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Elektrische Drehzahlnieß einrichtung Die Erfindung betrifft eine elektrische
Drehzahlmeßeinrichtung, welche dem zu messenden Gerät nur eine geringe Leistung
entzieht und daher auch bei empfindlichen Einrichtungen nahezu rückwirkungsfrei
arbeitet. Mit ihr kann ohne Zuhilfenahme von Getrieben sowohl eine kleine als auch
eine große Drehzahl gemessen werden. Ohne besonderen Aufwand ist es möglich, einen
Drehzahlbereich von Null bis zu einem Höchstwert zu erfassen. Zugleich kann aber
die Einrichtung auch dazu dienen, einen kleinen Ausschnitt um einen Sollwert im
vergrößerten Maßstab anzuzeigen oder zu registrieren.
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Bekannte elektrische Drehzahlmeßeinrichtungen bestehen aus einem
Geber und einem oder mehreren Empfängern. Als Geber werden mit der Prüfwelle gekuppelte
Gleich- oder Wechselstromgeneratoren verwendet, deren Strom mittels empfindlicher
Strom- oder Spannungsmesser gegebenenfalls mit Hilfe von Gleichrichtern gemessen
wird. Zeitweise wird auch die Frequenz des Wechselstromes zur Anzeige herangezogen.
Beim Gleichstromgeber ist der Kollektor eine Fehlerquelle und bedarf dauernder Wartung.
Gleich- und Wechselstromgeber brauchen zur Erzielung einer ausreichenden Leistung
für die Betätigung derAnzeigeinstrumente eine gewisse minimale räumliche Größe,
wodurch wiederum eine entsprechend starke Energie der zu überwachenden Einrichtung
entnommen wird. Sofern diese genügend groß ist, ist die Rückwirkung ohne Belang.
Wenn sie jedoch stört, mußten bisher optische oder stroboskopische Methoden angewendet
werden,
die umständlich sind, einen großen.Aufwand erfordern und meist keine stetige Anzeige
zulassen.
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Gegenüber den bekannten Einrichtungen kann die Drehzahlmeßeinrichtung
nach der Erfindung in allen Fällen ohne Einschränkung verwendet werden.
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Sie ist gekennzeichnet durch ein mit der zu prüfenden Einrichtung
gekuppeltes Windrad und einen im Windstrom angeordneten temperaturabhängigen Leiter
(Widerstandsgeber), dessen Widerstandsänderung ein Maß für die Drehzahl ist.
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Zum Messen der Geschwindigkeit von strömenden Gasen oder Luft ist
ferner eine Wheatstonesche Brückenanordnung bekannt, von welcher zwei gleiche Zweige
aus sehr dünnen, durch einen Meßstrom erwärmten Drähten von großem Widerstandstemperaturkoeffizienten
bestehen. Die beiden Zweige liegen hintereinander in dem strömenden Medium. Der
in der Brücke erzeugte Widerstandsunterschied der beiden verschieden stark abgekühlten
Drähte ist ein Maß für die Geschwindigkeit.
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Bei dem Erfindungsgegenstand kühlt der durch die Drehzahl hervorgerufene
Windstrom den gegebenenfalls vorgewärmten temperaturabhängigen Leiter ab und verändert
dessen Widerstand. Die Wideistandsänderung- kann in einem-Kreuzspul-oder Differentialmeßgerät
oder aber auch in einer Brückenschaltung gemessen werden. Da die Energie zur Betätigung
der Anzeigeorgane einer Hilfsstromquelle entnommen wird, können beliebig viele Anzeigegeräte,
auch solche mit hohem Verbrauch, wie -z. B. Registriergeräte, angeschlossen werden.
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Zugleich braucht das zu überwachende Organ nur die Antriebsleistung
für ein kleines Windrad aufzubringen. So arbeitet die Meßeinrichtung weitgehend
rückwirkungsfrei, wodurch auch die Drehzahlmessung an kleinen empfindlichen Uhrwerken
oder Zählgeräten einwandfrei möglich ist.
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Die Widerstandsänderung ist bereits bei kleinen Drehzahlen so stark,
daß ein ausreichender Ausschlag bei einem normalen anzeigenden Gerät hervorgerufen
werden kann. So können auch kleine Drehzahlen ohne Zuhilfenahme eines Getriebes
oder eines Nullmotors gemessen werden. Da am Widerstandsgeber keine magnetischen
Teile vorhanden sind, treten keine magnetischen oder elektrischen Streufelder auf,
welche benachbarte Geräte stören.
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Desgleichen kann der Geber selbst nicht durch magnetische Streufelder
gestört werden, was insbesondere bei der Überwachung von Kompaßdrehzahlen von Bedeutung
sein kann.
