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Einrichtung zum Messen von Drehzahlverhältnissen
Es sind Einrichtungen
bekanntgeworden, mit denen es möglich ist, ein bestimmtes Verhältnis zweier stetig
veränderlicher Drehzahlen zu messen und anzuzeigen oder in Abhängigkeit von diesem
Verhältnis eine Schaltung zu vollziehen. So ist es beispielsweise bekannt, mehrstufige
Strömungsgetriebe in Abhängigkeit von einem bestimmten gleichbleibenden Verhältnis
zwischen An-und Abtriebsdrehzahl selbsttätig umzuschalten derart, daß bei beliebiger
Motordrehzahl jeweils im richtigen Zeitpunkt von einer Stufe auf die nächste umgeschaltet
wird. Die hierzu verwendeten Einrichtungen, die sich meist zweier auf einen gemeinsamen
Verstellkolben einwirkender Drehzahlmeßpumpen oder etwa zweier auf einen gemeinsamen
Waagbalken wirkender Fliehkraftregler oder eines Differentialgetriebes bedienen,
arbeiten unmittelbar in Abhängigkeit vom Verhältnis n2/nl.
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Sie sind nur zur Messung eines bestimmten, stets gleichbleibenden
Wertes des Drehzahlverhältnisses geeignet und können nicht etwa zur stetigen Messung
des veränderlichen Wertes des Drehzahlverhältnisses verwendet werden.
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Die Erfindung hat sich demgegenüber zur Aufgabe gemacht,'eine Einrichtung
zu schaffen, die es gestattet, das Verhältnis zweier veränderlicher Drehzahlen stetig
zu messen und anzuzeigen oder etwa in Abhängigkeit von dem gemessenen Verhältnis
eine Regel-oder Schalteinrichtung zu betätigen. Sie löst diese Aufgabe durch Anwendung
eines Strömungskreislaufes, bei dem das auf ein Laufrad wirkende Moment und die
dem Quadrat der Drehzahl dieses Laufrades proportionale Fliehkraft gemessen und
ins Verhältnis zueinander gesetzt, also gegeneinander ausgewogen werden. Bei einem
Drehmomentwandler
nach dem Strömungsprinzip - beispielsweise besteht
nämlich zwischen dem Verhältnis Moment zur Drehzahl im Quadrat eines Laufrades und
dem Verhältnis zwischen den Drehzahl eindeutiger Zusammenhang. Wird nun das eine
Laufrad eines solchen Strömungskreislaufes mit dereinen und das andere mit er anderen
der beiden, zu messenden Drehzahlen angetrieben oder auch mit je einer diesen proportionalen
Drehzahl, so wird durch Messung des Verhältnisses Moment zu Drehzahl im Quadrat
(M/n2) an einem der beiden Laufräder eine vom Verhältnis der Drehzahlen der beiden
Laufräder abhängige Größe gemessen.
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Gemäß der Erfindung besteht die Einrichtung zum stetigen Messen des
Verhältnisses zweier veranderlicher Drehzahlen aus einem Strömungskreislauf mit
einer mit der einen Drehzahl angetriebenen. Primärwelle und einer mit der anderen..
Drehzahl. angetriebenen Sekundärwelle, dessen eines Laufrad unmittelbar auf der
einen Welle sitzt, während das andere Laufrad auf seiner Welle verdrehbar angeordnet
und mit ihr über ein Verstellgetriebe verbunden ist, das das auf die Welle dieses
Laufrades wirkende Drehmoment gegen die dem Quadrat seiner Drehzahl proportionale
Fliehkraft auswiegt derart, daß die relative Verdrehung zwischen Laufrad und Welle
ein Maß für das Drehzahlverhältnis ist. Das Verstellgetriebe wird beispielsweise
dadurch : gebildet, daß sowohl an dem gegenüber seiner Welle verdrehbaren Laufrad
als auch an der Welle selbst gleichmäßig über den Umfang verteilt in achssenkrechten
Ebenen bewegliche Laschen angelenkt sind, von denen je zwei in einem ausreichenden
Winkelabstand voneinander angelenkt an ihrem anderen Ende mittels eines gemeinsamen
Gelenkes ein Fliehgewicht tragen derart, daß je zwei Laschen mit den Verbindungslinien
zwischen ihren anlenkungspunkten und der Laufrad-bzw. Wellenachse ein. Gelenkviereck
bilden.
