dynamometer was created, which is fundamentally different from the known distinguishes that a display and reading device on electromagnetic Basis is applied, which differs from known such institutions above all differs through the use of heavy current. You also have the option that with its help mechanical performances are measured with the same instruments and can be registered, with which electrical power can be measured and. registered.

Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke bei dem Einschalt-Dynamometer für die Messung und Beobachtung des Drehmomentes in mechanischen Energieleitungen besteht darin, daß- mit- de Enden der Meßfeder (Torsionsweile) als Beob -achtungs- und Meßeinrichtung unabhängig verdrehbare Starkstromwicklungen in Verbindung stehen, deren eine als Erregerwicklung angewandt ein Drehfeld erzeugt, während die andere von dem Drehfeld der ersten induziert wird, wobei die Spannzungen dieser Wicklungen, die im Betrieb nach Maßgabe der Meßfederverdrehungen ihre gegenseitige Lage ändern, außerhalb des Dynamometers so zusammengeschaltet sind, daß ihre Summe eine Spannung ergibt, die in einfacher Beziehung zu der Meßfederverdrehung und damit zu dem diese Verdrehung hervorrufenden Drehmoment steht. 'Dabéi gibt es zwei ausgezeichnete Ausgangs stellungen (Nullstellungen bei entspannter Meßfeder), und zwar eine, bei der die - Spannungen der Erregerwicklung und der induzierten Wicklung gleich groß und im entspannten Zustand der Meßfeder einander entgegengerichtet sind, während die andere Ausgangsstellung sich dadurch auszeichnet, daß die Spannungen der Erregerwicklung und derinduzierten Wicklung voneinander verschieden sind. und die Wicklungen im entspannten Zustand der Meßfeder räumlich so zueinander angeordnet sind, daß das Dreieck der Spannungen rechtwinklig ist. The idea on which the invention is based in the case of the switch-on dynamometer for the measurement and observation of the torque in mechanical power lines consists in the fact that the ends of the measuring spring (torsion shaft) serve as observation and measuring device are connected to independently rotatable high-voltage windings, one of which, when used as an excitation winding, generates a rotating field, while the other is induced by the rotating field of the first, whereby the clamping tongues of these windings, which change their mutual position during operation according to the rotation of the measuring spring, outside the dynamometer are interconnected so that their sum is a voltage results in a simple relationship to the measuring spring rotation and thus to this Torsion causing torque. 'There are two excellent outputs positions (zero positions when the measuring spring is relaxed), namely one in which the - Tensions of the excitation winding and the induced winding are the same and im relaxed state of the measuring spring are opposite to each other, while the other The starting position is characterized by the fact that the excitation winding tensions and the induced winding are different from each other. and the windings in the relaxed state of the measuring spring are spatially arranged to one another that the Triangle of voltages is right angled.

Wendet man ein Einschalt-Dynamometer nach dem gekennzeichneten Grundprinzip an, so kann mit seiner Hilfe eine Spannung erzeugt werden, die dem Drehmoment verhältig ist und mit Hilfe eines Drehzähldynamos eine Spannung, die der Drehzahl verhältig ist. Führt man beide Spannungen bzw. ihnen verhältige Ströme über einen elektrischen Leistungsmesser (Wattmeter), dertbekanntlich ihr Produkt mißt, so hat man eine Möglichkeit, mechanische Leistung in gleicher Art wie elektrische zu messen. If you use a switch-on dynamometer according to the basic principle shown on, it can be used to generate a voltage that is proportional to the torque is and with the help of a speed dynamo a voltage that is related to the speed is. If both voltages or currents related to them are carried over an electrical one Power meter (wattmeter), which, as is well known, measures your product, you have the option of to measure mechanical power in the same way as electrical.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar veranschaulicht Abb. 1 einen Längsschnitt des Einschalt-Dynamometers mit dem beispielsweisen -S chaftschema, Abb. 2 ein Schaubild über das Zustandekommen -der Meßspannung e bei Gleichheit von induzierter Spannung E2 und Erregerspannung E1; Abb. 3 zeigt das entsprechende Schaubild bei Verschiedenheit von induzierter Spannung E2 und Erregerspannung E1. In the drawing, the subject of the invention is schematically in one Embodiment shown, namely Fig. 1 illustrates a longitudinal section of the switch-on dynamometer with the example diagram, Fig. 2 a diagram About the creation of the measuring voltage e when the induced voltage is equal E2 and excitation voltage E1; Fig. 3 shows the corresponding diagram for differences of induced voltage E2 and excitation voltage E1.