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Das Windrad besteht in einfachstem Fall aus einem normalen Zahnrad
oder einem einfachen Flügelrad oder Propeller. Windrad und Geberwiderstand werden
zweckmäßig in einem dicht geschlossenen Gehäuse untergebracht, um einmal die Luftströmung
zu verstärken und zum anderen äußere Einflüsse abzuhalten. Eine starke Luftströmung
und damit auch eine starke Veränderung des Widerstandes wird durch schaufel artigen
Aufbau der möglichst leicht gehaltenen Windflügel erzielt, Windrad und -Gehäuse
brauchen nicht aus Metall hergestellt zu werden. Sie lassen sich in einfacher Weise
aus organischen Kunststoffen pressen.
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Der Drehzahlgeber nach der Erfindung spart gegenüber bisher bekannten
eine Menge wichtiger Metalle, insbesondere Magnetmaterial ein, und bedarf zu seiner
Herstellung eines geringen Arbeitsaufwandes.
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Die Widerstandsänderung des Leiters wird am größten, wenn er nahe
am Windrad parallel zur Drehachse gespannt ist. Durch Änderung des Abstandes kann
in einfacher Weise eine Empfindlichkeitsänderung-vorgenommen werden. Auch kann durch
entsprechende Stellung des Widerstandsdrahtes zum Windrad eine gewünschte Beeinflussung
des Skalenverlaufes am Empfängergerät erzielt werden. Desgleichen ist eine Anordnung
des Drahtes längs des Umfanges des Windrades brauchbar. Weiterhin kann der Widerstandsgeber
im Blas-oder Saugrohr eines gebläseartigen Aufbaues angeordnet sein.
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Der -Geberwiderstand kann aus den verschiedensten Materialien, z.
B. Wolfram oder Nickeldraht, gewählt werden. Er soll einen hohen Temperaturkoeffizienten
aufweisen und insbesondere zeitlich unveränderlich sein. Er kann sowohl glatt ausgespannt
als auch in Form einer Wendel einmal oder mehrfach am Windrad vorbeigeffihrt werden.
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Die Betriebstemperatur kann in weiten Grenzen gewählt werden, wie
dies weiter unten noch näher beschrieben ist. Mit Rücksicht auf eine hohe zeitliche
Konstanz ist es zweckmäßig, unterhalb des Glüheinsatzes zu arbeiten.
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Zum Betrieb der Meßeinrichtung, d. h. zur Messung der Widerstandsänderung
des Geberdrahtes, ist eine Hilfsspannung erforderlich, die jedoch fast immer an
den Stellen, wo Drehzahlen überwacht werden sollen, vorhanden ist oder leicht beschafft
werden kann. Es kann mit Gleich- oder Wechselstrom, gegebenenfalls unter Vorschaltung
von Gleichrichtern, gemessen werden. Bei Verwendung eines kreuzspulen-, Differenzen-,
Quotientenmeßwerkes oder einer Brückenschaltung sind Schwankungen der Hilfsspannung
ohne großen Einfluß. Im übrigen können sie in bekannter Weise mit Hilfe einer Konstanthalteeinrichtung,
z. B. auch durch Vorschalten einer Glühlampe, leicht ausgeschaltet werden.
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Bei Verwendung einer Brückenschaltung, welche in einem oder zwei
gegenüberliegenden Zweigen einen Geberwiderstand enthält, ist es zweckmäßig, in
den dem temperaturabhängigen Leiter benachbarten Zweig einen gleichartigen, nicht
von der Drehzahl abhängigen Widerstand einzuschalten.
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Um von Außenströmungen nicht beeinflußt zu werden, wird er dicht abgekapselt.
Damit kann bei passender Anordnung in der Nähe des Gebers zugleich ein Einfluß der
Außentemperatur beseitigt werden. Durch symmetrische Anordnung eines derartigen
Widerstandes gegenüber dem Windrade und eine dem Geber entsprechende räumliche Gestaltung
kann auch ein etwa vorhandener Lageeinfluß ausgeschaltet werden. Temperatur- und
Lageeinfluß können in entsprechender Weise auch bei anderen Schaltungen berücksichtigt
werden.
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Der Nullabgleich der Meßeinrichtung läßt sich jederzeit nachprüfen.
Das Gleichgewicht kann an jede gewünschte Stelle der Drehzahlskala gelegt werden,
so daß im Anzeigegerät erst bei einer gewünschten Drehzahl ein Ausschlag sichtbar
ist und auf diese Art und Weise ein kleiner Drehzahlbereich um diesen Solhvert herum
in vergrößertem Maßstab gemessen werden kann.
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Die Ausgangstemperatur des Geberwiderstandes kann durch entsprechende
Dimensionierung beliebig gewählt werden. Zweckmäßig ist es, die Temperaturerhöhungen
nicht über den Glüheinsatz hinauszulegen. Bei geringen Üb ertemp eratu ren des Drahtes
ist eine verhältnismäßig große Trägheit bei Windschwankungen vorhanden, so daß am
Anzeigegerät eine günstige Dämpferwirkung auftritt, die insbesondere bei der Drehzahlmessung
von Kolbenmaschinen wünschenswert ist, da die durch den ungleichförmigen Lauf hervorgerufenen
Drehzahlstöße nicht zur Anzeige gelangen. Bei Wahl einer höheren Ausgangstemperatur,
z. B. etwas oberhalb des Glüheinsatzes, ist die Einstellzeit bei Temperaturschwankungen,
d. h. entsprechend den Windschwankungen, kleiner, so daß bei einer solchen Bemessung,
wenn es erwünscht ist, schnelle Drehzahl schwankungen erfaßt werden können.
