DE897370C

DE897370C - Einrichtung zur Ermittlung der relativen Drehwinkellage zweier rotierender Wellen

Info

Publication number: DE897370C
Application number: DES16008D
Authority: DE
Inventors: Hans Dipl-Ing Wolters
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1934-10-14
Filing date: 1934-10-14
Publication date: 1953-11-19

Description

Einrichtung zur Ermittlung der relativen Drehwinkellage zweier rotierender Wellen Es ist bekannt, daß bei dieselelektriscben Schiffs: antrieben Schiffsschwingungen auftreten, wenn die Maschinen bei ihrem Gang nicht stets die gleiche Geschwindigkeit und eine bestimmte Kurbelstellung zueinander beibehalten. Um solche Schwingungen zu vermeiden, müssen Vorrichtungen vorgesehen werden, mit deren Hilfe die Wellen in einer ganz bestimmten relativen Drehwinkellage zueinander in Synchronismus gehalten werden.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Ermittlung derjenigen relativen Drehwinkellage zweier mit Synchronmaschinen gekuppelter und entsprechend der Polzahl in versclhiedene synchrone Lagen einstellbarer Wellen, in welcher die von den Wellen hervorgerufenen Schwingungen ein Minimum werden. Erfindungsgemäß ist mit jeder der beiden zu vergleichenden Wellen. je ein Rotor von Drehstrommaschinen (Geibermaschinen) gekuppelt und eine dritte Drehstrommaschine (Empfängermaschine), deren Ständer an den Läufer der einen Gebermaschine und deren Läufer an den Läufer der zweiten Gebermaschine angeschlossen ist, als Anzeigeinstrument für die relative Drehwinkellage der Welle ausgebildet, wobei der mit ) Von der Patentsudlerin ist als der Erfinder angegeben worden: Dipl.-lng. Hans Wolters, Berlin-Siemensstadt dem Läufer der Empfängermaschine gekuppelte Zeiger über einer Skala spielt, die sich über 3600 erstreckt und Markierungen für die einzelnen möglichen synchronen Lagen besitzt, oder es ist die Empfängermaschine als Regelinstrument ausgebildet, das bei Abweichung der beiden zu vergleichenden Wellen von einer bestimmten räumlichen Drehwinkellage voneinander selbsttätig Regelimpulse zur Aufrechterhaltung der gewünschten Lage an eine Einstellvorrichtung gibt. Auf diese Weise ergibt sich eine Einrichtung, die mit einfachen Mitteln sehr schnell diejenige relative Drehwinkellage zweier Wellen zu ermitteln gestattet, in der ,die Schwingungen beseitigt bzw. gedämpft sind.
Die Ausbildung der Empfängermaschine als Regelinstrument ermöglicht, daß bei Abweichung ir beiden zu vergleichenden Wellen von einer ganz bestimmten relativen Drehwinkellage durch dieses Regel instrument automatisch Impulse zur Wiederherstellung der gewünschten relativen Drehtinkellage an eine Einstellvorrichtung gegeben werden.
Es ist bereits ein Fernanzeiger für die gegenseitige Verdrehung rotierender Maschinenteile bekannt, der den Zweck hat, das von der einen Welle auf die andere Welle übertragene Drehmoment zu ermitteln. Bei der bekannten Einrichtung sind die beiden Wellen mechanisch durch ein elastisches Zwischenglied miteinander verbunden. Mit denjenigen Stellen des rotierenden Welleniuges, deren Verdrehung gegeneinander gemessen werden soll, ist je ein Wechselstromerzeuger verbunden, und die von ihnen erzeugten Wechsel ströme werden dem Stator und Rotor eines Empfängers zugeleitet, der an einem Zeiger die gegenseitige Verdrehung der genannten Stellen des Wellenzuges anzeigt.
Bei der bekannten Einrichtung handelt es sich also um das Problem, das zwischen zwei Wellen übertragene Drehmoment zu messen und nicht wie bei der Erfindung darum, diejenige relative. Drehwinkellage zweier Wellen zu ermitteln, in der die von -den Wellen hervorgerufenen Schwingungen ein Minimum werden. Das bevorzugte Anwendungsgebiet der Erfindung sind elektrisc'he Schiffsantriebe.
