DE930243C - Auf Winkelbeschleunigungen ansprechendes Mess-, Regel- oder Steuergeraet - Google Patents

Description

• Auf Winkelbeschleunigungen ansprechendes Meß-, Regel- oder Steuergerät Bei der Regelung elektrischer Antriebe, wie z. B. bei Fördermaschinen un,di Bandwalzwerken, ergiblt sich bisweilen die Forderung, Winkelbeschleunigungen in geeigneter Weise durch elektrische Größen abzubilden. Man kann hierzu, um nur einige der bekannten Methoden zu nennen, einen Tachodynamo in Verbindung mit einer Kapazität oder einem Transformator verwenden, wobei der Ladestrom der Kapazität bzw. die Sekundärspannung des Transformators ein Maß für die Beschleunigung darstellen. Bei diesen Meßverfahren machen sich jedoch die Oberwellen des Tachodynamos störend bemerkbar, vor allem aber ist die a,bgegebeine Leistung ohne Zwischenverstärkung für Regelzwecke im allgemeinen nicht ausreichend. Bei Leonardantrieben kann man die. Pole des Gene rators zum Zwecke der Beschleunigungsmessung mit Sekundärwicklungen versehen. Die in diesen Wicklungen induzierte Spannung ist aber nur dann ein zuverlässiges Abbild der Beschleunigung, wenn der Leonardmotor mit konstanter Last und konstanter Erregung gefahren wird.
• Diese und andere Unvollkolm,menheiten der bekannen Verfahren boten Anlaß, nach einem Beschleunigungsmesser zu suchen, welcher eine möglichst fehlerfreie Messung von Winkelbeschleunigungen erlaubt, zugleich eine für den Regler ausreichende Leistung abgibt und außerdem eine geringe Eigenzeitkonstante besitzt.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung in der Weise gelost, daß mit der Welle einer Maschine od. dgl., von deren Winkelbeschleunigung bei dem Meß- oder Regelvorgang ausgegangen werden soll, ein permanentes oder mit konstantem Strom erregtes, drehbares Magnetfeld starr gekuppelt ist, das auf einen mit Wicklungen versehenen, ebenfalls drehbaren Anker einwirkt, dessen Wicklung über ein Meß-, Steuer- oder Regelgerät kurzgeschlossen ist.
• Handelt es sich dabei um eine solche Vorrich tung, bei der ein drehbarer permanenter Magnet mit der zu untersuchenden Maschine starr gekuppelt ist, dann ist an- dem Magneten ein Schleifringkörper mit zwei Schleifringen vorgesehen, die über einen Stromwender mit der Ankerwicklung in Verblindung stehen, während auf den Schleifringen schleifende Bürsten den bei Drehzahldifferenz entstehenden Ankerstrom zu dem Meß-, Regel- oder Steuergerät leiten.
• Wenn dagegen ein drehbarer Elektromagnet verwendet wird, muß der Schleifringkörper zwei zusätzliche Schleifringe tragen, welche die Erregerstromquelle mit den Feldwicklungen verbinden.
• Zweckmäßig wird der drehbare Magnetfeldträger trommelförmig gestaltet und ist an seinen Stirnwänden formschlüssig mit Achsstummeln verbunden, von denen der eine den Schleifringkörper und der andere einen Kupplungsteil, z. B. einen Mitnehmer trägt, um die Vorrichtung mit der beschleunigten Welle oder' Maschine zu verbinden.
• Hierbei können die erforderlichen formschlüssigen Verbindungskörper mit den zugehörigen Achsstummelii eine bauliche Einheit bilden und derart gestaltet sein, daß sie die in den Stirnwänden des trommelförmigen Magnetfeldträgers vorgesehenen Lagerstellen für den Anker umschließen.
• Der den Schleifringkörper tragende Achsstummel wird zweckmäßig hohl ausgebildet, so daß er die Zuleitungen von den Bürsten des Stromwenders und gegebenenfalls von den Feldspulen zu den Schleifringen aufnehmen kann.
• Die Empfindlichkeit und Genauigkeit der Vor richtung hängt davon ab, wie rasch der Anker durch das beschleunigt sich drehende Magnetfeld beschleunigt wird.
• Im allgemeinen soll ein stärkeres Nachhinken des Ankers nach Möglichkeit unterbleiben, während andererseits der Ankerstrom eine gewisse Mindestgröße aufweisen muß, um die sonst notwendige Verstärkung zu vermeiden Deslhalbl wird der Anker in dem Magne-tfeldträger möglichst reibungslos gelagert und erhält eine geringe Masse, während der gesamte Ankerstromkreis einen kleinen ohmschen und induktiven Widerstand besitzt, so daß der erzeugte Strom weitgehend verlustlos zur Beschleunigun g bzw. Verzögerung des Ankers zur Verfügung steht.
