DE2332110B2 - Berührungsfreies MeBsystem zur Leistungsmessung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein berührungsfreies Meßsystem zur fortlaufenden Messung der Ausgangsleistung einer drehbar angetriebenen Welle mit Einrichtungen zur Erzeugung eines analogen Signals, das dem Drehmoment der angetriebenen Welle proportional ist, sowie einer Multiplizierschaltung, deren Ausgangssignal, gebildet aus Drehmoment und Geschwindigkeit, der Leistung proportional ist, wobei nahe der angetriebenen Welle ein Meßfühler stationär angeordnet ist.

Die Messung der momentanen Leistung ist für viele Anwendungszwecke von Bedeutung, insbesondere bei Schiffs- und Flugzeugantrieben. In den genannten Fällen werden zur Zeit Drehmomentmesser verwendet, bei denen es der Bedienungsperson überlassen ist, die Wellenleistung zu bestimmen, indem die Meßwerte bezüglich des Drehmoments und der Geschwindigkeit ausgewertet werden. Es sind auch bereits berührungsfreie Drehzahlmesser bekannt, bei denen das Drehmoment durch zwei phasenabhängige Wechselstromsignale gemessen wird, wobei die Phasenverschiebung zwischen diesen Signalen die Torsion der Welle und somit das Drehmoment angibt

Eine Anzahl dieser Meßsysteme geht aus den US-Patenten 35 48 649 und 35 38 762 hervor.

Bei diesen bekannten Meßsystemen wird als Grundlage für die Messung eine Vergleichsanordnung verwendet, die ein gezahntes Rad aufweist, das im folgenden als gezahntes Vergleichsrad bezeichnet ist, welches auf einer Manschette befestigt ist, die ihrerseits mit der Welle verbunden ist die gemessen werden soll. Ein weiteres auf ein Drehmoment ansprechendes gezahntes Rad ist mit der Welle in einem bestimmten Abstand zum Vergleichsrad befestigt und, da die Welle aufgrund des Drehmoments einer Torsion unterworfen ist uni srliegt das gezahnte Vergleichsrad in bezug auf das gezahnte Rad, welches auf das Drehmoment anspricht einer Drehbewegung, die mit Hilfe eines Meßfühlerpaares als Phasenverschiebung gemessen werden kann, welche mit einer geeigneten Schaltung als Drehmoment darstellbar isr. Die aufgeführten US-Patente zeigen weitere Abwandlungen zur Kompensation einer Fehlausrichtung zwischen Welle und Meßfühler und zur Erhöhung der Genauigkeit jedoch sind die Grundlagen zur Messung des Drehmoments die gleichen.

Bei Antriebssystemen für Schiffe und Flugzeuge ist die Geschwindigkeitsmessung eine t ^kannte Maßnahme, so daß ein Geschwindigkeitssignal jederzeit zur Verfügung steht und in einem System zur Messung der Leistung verarbeitet v/erden kann. Durch Multiplikation des Drehmoments mit der Wellendrehzahl kann eine Anzeige der Leistung erzielt werden.

Den bekannten Meßsystemen liegen Beriihrungsverfahren zugrunde, wie beispielsweise elektrische oder mechanische Bremsen, für die eine umfangreiche und teure Ausrüstung erforderlich ist, ohne daß der Vorteil erzielt wird, unter tatsächlichen Betriebsbedingungen messen zu können. Die Leistung wird daher in der Praxis durch Aufzeichnung gewisser Betriebszustände ermittelt, wie beispielsweise der Brennstoffverbrauch, die Geschwindigkeit usw., wobei nicht die Verluste berücksichtigt werden, die dann auftreten, wenn der Antrieb aufgrund seines Alters im Wirkungsgrad schlechter wird.

Ein berührungsfreies Meßsystem zur fortlaufenden Messung der Ausgangsleistung einer drehbar angetriebenen Welle geht ferner aus der Zeitschrift »ELECTRONIC« 1969, Heft 10, Seiten 301 bis 303 hervor, wobei eine schleifringlose Meßnabe in Verbindung mit einem Trägerfrequenz-Meßverstärker verwendet wird, der eine dem Drehmoment proportionale Gleichspannung liefert. Als Meßsysteme werden jedoch lediglich Pendelmaschinen mit Kraftmeßdosen aufgeführt

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein genau arbeitendes Meßsystem zur Bestimmung der momentanen Ausgangsleistung eines Antriebs unter tatsächlichen Betriebsbedingungen während des Betriebes anzugeben, welches berührungsfrei arbeitet kompakt ausgebildet ist und rotierende Meßeinrichtungen zur Messung bei geringen Drehzahlen aufweist so daß es bei Drehmomentsystemen verwendet werden kann, die eine Kompensationseinrichtung für Fluchtungsfehler zwischen Welle und Meßfühler aufweisen.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß bei einem berührungsfreien Meßsystem der eingangs

w> aufgeführten Art auf der Welle und mit dieser fest verbunden, zur Signalimpulserzeugung gezahnte oder gelochte Radelemente befestigt sind, in deren Radebene auf einer motorisch angetriebenen Welle, die zu der zuvor genannten Welle achsparallel verläuft gezahnte