Für dieses Anwendungsgebiet ist in der Zeichnung als Ausführungsbeispiel der Erfindung eine MeBeinrichtung. dargestellt, die dazu dient, die Lage der Flügel zweier Schiffspropeller gegeneinander anzuzeigen. Mit 1 und 2 sind Synchronmotoren bezeichnet, die über die Wellen 3 und 4 die beiden Schiffspropeller 5 und 6 antreiben. Die Anordnunglbesteht im wesentlichen aus drei kleinen Drehstrommaschinen 7, 8 und 9, die mit Drehstromwicklungen im Ständer und Läufer ausgerüstet sind. Die beiden Maschinen 7 und 8 sind die Gebermaschinen, g ist die Empfängermaschine. Die beiden Gebermaschinen 7 und 8 sind mit den Propellerwellen 3 bzw. 4 über Kettengetriebe I0, 11 gekuppelt. Die Empfängermaschine g ist als Meßgerät ausgebildet und dient zur Anzeige der relativen Drehwinkellage der beiden Wellen 3 und 4.
Die Ständer der beiden Gebermaschinen 7 und 8 sind an ein Drehstromnetz I2, I3, 14 angeschlossen.
In den Läufern dieser Maschinen werden infolgedessen Drehfelder induziert, die zum Teil vom primären Drehfeld, zum anderen Teil von der Drehung des Läufers herrühren. Die Frequenz dieser sekundären Drehfelder ist je nach der Drehrichtung der zugehörigen Wellen gleich der Summe oder Differenz der Frequenz des Netzes I2, I3, 14 und der von der Drehung herrührenden Frequenz.
Die Empfängermaschine g liegt mit ihrem Ständer an dem Läufer der Gebermaschine 7 und mit ihrem Läufer an dem Läufer der Gebermaschine 8.
Wenn die beiden Propellerwellen 3 und 4 synchron laufen, haben auch die Drehfelder am Ständer und Läufer der Empfängermaschine 9 die gleiche Umlaufgeschwindigkeit. Die Vektoren der beiden Drehfelder sind dagegen im allgemeinen nicht gleichgerichtet, da ihre Richtungen von den augenblicklichen Lagen der Geberläufer abhängig sind und diese durch, die Stellungen der Propellerwellen gegeben sind. Der Läufer des Empfängers g wird daher bei synchronem Lauf der beiden Wellen 3 und 4 stillstehen, und zwar in einer Lage, die der Winkelabweichung der beiden Geber entspricht.
Im Ausführungsbei.spiel ist angenommen, daß die Propellermotoren I und 2 zwanzig Polpaare besitzen und daß die Schiffsschrauben 5 und 6 vierfliigellig ausgebiLdet sind. Es sind also in diesem Fall zwischen zwei zueinander gleichen relativen Drehwinkellagen der Schrauben 5 und 6 zehn verschiedene Stellungen möglich, in denen die Synchronmaschinen I und 2 elektrisch im Synchronismus laufen können. Unter dieser Voraussetzung wird man die Kettengetriebe 10 und II so ausbilden, daß die Drehzahl der Propellerwellen 3 und 4 durch diese im Verhältnis I :4 ins Schnelle übersetzt wird.
Da sich somit die Gebermaschinen 7 und 8 mit der vierfachen Drehzahl der Propellerwellen drehen, so ergeben sich für die Empfängermaschine g nur zehn mögliche Stellungen, die den zehn verschiedenen elektrisch synchronen Lagen der beiden Synchronmaschinen I und 2 entsprechen. Mit dem Läufer der Empfängermaschine g ist ein Zeiger I5 verbunden, der über einer Anzeigeskaln 16 spielt, an welcher die mit o, I, 2, 3... 9 bezeichneten Einstellungen der Schiffspropellerwellen angezeigt werden. Die Stellung o bedeutet dabei, daß die beiden zu vergleic'henden Schrauben 5 und 6 nicht gegeneinander verdreht sind; die übrigen Stellungen geben an, um wie vielePolteilungen die eine Schraube vor- bzw. nacheilt.
