DEP0008534MA - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

Tag der Anmeldung: 17. Oktober 1952 Bekanntgemacht am 29. Dezember 1955

DEUTSCHES PATENTAMT

Zur Beurteilung des Schwingungszustandes von Maschinen, Gebäuden usw., in denen Schwingungen (Erschütterungen) durch periodisch wirkende Kräfte oder Momente, beispielsweise durch Beschleunigungskräfte der translatorisch bewegten Kolben von Verbrennungsmotoren oder durch Unwuchtkräfte rotatorisch bewegter Läufer elektrischer Maschinen, erregt werden, können die in bekannter Weise für eine bestimmte Zahl von Meßpunkten in einer oder mehreren Dimensionen festgestellten Werte der Amplitude und der Phasenlage der Schwingungen herangezogen werden. Die Angabe der Amplitude erfolgt entweder als Absolutwert oder als Relativwert, bezogen auf ein nicht im Raum feststehendes, beispielsweise Maschinen- oder Gebäudeteil. Die Angabe der Phasenlage erfolgt dabei zumeist als Relativwert, bezogen auf eine räumlich-zeitlich bestimmte Stellung, beispielsweise des Kolbens eines Verbrennungsmotors oder des Rotors einer elektrischen Maschine als des Schwingungserregers.

Die Kenntnis der Phasenlage der Schwingung ist neben der Kenntnis ihrer Amplitude besonders wichtig, wenn es sich darum handelt, Änderungen des Schwingungszustandes zu verfolgen, beispielsweise nach zeitlicher Alterung oder nach Änderung des Betriebs- bzw. Belastungszustandes einer elektrischen Maschine oder erzwungen nach der \fornahme von Tariermaßnahmen.

Zur Messung der Amplitude sind mehrere Verfahren bekannt. Recht zuverlässig und bequem ist beispielsweise ein Verfahren, welches mittels eines dynamischen Fühlers geschwindigkeitsproportionale oder über einen Integrator (Kondensatorwider-

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Standsglied) wegproportionale elektrische Spannungen bzw. Ströme erzeugt und diese über einen in seinem Verstärkungsgrad regelbaren Verstärker im Bild eines Kathodenstrählrohres oder in der Anzeige eines Wechsels.trommeßinstrumentes mit der Amplitude einer geeichten Wechselspannung bzw. eines solchen Wechselstromes vergleicht.

Demgegenüber sind die bisher bekannten Verfahren zur Feststellung der Phasenlage mit gewissen Mangeln behaftet hinsichtlich Zuverlässigkeit und Bequemlichkeit.

Die Festlegung eines räumlich-zeitlichen Bezugspunktes am Schwingungserreger, entsprechend der früher erwähnten bestimmten Stellung beispielsweise des Kolbens eines Verbrennungsmotors oder des Rotors einer elektrischen Maschine, ist verhältnismäßig leicht, beispielsweise durch einen Schleifkontakt, dessen schleifringförmiges Gegenstück sich mit dem Rotor einer elektrischen Maschine mitdreht, wobei etwa der Zeitpunkt der Öffnung oder Schließung des Kontaktes als Bezugspunkt verwendet wird, oder durch einen Federkontakt, der von einem Nocken¹ auf der Kurbelwelle eines Verbrennungsmotors betätigt wird.

Schwieriger ist jedoch die Angabe eines räumlich-zeitlichen Meßbezugspunktes für die zu untersuchende Schwingung selbst, die beispielsweise im zeitlichen Verlauf einer wegproportionalen elek-• trischen Spannung als Oszillographenbild gegeben sein mag. Man kann etwa den Öffnungspunkt eines

.-,. 'Federkontaktes an dem Schwingungserreger als Nullimpuls auf dem Oszillographenbild der Schwingung erscheinen lassen, den Abstand zwischen dem Nullimpuls und z. B. dem Maximum des Schwingungsbildes ausmessen und entsprechend der Periode der Schwingung zum Winkelmaß der Phasenlage umrechnen.

Dieses und ähnliche Verfahren zur Feststellung der Phasenlage sind infolge unzureichender Ablesegenauigkeit, Nichtlinearität der Oszillographenzei'tablenkung usw. recht ungenau, besonders wenn die Schwingung etwa Oberwellen aufweist. Darüber hinaus sind diese Verfahren unbequem, besonders wenn das Schwingungsbild im Oszillographen unruhig ist. Diese Nachteile der bekannten Verfahren werden durch die Erfindung vermieden. Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß der schwingende Körper, beispielsweise eine rotierende elektrische Maschine, unmittelbar einen nach Kontaktzeit und Winkellage der Schaltpunkte einstellbaren Meßkontakt antreibt und, daß der Meßkontakt über ein in bekannter Weise geschaltetes Gleichstromdrehspulinstrument auf den Ausschlagswert »Null« des Anzeigeinstrumentes eingestellt wird und so einen Meßbezugspunkt für die zu untersuchende Schwingung bildet.

Der Grundgedanke des neuen Verfahrens besteht darin, daß in Verbindung mit einem bekannten Meßverfahren für die Schwingungsamplitude, zur Bestimmung der Phasenlage der Schwingung, die beispielsweise im zeitlichen Verlauf einer weg-. proportionalen Spannung von zunächst sinusförmigem Charakter gegeben sein mag, deren wirklicher oder ideeller Nulldurchgang als zeitlicher Meßbezugspunkt verwendet wird, wobei dieser Nulldurchgang durch Einstellung des vom schwingenden Körper angetriebenen Meßkontaktes ermittelt wird.