• Es hat sich ferner gezeigt, daß die sich infolge der elektrischen bzw. magnetischen Trägheit ergebenden geringfügigen Abweichungen der Anzeige von der Proportionalität zu Beginn und am Ende des Beschleunigungsvorganges praktisch zum Verschwinden gebracht werden kann, wenn man die Vorrichtung als eine Maschine mit Wendepolen und Kompensationswicklungen ausbildet.
• Andererseits läßt sich das bei geringen Beschleunigungen störende Reibungsmoment in den Lagerstellen des Ankers dadurch beseitigen, daß man in den Anlcerstromkreis eine Konstantspannungsquelle einschaltet, so daß die Vorrichtung als leer laufender Motor arbeitet, wobei die Differenz zwischen dem Leerlaufstrom und dem in der Anker wicklung durch die Differenz drehzahl zwischen Feld und Anker erzeugten Strom für den Meß-, Steuer- und Regelzweck herangezogen wird. Es ist alsdann grundsätzlich auch möglich, die Stromquelle für die Erregung des umlaufenden Teiles gleichzeitig auch zur Speisung des Ankerstromkreises zu benutzen.
• In der Zeichnung ist die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel dargestellt, das als Beschleunigungsmesser ausgebildet ist und ein elektromagnetisches Drehfeld aufweist.
• Der Beschleunigungsmesser besteht aus einer in Lagerböcken 21, 22 gelagerten drehbaren Trommel 2, die auf ihrer Innenseite Magnetspnlen3 trägt.
• Die Trommel 2 ist über ein formschlüssiges Kupplungsglied 7 mit dem einen Achsstummel 1 starr verbunden, der einen Mitnehmer 18 aufweist, welcher zur Kupplung mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Maschine dient, deren Beschleunigung gemessen werden soll.
• In den Stirnwänden 5, 6 der Trommel 2 sind Lagerstellen 15, 16 für einen frei drehbaren Anker 4 vorgesehen. An der der Maschine abgewandten Seite weist die Trommel 2 einen zweiten Achsstummel g auf, der über einen Kupplungsteil 8 mit der Stirnwand 6 der Trommel 2 formsohlüssig verbunden ist.
• Der Achsstummel 9 trägt einen Schleifringkörper 10 mit vier Schleifringen 11 bis 14. Die Magnetspulen 3 sind über die Schleifringe 11, 12 mit einer Erregerstromquelle 19 verbunden, während die Ankerwicklung über einen Stromwender 17 mit Bürsten 23, 24 und über die Schleifringe 13, 14 und ein Meßinstrument 20 kurzgeschlossen ist.
• Die Anzeige dieses Meßinstrumen,tes ist bei gleichbleibender Beschleunigung dies er proportional, während bei sich ändernder Beschleunigung die Anzeige etwas nacheilen kann. Im einzelnen führten Untersuchungen, mit der beschriebenen Ausführung zu folgenden Ergebnissen: I. Ist die Beschleunigung konstant, so besteht, wenn die Reibung vernachlässigt werden kann, im stationären Zustand Propolrtion.alität zwischen dem erzeugten Strom und der zu messenden Beschleunigung, gleichgültig ob sich im Ankerkreis eine Induktivität befindet oder nicht.
• 2. Ändert sich die Beschleunigung bei vernachlässigbarer Reibung zeitlich linear, so tritt im stationären Zustand ein geringer Meßfehler auf.
• 3. Muß die Reibung berücksichtigt werden, so ist der abgegebene Strom in allen Fällen im stationären Zustand um einen aus dem Reibungsmoment sich ergebenden Betrag zu klein.
• Wenn sich zu Beginn des Beschleunigungsvorganges eine Abweichung der Anzeige in der Form ergibt, daß das Maximum der tatsächlichen Beschleunigung höher liegt als das Maximum der Anzeige des Beschleunigungsmessers, so liegt dies an der Ankerrückwirkung des Bes.chleunigunocs- messers. Will ma.n hier ganz sicher gehen und unter allen Umständen eine Beeinträchtigung der Proportionalität zwischen der Beschleunigung und der Anzeige vermeiden, so verwendet man zweckmäßig eine Maschine mit Wendepolen und Kompensationswicklung als Beschleunigungsmesser.
• Betreibt man den Beschleunigungsmesser als Generator so steht an erster Stelle die Forderung nach kleinster Bürstenreibung, nach leicht laufenden Kugellagern und nach einer geringen Verlustziffer der verwendeten Ankerbleche. Schräge Ankernuten und eine hohe Kommutatorstegzahl empfehlen sich besonders dann, wenn auf einen oberwellenfreien Strom Wert gelegt werden muß.
• Wegen des Reibungsmomentes ist es kaum. moglich. in der an Hand der Zeichnung beschrielben.e Weise geringe Beschleunigungen zuverlässig zu messen. Wenn die Beschleunigung unter einen Betrag von ungefähr I5 s-2 absinkt, erfolgt überhaupt keiiie Anzeige mehr. Um hier Abhilfe zu schaffen, wird folgender Weg eingeschlagen. Mit dem Anker des Beschleunigungsmessers wird eine Spannungsquelle (Gleichstromgenerator) in Reihe geschaltet, welche eine konstante Spannung liefert. Hierdurch wi rd dem Anker des Beschleunigungsmessers eine Grunddrehzahl gegenüber dem Magnetgestell erteilt: man kann dann den Beschleunigungsmesser als einen leer laufenden Motor mit einem bestimmten Leerlaufs,trolm betrachten. Dieser Strom ist konstant und unabhängig von der Drehzahl des Antriebmotors.
