DE959686C - Verfahren und Vorrichtung zum Messen der elastischen Phasenverschiebung von zwei oder mehreren synchron laufenden, parallelen Wellen, Motoren od. dgl. als Funktion der wechselnden Belastung der Verbindung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Messen der elastischen Phasenverschiebung von zwei oder mehreren synchron laufenden, parallelen Wellen, Motoren od. dgl. als Funktion der wechselnden Belastung der Verbindung

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DE959686C
DE959686C DEF19127A DEF0019127A DE959686C DE 959686 C DE959686 C DE 959686C DE F19127 A DEF19127 A DE F19127A DE F0019127 A DEF0019127 A DE F0019127A DE 959686 C DE959686 C DE 959686C
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disc
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light
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DEF19127A
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Inventor
Dipl-Ing Rolf Voeller
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Fortuna Werke Spezialmaschinenfabrik AG
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Fortuna Werke Spezialmaschinenfabrik AG
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/36Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
    • G01P3/40Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light using stroboscopic means

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  • Power Engineering (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum Messen der elastischen Phasenverschiebung von zwei oder mehreren synchron laufenden, parallelen Wellen Motoren od. dgl. als Funktion der wechselnden Belastung der Verbindung Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen der elastischen Phasenverschiebung von zwei oder mehreren mit einander gekuppelten und daher synchron laufenden, vorzugsweise parallelen Wellen, Motoren od. dgl. Es kommt vor, daß zwei oder mehrere Wellen oder Motoren genau synchron laufen sollen, und zwar auch dann, wenn die Belastungen verschieden groß sind oder wechseln. Um einen solchen Synchronlauf sicherzustellen, müssen irgendwelche Verbindungen zwischen den umlaufenden Teilen vorhanden sein. Da solche Verbindungen (mechanischer, magnetischer, elektrischer oder sonstiger Art) meist nicht als vollkommen starr anzusehen sind, wird sich im allgemeinen bei verschieden starker und wechselnder Belastung eine Phasenverschiebung ergeben, die nach Aufhören der Belastung ganz oder teilweise wieder zurückgeht. Geht sie ganz wieder zurück, so spricht man von elastischer Phasenverschiebung. Man wendet z. B. die soge nannte elektrische Welle als Verbindung der umlaufenden Teile an, wenn aus besonderen Gründen die Phasenverschiebung möglichst klein sein soll, eine mechanische Verbindung aus räumlichen Gründen aber nicht möglich ist. Auch bei einer elektrischen Welle tritt jedoch eine Phasenver- schiebung ein, deren Wert bestimmt werden muß, um erkennen zu können, ob für einen besonderen Zweck diese vorkommende Phasenverschiebung noch zulässig ist.
  • Es sind mehrere Methoden bekannt, mit denen eine Phasenverschiebung gemessen werden kann.
  • Zum Beispiel werden an den rotierenden Teilen Kontakte angeordnet zur Kontaktgabe und Aufzeichnung der sich ergebenden Werte mittels Schleifenoszillographen bei Papiergeschwindigkeiten bis zu 50 m/sec; oder man verwendet eine Phasenimpulsgabe für jede Welle und Darstellung mit Kathodenstrahloszillographen. Schließlich kann man wissenschaftliche Filmeinrichtungen verwen den mit Bildzahlen von über iSooo Aufnahmen/sec.
  • Man kann mit diesen Methoden eine Genauigkeit der Anzeige von etwa. IO erzielen bei Drehzahlen von n = 3000 U/min. Aber der Aufwand an Gerätschaften und die Kosten für die Durchführung einer Messung sind außerordentlich hoch.
  • Es ist ferner ein Verfahren bekannt, mit dem festgestellt werden kann, ob zwei koaxiale Wellen synchron laufen oder ob die eine Welle schneller oder langsamer läuft als die zweite mit konstanter Drehzahl umlaufende Vergleichswelle. Bei diesem Verfahren werden auf die beiden Wellen Stroboskopscheiben aufgesetzt mit einer Vielzahl von am Umfang gleichmäßig verteilten Radialschlitzen, die von einer Lichtquelle angestrahlt werden und auf einer transparenten Skala Lichtspuren abzeichnen.