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Bei Anordnung zweier Windräder bzw. eines zweiteiligen Windrades
mit gegenläufigen, einen drehrichtungsabhängigen Windstrom erzeugenden Schaufeln,
die räumlich getrennt mit je einem temperaturabhängigen Geber zusammenarbeiten,
läßt sich eine drehrichtungsabhängige Anzeige erzielen, wenn die beiden Geberwiderstände
in einer Differentialschaltung, z. B. einer Brückenschaltung, im gegenläufigen Sinne
auf ein Anzeigeinstrument einwirken.
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Bei Vereinigung eines kleinen Gebers mit dem Anzeigegerät kann unter
Verwendung einer kleinen Trockenbatterie auch ein Handdrehzahlmesser gebildet werden,
welcher gegenüber den bekannten Tachometern eine kleinere Leistungsaufnahme hat,
da er keines Getriebes bedarf. Die Stromzufuhr kann auch über eine Steckerleitung
erfolgen.
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An Hand von Ausführungsbeispielen wird die Erfindung näher erläutert.
Die Fig. I bis 6 zeigen Windräder verschiedener Form und die verschiedenartige Anordnung
des Geberwiderstandes, während in Fig. 7 Anordnungen und Schaltungen einer drehrichtungsabhängigen
Meßeinrichtung dargestellt sind.
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In Fig. I ist ein normales Zahnrad als Windrad dargestellt, parallel
zu dessen Achse am Umfange der Widerstandsleiter RG gelagert ist. In Fig. 2 ist
bei gleicher Anordnung des Widerstandsdrahtes ein achtteiliges Flügelrad als Windrad
vorgesehen. In der Fig. 3 sind die Flügel als Schaufeln ausgebildet, wodurch eine
verstärkte Wirkung eintritt. Fig. 4 zeigt eine ringförmige Anordnung des Leiters
am Umfange des Flügelrades. Hierbei werden Lagefehler weitgehend ausgeschaltet.
In Fig. 5 ist angedeutet, daß der Widerstand meanderförmig am Umfange verteilt werden
kann, um die Wirkung des Windstromes zu erhöhen. Eine solche Anordnung ist bei der
Messung kleiner Drehzahlen von Vorteil. Die Fig. 6 zeigt den gebläseartigen Aufbau
des Windrades. Der Widerstand RG ist im Ausblasestutzen in Richtung des Windstromes
als Wandel angeordnet.
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Die Fig. 7 zeigt eine drehrichtungsabhängige Meßeinrichtung. Auf
einer Welle sind zwei Schaufelräder gegenläufig angeordnet. Dem Schaufelrad S ist
ein Geberwiderstand RGl zugeordnet, während das Schaufelrad S2 auf einen Widerstand
RH2 einwirkt. Die beiden Widerstände liegen in benachbarten Zweigen einer Brückenschaltung,
in deren anderen Zweigen konstante, gegebenenfalls einstellbare Widerstände R1 und
R2 angeordnet sind. Die Stromzuführung von einer Batterie B erfolgt in bekannter
Weise über einen Widerstand RV an zwei gegenüberliegenden Punkten der Brücke, während
an der anderen Diagonale das Anzeigegerät A angeschlossen ist. Das Windrad S1 ist
mit dem Geber RG1 zusammengekapselt, desgleichen das Windrad S2 mit dem Geber RG2,
jedoch ist die Kapselung der Übersicht halber nicht dargestellt. Die Widerstände
R1 und R2 können auch als gleichartige, jedoch für sich gekapselte Überwiderstände
ausgebildet werden. Bei geeigneter Anordnung entsprechend der Lage der Geberwiderstände
RG1, RG2 kann dadurch eine Spannungs-, Temperatur-und Lagekompensation erzielt werden.
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Die Brücke ist so abgeglichen, daß bei Stillstand der Räder kein
Strom im Anzeigegerät fließt und dessen Zeiger in der Mitte der Skala steht. Beim
Lauf werden durch den von beiden Schaufeln erzeugten Windstrom die entsprechenden
Geberwiderstände abgekühlt. DieWindströme sind jedoch nicht gleichmäßig. Beim Windrad
mit richtiger Laufrichtung ist der Windstrom wesentlich stärker als bei dem Windrad
mit gegenläufig angeordneten Schaufeln. Entsprechend ist die Abkühlung der Widerstände
verschieden, und im Anzeigegerät tritt ein Ausgleichstrom auf, der um so größer
ist, je schneller die Räder laufen, d. h. je größer die Drehzahl ist. Bei Umkehrung
der Drehrichtung erhält der andere Geberwiderstand einen stärkeren Windstrom, so
daß ein in umgekehrter Richtung fließender Strom auftritt und infolgedessen auch
eine Anzeige am Instrument die andere Richtung anzeigt.