• Wirkt nun das am Anker angreifende Beschleunigungsmoment der Drehrichtung des Ankers entgegen. so erhöht sich der aufgenommene Strom.
• Wirkt es im gleichen Sinne. so vermindert sich der Strom und könnte schließlich. bei höheren Beschleunigungen negative Werte annehmen. Die Differenz zwischen, dem aufgenommenen Strom und dem Leerlaufstrom ist jetzt ein NIaß für die Beschleunigung.
• Auf diese Weise gelingt es. den Einfluß des Reibungsmomentes, welches als konstant angesehen werden. kann. gänzlich auszuschalten. Die Grunddrehzahl kann an sich beliebig gewählt werden, sie wird aber zweckmäßig nur so groß gewählt, daß die Differenzdrehzahl bei den höchsten Beschleunigungen nicht Null wird oder sogar negative Werte annimmt.
• Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten.
• Ausführungsbeispiele beschränkt, insbesondere ist sie in gleicher Weise für eine Fahrplanregelung oder sonstige Steuerungen anwendbar, bei denen es darauf ankommt. dieselben in Abhängigkeit von einer Winkelbeschleunigung durchzuführen.

Claims (11)

1. P A T E N T A N S P R Ü C H E : I. Auf Winkelbeschleunigungen ansprechende Meß-, Regel- oder Steuervorrichtung, dadurch gekennzeichnet. daß mit der Welle. von. deren Winkelbeschleunigung ausgegangen werden soll. ein permanentes oder mit konstantem Strom erregtes drehbares Magnetfeld starr gekuppelt ist. das auf einen mit Wicklungen. versehenen, ebenfalls drehbaren Anke!r einwirkt, dessen Wicklung über das. Meß-, Regel- oder Steuergerät kurzgeschlossen ist.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch I mit permanentem Feld, dadurch gekennzeichnet, daß an dem rotierenden Magneten ein Schleifringkörper mit zwei Schleifringen, vorgesehen ist, die über einen. Stromwender mit der Ankerwicklung in Verbindung stehen.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit elektromagnetischem Feld, dadurch gekennzeichnet, daß an dem rotierenden Magnetspulenträger (2) ein Schleifringkörper (10) mit vier Schleifringen (11 bis I4) vorgesehen ist, von denen ein Paar (11, I2) mit den Feldspulen (3) und das andere Paar (13, 14) über einen Stromwender (17) mit der Ankerspule (4) verbunden ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch einen symmetrisch gestalteten trommelförmigen Magnetfeldträger (2), der an seinen beiden. Stiruwänden (5, 6) formschlüssig mit Achsstummeln (I, 9) verbunden ist, von denen der eine (9) den Schleifringkörper (to) und der andere (1) einen Kupplungsteil (Mitnehmer 18 od. dgl.) zu.r Verbindung mit der beschleunigten Welle oder Maschine trägt.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die mit den Achsstummeln (1, 9) eine bauliche Einheit bildenden formschlüssigen Verbindungskörper (7, 8) derart gestaltet sind, daß sie die in den; Stirnwänden (5, 6) des trommelförmigen Magnetfeldträgers (2) vorgesehenen Lagerstellen (15, 16) für den Anker (4) um schließen.
6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der den Schleifringkörper (1 o) tragende Achsstummel (9) hohl ausgebildet ist und d.ie Zuleitungen, von, den Bürsten (23, 24) des Stromwenders (I7) und von den Feldspulen (3) zu dien Schleifringen (11 bis I4) aufnimmt.
7. 7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden, Ansprüche, dadurch. gekennzeichnet, daß der in dem Magnetfeldträger (2) leicht beweglich gelagerte Anker (+) eine geringe Masse besitzt.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anderstromkreis geringen ohmschen und induktiven Widerstand besitzt, sol daß der erzeugte Strom möglichst verlustlos zur Beschleunigung bzw. Verzögerung des Ankers zur Verfügung steht.
9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Ausgestaltung als Maschine mit Wendepolen und Kompensationswicklung.
10. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere zum Messen kleiner Beschleunigungen, dadurch gelkenn- zeichnet, daß mit dem Anker (4) eine konstante Spannungsquelle in. Reihe geschaltet ist, so daß die Vorrichtung als leer laufender Motor arbeitet, während die Differenz zwischen dem Leerlaufstrom und dem in der Ankerwicklung durch die Differenzdrehzahl zwischen Feld und Anker erzeugten Strom als Maß für die Beschleunigung dient.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10 mit elektromagnetischem Feld, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerstromquelle (I9) gleichzeitig den Ankerstromkreis speist.