In Abb. 1 wird die Erregerwicklung 1 von Starkstrom gespeist, der imstande ist, ein Drehfeld zu erzeugen, ähnlich wie es bei den Wicklungen der Fall ist, die bei Drehstrommotoren zur Anwendung gelangen. Von Idem Drehfeld der Erregerwick-.1-ung' I wird die Wicklung 2 induziert. Beide Wick-- lungen sind in dem gewählten Beispiel in koaxialer Anordnung in Nuten eines durch einen Luftspalt 3 geteilten Blechpaketes wie bei Elektromotoren untergebracht. Der Blechpaketkörper 4a, der mit der Wicklung 2 versehen ist, steht in starrer Verbindung mit dem Ende 5 Ider Meßfeder, in dem gewählten Beispiel als Torsionswelle gezeichnet, wobei die in ihr induzierte Spannung über Schleifringe.6 abgenommen werden kann. Der Blechpaketkörper 4b mit der-Erregerwicklung I steht in fester Verbindung mit dem Ende 7 der Meßfeder, wobei der Erregerstrom durch die Schleifringe 8 unter Annahme einer in Stern geschalteten Drehstromwicklung mit herausgeführtem Sternpunkt zugeleitet wird. Durch geeignete Verbindungen g außerhalb des Dynamometers, beispielsweise zwischen den Schleifringen 6 und den Schleifringen 8 aufliegenden Bürsten I0, entsteht als Summe der Erregerspannung und der induzierten Spannung eine Spannung, die zu der Meßfederverdrehung und daher zu dem diese Verdrehung hervorrufenden Drehmoment in einer bei kleinen Verdrehungen nahezu linearen Beziehung steht, die also eine geeignete Meßgröße für dieses Drehmoment abgibt und mit einem Anzeigegerät 11 gemessen werden kann. In Fig. 1, the excitation winding 1 is fed by heavy current, the is able to generate a rotating field, similar to the case with the windings which are used in three-phase motors. From the rotating field of the exciter winding .1-ung ' I the winding 2 is induced. Both windings are in the example chosen in a coaxial arrangement in grooves of a laminated core divided by an air gap 3 as housed with electric motors. The laminated core body 4a, the one with the winding 2 is provided, is in rigid connection with the end 5 Ider measuring spring in which selected example drawn as a torsion wave, with the voltage induced in it can be removed via slip rings.6. The laminated core body 4b with the field winding I is in permanent connection with the end 7 of the measuring spring, whereby the excitation current through the slip rings 8 assuming a star-connected three-phase winding is supplied with the star point brought out. Through suitable connections g outside of the dynamometer, for example between the slip rings 6 and the slip rings 8 brushes I0 resting on the surface, is the sum of the excitation voltage and the induced voltage Tension a tension which leads to the rotation of the measuring spring and therefore to which this rotation causing torque in an almost linear relationship with small rotations stands, which gives a suitable measured variable for this torque and with a Display device 11 can be measured.

In den Schaubildern Abb. 2 und 3 sind zwei ausgezeichnete Ausgangsstellungen (Nullstellungen bei entspannter Meßfeder) veranschaulicht, und zwar ergibt sich aus Abb. 2 bei Gleichheit von induzierter Spannung E2 und Erregerspannung E1 eine Justierung der gegenseitigen Lage der Wicklungen derart, - daß im entspannten Meßfederzustand deren elektrische Achsen räumlich zusammenfallen, aber einander entgegengerichtet sind. Hierbei folgt die zu messende Spannung e für kleine Winkel gj sehr angenähert einer Ursprungsgeraden. In the diagrams Figs. 2 and 3 are two excellent starting positions (Zero positions with relaxed measuring spring) illustrated, namely results from Fig. 2 with equality of induced voltage E2 and excitation voltage E1 one Adjustment of the mutual position of the windings in such a way - that in the relaxed state of the measuring spring whose electrical axes coincide spatially, but point in opposite directions are. The voltage e to be measured is very approximate for small angles gj a straight line through the origin.