  • Es kann mit diesem Verfahren unter Zuhilfenahme einer Messung der Geschwindigkeit des Wanderns der Lichtmarken auf der Skala aber nur die Differenz der Winkelgeschwindigkeit der beiden Wellen ermittelt werden, nicht jedoch der Wert der Phasenverschiebung der einen Welle gegenüber der anderen Welle.
  • Hier zeigt sich das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung als überlegene Hilfe.
  • Es Werden an Hilfsmitteln bei der Untersuchung von z. B. zwei Wellen nur benötigt eine Lichtquelle, für jede Welle eine Stroboskopscheibe mit einem oder mehreren symmetrisch angeordneten radialen Schlitzen und ein gegebenenfalls transpa rentes Meßblatt, das auf den Außen- und Innenradius und die Schlitzbreite des Radialschlitzes geeicht ist. Die Stroboskopscheiben werden auf den Wellen derart angeordnet, daß sich die Längen der Radialschlitze überdecken. Von der einen Seite her werden die Stroboskopscheiben mit der Lichtquelle angestrahlt. Liegen die Radialschlitze in den Scheiben derart, daß sie sich kreuzen, so wird durch die Kreuzungsstelle ein Lichtstrahl auf das Meßblatt geworfen, das auf der anderen Seite der Scheiben angeordnet ist. Werden die Scheiben gedreht, so wandert der Lichtstrahl auf dem Meßblatt, und bei Drehzahlen von etwa n = 300 U/min ab wird auf dem Meßblatt eine Lichtbahn abgebildet, die stillzustehen scheint. Wenn man bei Stillstand der Wellen und ohne deren Belastung die Scheiben derart einstellt, daß die Schlitze sich genau überdecken, und läßt man dann das System umlaufen, so bildet sich auf dem Meßblatt eine ganz bestimmte Lichtfigur ab. Bei Gleichlauf der Wellen ergibt sich eine gerade Linie parallel zu den sich deckenden Schlitzen, bei Gegenlauf ergibt sich eine Lichtfigur in Form eines Kreuzes.
  • Ändert sich infolge von Belastungen die gegenseitige Lage der Scheiben derart, daß die eine Scheibe der anderen Scheibe um einen der jeweiligen Belastung entsprechenden Winkel voreilt, so verschiebt sich die Lichtfigur auf dem Meßblatt. Bei Gleichlauf der Wellen verschiebt sich das Lichtband annähernd parallel, wobei es sich leicht krümmt; bei Gegenlauf teilt sich die kreuzförmige Lichtfigur in zwei hyperbelartige Abschnitte, die in sich gegenüberliegenden Quadranten liegen.
  • Da es möglich ist, die Einteilung des Meßblattes zu eichen, kann man sofort und ohne Umrechnung das Winkelmaß des Voreilens bzw. des Zurückbleibens der einen Scheibe gegenüber der anderen Scheibe von dem Meßblatt ablesen. Läßt man die Wellen im Gleichlauf umlaufen, so ergibt sich ein Meßbereich von etwa + 700 Phasenverschiebung gegenüber der Nullstellung bei einer Meßgenauigkeit von etwa 30; läßt- man die Wellen gegenläufig umlaufen, dann beträgt der Meßbereich nur noch etwa + 80 aber die Meßgenauigkeit steigt auf + 0,50. Die Meßgenauigkeit läßt sich steigern, indem man die Schlitze sehr schmal macht; um die nötige Lichtdichte auf dem zweckmäßig transparenten Meßblatt zu erreichen, werden mehrere Radialschlitze gleichmäßig über die Stroboskopscheiben verteilt.