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Eine weitere Ausführungsmöglichkeit besteht darin, daß an dem gegenüber
seiner Welle drehbaren Laufrad gleichmäßig am Umfang verteilt Flichgewichte drehbar
aufgehängt sind, die sich mittels je-einer an. ~ihnen eingehängten Lasche oder dergleichen
gegen je einen Arm an der zugehörigen Welle abstrützen ; auch hierbei ist die Gesamtanordnung
so getroffen, daß die Verbindungslinien : zwischen. der Drehachse jedes Fliehgewichtes
unddem'Mittelpunkt des Gelenkes, mit dem die Laschen an. den Fliehgewichten eingehängt
sind, zusammen mit den Laschen und den Verbindungslinien zwischen Laufradachse und
Drehachse der Fliehgewichte sowie zwischen Achse der Welle und Abstützung der Laschen
an der Welle Gelenkvierecke bilden.-Als Strömungskreislauf, kann sowohl ein Strömungswandler
als auch eine Strömungskupplung Anwendung finden. Wesentlich ist hierbei nur, daß
es ein Kreislauf ist, bei dem das Verhältnis Moment zu Drehzahl im Quadrat, und
zwar M1/n12 odr m2/n22, eine eindeutige Funktion von # ist. Diese Bedingung ist
auf der Sekundärseite von Strömungswandlern stets erk # # füllt, weil dort - eine
eindeutige Funktion von # ist.
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#2 auf der Primärseite des Wandlers ist die genannte BedingungunterderVoraussetzungerfüllt,daßA
. in'funktionellem Zusammenhang mit w steht. Auch bei Kupplungen mit gleichbleibendem
Füllungsgrad ist die bedingung erfüllt, Unter k, # und # sind hierbei die bei Strömungskreisläufen
üblichen Kenngrößen zu verstehen. k ist die spezifische Leistunsaufnahme des Strömungskreislaufes,
# das Wandlungsvermögen M2/Mi und y das Drehzahlverhältnis n2/nl. In den üblichen
Kenngrößen ausgedrückt, heißt die obengenannte Bedingung, daß beim Wandler das Verhältnis
k.Q/#2 bzw. k allein und bei der Kupplung das Verhaltnis bzw. k allein eine eindeutige
Funktion von 1 sein mués.' Mit Rücksicht auf den stark veränderlichen Differentialquotienten
der Größe-'-bzw.-nachykann es vorteilhaft sein, in den Antrieb für die eine Welle
oder in den Antrieb für beide Wellen eine derartige starre'Übersetzung einzuschalten,
daß der gewünschte Meßbereich auf einem günstigen Teil der---Kurve des Meßwandlers
bzw. der k/#2-Kurve der Meßkupplung liegt.
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Im übrigen können aRe beim Bau von Meßgeräten oder Reglern üblichen
Maßnahmen sinngemäß angewendet werden. Die Stabilität kann durch die Abmessungen
und die Anordnung des Gelenkvierecks, mit dem die Fliehgewichte aufgehängt sind,
beeinflußt werden. Auf die Verwendung möglichst reibungsfreier Gelenke ist zu achten.
Es ist auch möglich, ansichbekannter Weise die Beharrung der Schwungmassen auszunützen.
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Für den Strömungskreislauf kann eine möglichst einfache und billige
Beschaufelung gewählt werden, da die Leistungsaufnahme und vor allem die Verluste
im Meßgerät im allgemeinen im Verhältnis zur Leistung der Anlage, deren Drehzahlverhältnis
gemessen werden soll, keine Rolle spielen werden. Der zur Messung des Drehzahlverhältnisses
dienende Stromungskreislauf kann nämlich einschließlich des Verstellgetriebes sehr
klein im Verhältnis zur übrigen anlage gebaut werden. Es ist nur wesentlich, daß
der funktionelle Zusammenhang zwischen der spezifischen Leistungsaufnahme k des
Meßkreislaufes und dem Wandlungsvermögen (bei Wandlern) einerseits und dem Drehzahlverhältnis
# andererseits von weiteren Größen unbeeinflußt ist. Erforderlichenfalls kann dies
durch Aufrechterhaltung eines entsprechenden Uberlagerungsdruckes sichergestellt
werden.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
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Abb. i zeigt die Gesamteinrichtung im Längsschnitt und die Abb. 2
in einem achssenkrechten Schnitt schematisch die Anordnung und Aufhängung der Fliehgewichte
des Verstellgetriebes.