η -> oder gelochte Erregerräder derart angeordnet sind, daß die in einer Ebene befindlichen Räder mit Hilfe weiterer Meßfühler zur Signalimpulserzeugung zusammenwirken, wobei eine Signalaufbereitungsschaltung, die ein

analoges Signal erzeugt, welches der Wellengeschwindigkeit proportional ist, mit den Meßfühlern gekoppelt ist und auf deren Ausgangssignale anspricht und ferner, daß die Multiplizierschaltung mit einer Eingangsklemme mit der Ausgangsklemme der Signalaufbereitungsschaltung und mit der anderen Eingangsklemme mit der Eingangsklemme der Einrichtung verbunden ist, die das analoge Drehmomentsignal erzeugt.

Insbesondere die Verwendung einer motorisch angetriebenen Welle mit gezahnten oder gelochten Erregerrädern, welche derart angeordnet sind, daß sie mit den auf der zu messenden Welle angeordneten Radelemente jeweils in einer Ebene liegen, erlaubt es, auch bei einer äußerst geringen Drehzahl der zu messenden Welle, eine hohe Meßgenauigkeit einzuhalten. Damit wird es auch möglich, das durch die Leistungswelle übertragene Drehmoment sogar über eine Null-Geschwindigkeit zu messen. Diese Möglichkeit, die Leistung in den niederen Drehzahlbereichen genau zu messen, ist bei den bisher bekannten Einrichtungen nicht gegeben.

In Weiterbildung der Erfindung sprechen die Meßfühler auf einen Magnetfluß an, wobei die den Meßfühlern jeweils zugeordneten gezahnten Radelemente die Magnetflußdichte in den Luftspalten in der Nähe dieser Meßfühler variieren.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung, in der einige Ausführungsbeispiele dargestellt sind, näher erläutert Hierbei zeigt

Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit einem verkürzten magnetischen Weg im Vergleich zu bisher bekannten Systemen,

F i g. 2 ein Ausführungsbeispiel, bei dem anstelle von magnetischen Meßeinrichtungen Lichtzellen verwendet werden,

Fig.3 die Anwendung der Erfindung auf ein Drehmomentmeßsystem, welches auf der Basis der Phasenverschiebung arbeitet und mit einer dreirädrigen Stellungskompensation ausgerüstet ist,

Fig.4 eine Schaltung, mit deren Hilfe die Leistungsanzeige von einem zweirädrigen Drehmomentmeßsystem gemäß F i g. 1 erfolgen kann und

F i g. 5 eine Schaltung zur Ableitung der Leistungsanzeige aus einem dreirädrigen stellungskompensierten Phasenmeßsystem nach F i g. 3.

In Fig. 1 fct eine Welle 10 dargestellt, auf der eine Vergleichsanordnung 11 befestigt ist, die aus einer Hülse 12 besteht, welche mit dem Ring 13 starr befestigt ist und der seinerseits mit der Welle 10 stabil befestigt ist, so daß die Hülse 12 von der Welle 10 beabstandet ist, jedoch mit ihr und mit dem gezahnten Vergleichsrad 14 rotiert, welches an dem gegenüberliegenden Ende der Hülse 12 stabil befestigt ist, wie aus der Figur zu entnehmen ist. Das auf ein Drehmoment ansprechende gezahnte Rad Ϊ5 ist mit der Welle 10 starr verbunden, so daß es sich auch mit ihr dreht. Sowohl das gezahnte Vergleichsrad 14 als auch das gezahnte und auf ein Drehmoment ansprechende Rad 15 weisen axiale Aussparungen 16 unterhalb der gezahnten Flächen auf, so daß sich eine dünne Felge 14' bzw. 15' ergibt, derart, daß unterhalb der Zähne ein freier Raum für die Meßfühlerkopfanordnung vorhanden ist, die im folgenden beschrieben wird. In der Ebene des gezahnten Vergleichsrades 14 ist ein gezahntes Erregerrad 17 derart angeordnet, daß die Zähne sehr dicht aneinander vorbeilaufen und einen Luftspalt 24 bilden. In der Ebene des gezahnten und auf ein Prehmoment ansprechendes Rades 15 ist ein gezahntes Erregerrad 18 angeordnet, so daß die Zähne ebenfalls dicht aneinander vorbeilaufen. Beide gezahnten Erregerräder 17 und 18 sind auf der gleichen Welle 19 befestigt und werden durch den Motor 20 gemeinsam mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben. Beide gezahnten Erregerräder 17 und 18 weisen axiale Aussparungen 21 auf, aus Gründen, die im folgenden beschrieben werden.