  • In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Es zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anordnung der Vorrichtungsteile, Fig. 2 ein Meßblatt mit Lichtbahnen und Eichkurven zur Verwendung bei gleichlaufender Drehrichtung der Wellen, Fig. 3 Lichtbahnen auf einem Meßblatt bei gegenläufiger Drehrichtung der Wellen, Fig. 4 Eichkurven auf einem Meßblatt für gegenläufige Drehrichtung der Wellen.
  • Eine Lichtquelle I (Scheinwerfer od. dgl.) wirft seine Lichtstrahlen in Richtung der parallelen Achsen 2 und 3 der zu prüfenden Wellen, auf denen die Stroboskopscheiben 4 und 5 angeordnet sind.
  • Der einfacheren Darstellung wegen sind auf den Stroboskopscheiben nur je ein Radialschlitz 6 und 7 gezeichnet. In der Ruhelage oder Anfangsstellung werden in der Regel die beiden Stroboskopscheiben derart eingestellt, daß die Radialschlitze sich völlig decken. Es kann dann ein Lichtstrahl in der ganzen Länge der Schlitze von der Lichtquelle I durch die Schlitze auf das Meßblatt 8 fallen. Liegen beim Umlauf der Wellen die Stroboskopscheiben in einem beliebigen Augenblick derart, daß sich die Radialschlitze kreuzen (s. Fig. i), so wird von einem Lichtstrahl g auf dem Meßblatt ein rhombusartiger Lichtfleck I0 abgebildet. Bei schneller Drehung der Wellen ohne Belastung ergibt sich bei gleichlaufender Drehrichtung der Wellen eine Lichtbahn entsprechend der Fläche 12 (Fig. 2) und bei gegenläufiger Drehrichtung der Wellen ent- sprechend Fläche 14 (Fig. 3). Werden die beiden Wellen verschieden stark belastet, so ergibt sich aus der Differenz der Belastungen für deren Dauer eine Phasenverschiebung zwischen beiden Wellen, die sich durch eine Verschiebung der Lichtbahn auf dem Meßblatt in der bereits angegebenen Art und Weise bemerkbar macht. Dabei verschiebt sich entsprechend der Belàstungsrichtung bei Gleichlauf der Wellen die Lichtbahn bei positiver Belastung von 12 nach oben, z. B. I3a oder bei negativer Belastung von I2 nach unten, z. B. I3b. Bei Gegenlauf verschiebt sich die Lichtbahn z. B. in Richtung der Lichtbahnen r5a und 151> im II. und IV. (positiven) Quadranten oder bei negativer Belastung z. B. in Richtung der Lichtbahnen I6a und 16b im I. und III. (negativen) Quadranten.
  • Die in sich gegenüberliegenden Quadranten sich abzeichnenden Lichtbahnen sind symmetrisch.
  • Die Eichung eines Meßblattes kann außerhalb der Vorrichtung erfolgen, indem entsprechend deren Abmessungen für verschiedene Phasenverschiebungswinkel die zugehörigen Lichtbahnen graphisch ermittelt und eingetragen werden. An sich könnte man die beiden Begrenzungslinien einer Lichtbahn als Eichkurven eintragen, ähnlich wie in Fig. 2 und 3 dargestellt, aber es würde bei enger Eicheinteilung wegen der Vielzahl von Doppellinien das Eichkurvenbild unübersichtlich werden.
  • Man kann auch die Mittellinie einer Lichtbahn als Eichkurve auftragen, was eine vollkommen symmetrische Kurvenanordnung - bezogen auf das Achsenkreuz - ergeben. würde; es ist dies besonders dann günstig, wenn die Schlitze sehr schmal sind und eine große Genauigkeit gefordert wird.
  • Man kann aber auch, wie in Fig. 4 dargestellt, eine Kante der Lichtbahn, z. B: deren linke Kante II, in der oberen Hälfte der Einteilungsfläche als Bezugslinie festlegen; es verschiebt sich dann die Nullinie etwas nach links. Die untere Hälfte ist symmetrisch der oberen Hälfte eingeteilt, bzw. sie braucht gar nicht eingeteilt zu werden, da nur in der oberen Hälfte abgelesen wird.