Als Meßkontakt kann etwa ein Schleifring mit aufliegendem Schleifkontakt oder ein nockengesteuerter Federkontakt verwendet werden. Er wird direkt von dem zu untersuchenden Prüfling, beispielsweise bei rotierenden elektrischen Maschinen von deren Welle, angetrieben. Er wird so angeordnet, daß er die vorher genannte beispielsweise wegproportionale Spannung entweder als Vor- bzw. als Nebenkontakt über entsprechende Vorwiderstände in einem Gleichstrommeßinstrument mit Drehspulsystem wirksam werden läßt. Im Normalfall wird der Kontakt so ausgebildet, daß sich eine Schließungen bzw. Öffnungszeit von 50% der Periode, entsprechend einem Winkel von i8o° bei umlaufenden Maschinen, ergibt.

Die Anordnung ist so getroffen, daß Öffnungsund Schließungspunkt in beliebiger Weise verstellt \verden können. Das Anzeigeinstrument zeigt keinen, Ausschlag, wenn zwischen den durch den Meßkontakt erfaßten Augenblickswerten der Spannung Bereiche mit gleich großen Flächen positiven und negativen Vorzeichens liegen. Diese Stellung des Meßkontaktes wird als Meßbezugspunkt verwendet. Bei Sinusform der Schwingung bzw. der vorher genannten beispielsweise wegproportionalen Spannung und Einstellung des Meßkontaktes auf 180° Kontaktwinkel werden dem Meßinstrument je eine negative und positive Viertelwelle der Sinusschwingung zugeführt.

- Der Nulldurchgang der Schwingung liegt um 90° gegenüber dem Ein- bzw. Ausschaltpunkt des Meßkontaktes verschoben. Das Maximum der Schwingung ist in bekannter Weise dem Ein- bzw. Ausschaltpunkt zuzuordnen. Ist die Schwingungsform nicht rein sinusförmig, so können in bekannter Weise durch Wahl entsprechender Kontaktzeiten störende Harmonische von der Wirkung auf das Anzeigeinstrument ausgeschlossen werden, die zweite Harmonische durch .Kontaktzeit i8o°, die dritte Harmoniische durch Kontaktzeit 120 oder 240⁰ usw. .

Ist die Anbringung des Meßkontaktes an der zu untersuchenden, beispielsweise rotierenden, elek-< trischen Maschine technisch schwer durchführbar oder etwa aus Bedienungsgründen unbequem, so könnte der Meßkontakt getrennt von der zu untersuchenden Maschine angeordnet werden und in bekannter Weise durch ein Kupplungsverfahren, vornehmlich eine »elektrische Welle«, beispielsweise Synchrongenerator / Synchronmotor, verbunden werden. An Stelle durch einen Synchrongenerator könnte die zum Antrieb des Synchronmotors am Meßkontakt benötigte Spannung beispielsweise durch eine Anordnung, bestehend aus Impulsgeber und Verstärker, gewonnen werden.

Ist die zu prüfende Maschine betriebsmäßig mit einem Synchrongenerator gekuppelt (Dampfturbine/ Drehstromgenerator) oder stellt ein Drehstrom-

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generator selbst den Prüfling dar, so kann die von diesem gelieferte Spannung für den Antrieb des Kontaktmotors verwendet werden, sobald der Polradwinkel konstant bleibt (gleichbleibende Last bzw. Leerlauf). Ist entsprechend der vorher genannten Anordnung der Synchronmotor am Meßkontakt — als Regelfall — einpolpaarig, der Generator jedoch mehrpolpaarig, so kann der Winkel der Phasenlage bestimmt werden, wenn der Motor sich auf die entsprechenden subharmonischen Drehzahlen synchronisieren läßt.

Entsprechend dem magnetischen und elektrischen Aufbau von Synchronmotor für den Meßkontakt und zugehörigem Generator lassen sich im allgemeinen die Phasenbeziehungen zwischen den Stellungen des Meßkontaktes und den Stellungen der zu untersuchenden Maschine herleiten; wo dies auf Schwierigkeiten stößt, können die fehlenden Phasenbeziehungen mittels stroboskopischen Anleuchtens des Prüflings gewonnen werden, wobei das Stroboskop über den Meßkontakt synchronisiert wird.

Claims (5)

1. Patentansprüche:

   I. Verfahren zur Messung der Amplitude und Phasenlage von mechanischen Schwingungen bzw. Erschütterungen, dadurch gekennzeichnet, daß der schwingende Körper unmittelbar einen nach Kontaktzeit und Winkellage der Schaltpunkte einstellbaren Meßkontakt antreibt und daß der Meßkontakt über ein in bekannter Weise geschaltetes Gleichstromdrehspulinstrument auf den Ausschlagswert »Null« des Anzeigeinstrumentes eingestellt wird und so einen Meßbezugspunkt für die zu untersuchende Schwingung bildet.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßkontakt nicht direkt von dem zu prüfenden Schwingungsgeber, sondem über eine Kupplung, vorwiegend eine »elektrische Welle«, bestehend etwa aus Synchrongenerator/Synchronmotor, gekuppelt und angetrieben wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb des Synchronmotors die Spannung verwendet wird, welche eine mit dem Prüfling betriebsmäßig gekuppelte Synchronmaschine oder die den Prüfling selbst darstellende Synchronmaschine abgibt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 und .3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung eines einpolpaarigen Motors, jedoch mehrpolpaarigen Generators der Synchronmotor auf subharmonische Drehzahlen synchronisiert wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Feststellung bzw. Überprüfung der Phasenzuordnung zwischen Meßkontakt und Prüfling ein vom Meßkontakt gesteuertes Stroboskop verwendet wird.