Aus dem: Schaubild nach- Abb. 3- ergibt sich bei Verschiedenheit von induzierter Spannung E2 und Erregerspannung E1 eine Justierung der gegenseitigen Lage der Wicklungen derart, daß im entspannten Meßfederzustand das Dreieck der Spannungen rechtwinklig wird. Hierbei folgt die zu messende Spannung e für kleine Winkel p@ auch sehr angenähert einer Geraden. Diese Gerade geht aber nicht mehr durch den Ursprung. From the: Diagram according to Fig. 3- results in the case of differences of induced voltage E2 and excitation voltage E1 an adjustment of the mutual Position of the windings in such a way that in the relaxed state of the measuring spring the triangle of tensions becomes right angled. The voltage e to be measured follows for small angles p @ also very close to a straight line. But this straight line no longer goes through the Origin.

Das Verhalten der Meßgröße nach dem Schaubild der Abb. 3 hat den Vorteil, daß man jederzeit auch bezüglich der Richtung des angezeigten Drehmomente klar sieht. The behavior of the measured variable according to the diagram in Fig. 3 has the Advantage that you can always also with regard to the direction of the torque displayed clearly sees.

Das nach dem Schaubild der Abb. 2 beschriebene Verhalten eröffnet die praktisch außerordentlich bedeutsame Möglichkeit, mechanische Leistungen mit denselben Instrumenten zu messen und zu registrieren, mit denen man elektrische Leistungen mißt und registriert. Zu diesem Zweck ist es notwendig, die dem Drehmoment verhältige Spannung, die das Einschalt-Dynamometer in diesem Fall ergibt, gleichzurichten und über einen konstanten Widerstand z. B. an die Stromspule eines Wattrneters zu legen, dessen Spannunigsspule an die Spannung eines elektrischen Drehzahlmessers (Drehzahldynamo) gelegt ist, der die Drehzahl der Energieleitung mißt, in welche das Einschalt-Dynamometer eingeschaltet ist. The one described according to the diagram in Fig. 2 behavior opens up the practically extremely significant possibility of mechanical performance measure and record with the same instruments that are used to measure and record electrical Measures and registers performance. For this purpose it is necessary to adjust the torque to rectify the relative voltage that the switch-on dynamometer produces in this case and via a constant resistance z. B. to the power coil of a Wattrneters put its voltage coil to the voltage of an electric tachometer (Speed dynamo) is placed, which measures the speed of the power line in which the switch-on dynamometer is switched on.

Bei den dargestellten Schaubildern. ist der Winkel q7 nur bei zweipoliger Ausführung der Wicklungen gleich dem Verdrehungswinkel der Meßfeder, bei 2 p-poliger Ausführung ist er das p-fache dieses Winkels. Man kann durch diesen Vorteil der elektrischen Übersetzung also viel kleinere Meßfederverdrehungen zugrunde legen und dadurch an Baulänge sparen, ohne dabei an Empfindlichkeit und Ablesegenauigkeit einzubüßen. In the diagrams shown. the angle q7 is only for two-pole Execution of the windings equal to the angle of rotation of the measuring spring, with 2 p-pole Execution it is p times this angle. You can use this advantage of electrical translation so use much smaller measuring spring rotations as a basis and thus save on overall length without sacrificing sensitivity and reading accuracy to forfeit.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Switch-on dynamometer for measurement and observation of the torque in mechanical power lines, characterized in that with the ends (5, 7) of the measuring spring (torsion shaft) as an observation and measuring device independently rotatable heavy current windings (I, 2) are connected, one of which applied as the excitation winding (I) generates a rotating field, while the other (2) of the rotating field of the former is induced, whereby the voltages of these windings, which change their mutual position according to the rotation of the measuring spring, outside of the dynamometer are interconnected in such a way that their sum results in a voltage, which has a simple relation to the measuring spring rotation and thus to which this rotation causing torque.

2. Switch-on dynamometer according to claim I, characterized in that that the voltages of the excitation winding (i) and the induced winding (2) are equal are large and in the relaxed state of the measuring spring are opposite to each other.

3. Switch-on dynamometer according to claim I, characterized in that that the voltages of the excitation winding (i) and the induced winding (2) from each other are different and the windings in the relaxed state of the measuring spring three-dimensional are arranged in such a way that the triangle of the voltages is perpendicular.

4. Use of a switch-on dvnamometer according to claims I and 2, characterized in that a voltage is generated with the aid of the switch-on dynamometer which is related to the torque and with the help of a speed dynamos a Voltage that is related to the speed, and that both voltages or their behavior Currents are conducted via an electrical power meter (wattmeter).