  • Ein besonderer Vorteil liegt in dem erfindungsgemäßen Verfahren und seiner Anwendung darin, daß man die Elastizität oder Steifigkeit der Wellenverbindung bereits im ruhenden Zustand prüfen kann, indem man die eine Scheibe bzw. Welle in einer Lage des Schlitzes nach Fig. I festhält und die andere Welle statisch belastet; es wird dann der Lichtpunkt 1 7a der Ausgangslage unter der Belastung beispielsweise nach I7b wandern. Man kann dann sofort ablesen, daß die Phasenverschiebung in diesem Falle z. B. 40 beträgt. Sollte aus bestimmten Gründen eine Phasenverschiebung von nur 2,50 zulässig sein, so kahn man die Wellenverbindung entsprechend stärker ausführen, ohne durch einen Versuch unter vollen Betriebsbedingungen die Anlage zu gefährden.
  • In dem angeführten Beispiel nach Fig. 4 hat die Vorrichtung einen Meßbereich von -6 bis + 100, d. h. absolut gerechnet von I60. Weiß man aus Erfahrung oder einer Überschlagsrechnung, daß die Phasenverschiebung größer ist als mit dem vorhandenen Meßbereich gemessen werden kann, so versetzt man die eine Stroboskopscheibe entgegengesetzt der erwarteten Phasenverschiebung um eine geschätzte Gradzahl, um in den vorhandenen Meßbereich hineinzukommen. Vermutet man also eine Phasenverschiebung zwischen -I2 und -I80, so versetzt man die eine Scheibe um 100; stellt man dann bei der Messung ein Lichtband I8 (Fig. 4) fest gleich --40, so beträgt die tatsächliche Phasenverschiebung - 140. Man kann auf diese Weise den Meßbereich der Vorrichtung beliebig erweitern.

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE: I. Verfahren zum Messen der elastischen Phasenverschiebung von zwei oder mehreren miteinander gekuppelten, also synchron laufenden Wellen, Motoren od. dgl. als Funktion der wechselnden Belastung der Kupplung, unter Verwendung von mittels einer Lichtquelle angestrahlten Stroboskopscheiben und transparenten Skalen, dadurch gekennzeichnet, daß man in Ruhestellung der vorzugsweise parallelen Wellen einen Radialschlitz der einen Scheibe mit einem Radialschlitz der anderen Scheibe so zur Deckung bringt, daß die Lichtmarke dem Nullstrich der geeichten Skala entspricht, und dann die bei gleichlaufender oder gegenläufiger Drehung der Wellen während des Betriebes eintretende Verschiebung der Lichtspur bei wechselnder Belastung gegenüber dem Lauf ohne Belastung der Kupplung auf der Skala beobachtet.
  2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß jede Stroboskopscheibe nur einen Radialschlitz von der ungefähren Länge der Überdeckung der Stroboskopscheiben zwischen den Achsen aufweist.
  3. 3. Vorrichtung zur Durchführung des Meßverfahrens nach Anspruch dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausstattung einer jeden Stroboskopscheibe mit mehr als einem symmetrisch angeordneten Radialschlitz die Anzahl der Schlitze durch die Bedingung beschränkt ist, daß in der Uberdeckungsfläche gleichzeitig immer nur ein Schlitz jeder Scheibe erscheinen darf.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, zur Verwendung bei gleichzeitiger Messung von mehr als zwei Wellen, dadurch gekennzeichnet, daß für je zwei zueinander gehörige Wellen je eine Lichtquelle und je eine Skala vorgesehen sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. I46 8I9.
DEF19127A 1955-12-22 1955-12-22 Verfahren und Vorrichtung zum Messen der elastischen Phasenverschiebung von zwei oder mehreren synchron laufenden, parallelen Wellen, Motoren od. dgl. als Funktion der wechselnden Belastung der Verbindung Expired DE959686C (de)

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