Wenn die beiden Propellerwellen 3 und 4 nicht synchron laufen, so wird in den beiden Gebermaschinen 7 und 8 nicht die gleiche Frequenz erzeugt. Die Folge ist, daß der Zeiger 15 der Empfängermaschineg nicht in Ruhe ist, sondern sich entsprechend der Schlupffrequenz der leinen Schraube gegenüber der anderen dreht. Dabei entspricht eine Drehung des Zeigers 15 um 3600 dem Überholen der einen Proplellerwelle durch die andere um das dem Abstand zwischen zwei Propellerflügeln entsprechende Winkelmaß.
Wenn man, wie in der Figur dargestellt ist, den Empfänger als Anzeigeinstrument ausbildet, wird man im Zusammenhang mit dieser Anzeigevorrichtung eine Einrichtung zur Verstellung der relativen Drehwinkellage des einen Propellerflügels gegenüber dem anderen benutzen. Eine solche Einrichtung kann in der verschiedensten Weise ausgebildet sein. Bei Verwendung von Fahrzeugantriebswellen, die mit parallel arbeibendenWechselstrommaschinen gekuppelt sind, wird man eine solche Verstellung einer bestimmten relativen Drehwinkellage beispielsweise nach einem neuen Vorschlag dadurch vornehmen, daß die mit den Wellen gekuppelten Wechselstrommaschinen zunächst synchronisiert werden und daß durch ein- oder mehrmaliges Umpolen des die Erregerwicklung tragenden Teiles jeweils einer der Wechselstrommaschinen die gewünschte relative Drehwinkellage einer Welle zu der zweiten Welle eingestellt wird.
Man kann die Einrichtung gemäß der Erfindung aber auch so durchbilden, daß das Empfängerinstrument g als selbsttätiges Regelinstrument ausgebildet wird, so daß von dem Läufer des Empfängerinstrumentes aus Stromimpulse erzeugt werden, die zur Einstellung der gewünschten relativen Drehwinkellage der beiden Schiffspropellerwellen dienen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Einrichtung zur Ermittlung derjenigen relativen Drehwinkellage zweier mit Synchronmaschinen gekuppelter und entsprechend der Polzahl in verschiedene synchrone Lagen einstellbarer Wellen, in welcher die von den Wellen hervorgerufenen Schwingungen ein Minimum werden, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder der beiden zu vergleichenden Wellen je ein Rotor von Drehstrommaschinen (Gebermaschinen) gekuppelt ist und daß eine dritte Drehstrommaschine (Empfängermaschine), deren Ständer an den Läufer der einen Gebermaschine und deren Läufer an den Läufer der zweiten Gebermaschine angeschlossen ist, als Anzeige instrument für die relative Drehwinkellage der Wellen ausgebildet ist, wobei der mit dem Läufer der Empfängermaschine gekuppelte Zeiger über einer Skala spielt, die sich über 3600 erstreckt und Markierungen für die einzelnen möglichen synchronen Lagen besitzt, oder daß die Empfängers maschine als Regelinstrument ausgebildet ist, das bei Abweichung der beiden zu vergieichenden Wellen von einer bestimmten räumlichen Drehwinkellage voneinander selbsttätig Regelimpulse zur Aufrechterhaltung der gewünschten Lage an eine Einstellvorrichtung gibt.
2. Einrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer der Empfängermaschine einen Zeiger besitzt, der die relative Drehwinkellage der beiden zu vergleichenden Wellen zueinander anzeigt.
3. Einrichtung für Schiffspropellerantriebe, bei dem die zu vergleichenden Propellerwellen von Synchronmaschinen angetrieben werden und wobei die Polzahl jeder Synchronmaschine ein Vielfaches der Flügelzahl eines Propellers ist, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Läufer der Gebermaschine unter Verwendung von Übersetzungsantrieben mit solchem Übersetzungsvierhältnis an die Propellerwellen angeschlossen sind, daß eine einzige Zeigerstellung am Anzeigeinstrument die gewünschte Drehwinkellage der beiden zu vergleichenden Wellen anzeigt.