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A bezeichnet eine beliebige Maschine oder Getriebeanlage, deren Eingangswelle
B mit der veränderlichen Drehzahl n1' und deren Ausgangswelle C mit der veränderlichen
Drehzahl n2' umlaufen. Das Ver-
hältnis dieser beiden Drehzahlen
wird gemäß der Erfindung durch eine Einrichtung gemessen und beispielsweise angezeigt,
die aus einem Strömungswandler D, dem Verstellgetriebe E und einer Anzeigevorrichtung
F besteht. Das Pumpenrad G des Wandlers wird über ein Zahnräderpaar mit einer der
Drehzahlnl' gleichen oder proportionalen Drehzahl nl angetrieben.
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Das Verstellgetriebe ist zwischen dem Turbinenrad H des Wandlers und
der über ein weiteres Zahnräderpaar mit einer der Drehzahl n2'gleichen oder proportionalen
Drehzahl n2 angetriebenen Abtriebswelle J eingeschaltet. Es besteht aus einer mit
dem Turbinenrad verbundenen Scheibe X, einer mit der Abtriebswelle verbundenen Scheibe
L, den an diesen Scheiben über die Arme M und die Gabeln N angelenkten Fliehgewichten
0 und dem Schraubentrieb P. Die Hebel M und die Gabeln N bilden, wie aus Abb. 2
ersichtlich ist, zusammen mit den Verbindungslinien TU und VU ihrer Anlenkungspunkte
T bzw. r mit der Achse U je ein Gelenkviereck. Der Schraubentrieb wird beispielsweise
durch eine in einem Steilgewinde im Innern der Hohlwelle 7 angeordnete Schraube
Q gebildet, die mit dem Turbinenrad H über die Stange R auf Drehung verbunden ist.
An der Schraube Q ist ein Zeiger S befestigt, der vor einer Skala T spielt, auf
der das Verhältnis M2ln22 oder unmittelbar das Drehzahlverhältnis der beiden Wellen
B und C abgelesen werden kann. In gleicher Weise könnte die Relativverdrehung zwischen
dem Turbinenrad H des Wandlers und der WelleJ oder die ihr proportionale Axialverschiebung
der Schraube Q zur mittelbaren oder unmittelbaren Regelung irgendeiner Größe der
Anlage herangezogen werden.
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Die beschriebene Einrichtung mißt also das Verhältnis des Turbinenradmomentes
M2 zur Drehzahl n2 der Welle J im Quadrat. Dieses Verhältnis M2/n2 ist, wie erwähnt,
eine eindeutige Funktion von n2/111 und somit gleichzeitig auch eine eindeutige
Funktion von n2'/"I', Jedem Wert des Drehzahlverhältnisses entspricht eine ganz
bestimmte Lage der Fliehgewichte, die stets einerseits unter dem Einfluß der Fliehkraft
und andererseits unter dem Einfluß des übertragenen Momentes stehen. Die Fliehkraft
sucht die Gewichte nach außen zu ziehen, während die radiale Komponente der dem
übertragenen Moment M2 entsprechenden Umfangskraft nach innen wirkt. Das Verstellgetriebe
stellt sich selbsttätig jeweils so ein, daß sich die genannten beiden Kräfte das
Gleichgewicht halten können.
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PATEXTANSPRS CHE : i. Einrichtung zum stetigen Messen des Verhältnisses
zweier veränderlicher Drehzahlen, gekennzeichnet durch ein Strömungsgetriebe (D)
(Wandler oder Kupplung) mit einer mit der einen Drehzahl angetriebenen Primärwelle
und einer mit der anderen Drehzahl angetriebenen Sekundärwelle, wobei das eine Laufrad
(G) unmittelbar auf der einen Welle sitzt, während das andere Laufrad (H) auf seiner
Welle verdrehbar angeordnet und mit ihr über ein Verstellgetriebe (E) verbunden
ist, das das auf die Welle dieses Laufrades wirkende Moment gegen die dem Quadrat
seiner Drehzahl proportionale Fliehkraft auswiegt derart, daß die relative Verdrehung
zwischen Laufrad und Welle ein Maß für das Drehzahlverhältnis ist.