Innerhalb der axialen Aussparung 21 des Erregerrades 18 ist der Meßfühlerschuh 22 des auf ein

ίο Drehmoment ansprechenden Meßfühlers 23 angeordnet, und zwar der inneren zylindrischen Fläche 25 zugekehrt, der über den Luftspalt 24 mit einem ähnlich ausgebildeten Meßfühlerschuh 26 magnetisch verbunden ist und welcher innerhalb der axialen Aussparung 16 des gezahnten "nd auf ein Drehmoment ansprechenden Rades und ur inneren zylindrischen Fläche 27 zugekehrt ,,efestigt ist Der Magnetkern 28 verbindet den Meßfühlerschuh 22 mit dem Meßfühlerschuh 26 und weist zwei Endstücke 29 und 30 aus Magnetstahl auf, welche durch den Magneten 31 miteinander verbunden sind, der für den ruhenden Magnetfluß >m magnetischen Kreis sorgt Um das Kernteil 30 ist die Meßfühlerspule 32 gewickelt, welche die Änderungen des Magnetflusses mißt, wenn der Luftspalt 24 sich ändert, weil die Zähne des gezahnten und auf ein Drehmoment ansprechenden Rades 15 und des gezahnten Erregerrades 16 den Luftspalt passieren, in ähnlicher Weise ist die Meßfühleranordnung 33 befestigt, um die Flußänderungen im Luftspalt zwischen dem gezahnten Erregerrad 17 und dem gezahnten Vergleichsrad 14 zu messen.

Wie ohne weiteres ersichtlich ist, kann die soweit beschriebene Konstruktion verwendet werden, um das durch die Leistungswelle übertragene Drehmoment sogar bei einer Null-Geschwindigkeit zu messen.

Ϊ5 Um die Leistung messen zu können, ist ein dritter Meßfühler vorgesehen, mit dem die absolute Geschwindigkeit der Welle 10 gemessen wird. Nahe dem gezahnten Vergleichsrad 14 ist die stationäre magnetische Meßfühleranordnung 34 befestigt, welche dazu dient, die Drehgeschwindigkeit des gezahnten Vergleictrrades 14 zu messen. Auf diese Weise werden die Werte des Drehmoments und der Geschwindigkeit bestimmt, aus denen die momentane Leistung abgeleitet werden kann, wie im folgenden gezeigt wird.

In F i g. 2 wird als Ausführungsbeispiel eh.e Konstruktion beschrieben, weiche die gleichen Funktionen wie das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ausübt, bei der jedoch Lichtmeßelemente verwendet werden. Auf der Welle 10 ist eine Vergleichsanordnung 11 befestigt, die

ίο eine Hülse 12 aufweist, weiche an einem Ende mit der Welle 10 befestigt ist und an deren anderem Ende das Vergleichs rad 14' befestigt ist.

Das Vergleichsrad 14' weist in seiner Felge gleichmäßig voneinander entfernte Schlitze 35 auf, durch die Licht gelangen kann. In einer der Konstruktion nach F i g. 1 ähnlichen Weise ist das auf ein Drehmoment ansprechende Rad 15' von dem Bezugsrad 14' entfernt angeordnet und ist auf der Welle 10 befestigt, so daß dann wenn sich die Welle 10 wegen des

wi Drehmoments verdreht, das Drehmomentrad 15' in bezug auf das Vergleichsrad 14' eine Rotationsbewegung ausübt. Das Drehmomentrad 15' weist ebenfalls in seiner Felge voneinander gleichmäßig entfernte Schlitze 35 auf, durch die Licht gelangen kann. Nahe dem

ι-1 Vergleichsrad 14' und ii; seiner Ebene ist das Erregerrad 17' mit seinen in der Felge befindlichen, gleichmäßig voneinander entfernt liegenden Schlitzen 35 angeordnet, und in ähnlicher Weise liegt das Erregerrad 18' mit

seinen gleichmäßig voneinander entfernt liegenden Schlitzen 35 in der Ebene des Drehmomentrades 15'. wobei beide Erregerräder 17' und 18' auf der gleichen Welle 19 befestigt sind, so daß sie durch den Motor 20 gemeinsam mit gleicher Geschwindigkeit angetrieben werden.

Innerhalb der axialen Aussparung 21 des Erregerrades 18' ist der Lichtmeßfühler 36 befestigt und innerhalb der axialen Aussparung befindet sich die Lichtquelle 37. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, kann das Licht den Lichtmeßfühler 36 erreichen, wenn ein Schlitz im Drehmomentrad 15' mit einem Schlitz im Erregerrad 18' zusammenfällt.

Eine ähnliche, jedoch nicht näher dargestellte Lichtquelle befindet sich innerhalb der axialen Aussparung des Vergleichsrades 14'. und ein mit dieser zusammenarbeitender L.ichtmeßfühler, welcher ebenfalls nicht dargestellt ist, befiiiuet sich in ähnlicher Weise iniiti iidiu der axialen Aussparung des Erregerrades i7 .

Innerhalb der axialen Aussparung 16' des Vergleichsrades 14' ist eine zweite Lichtquelle 37' angeordnet und in der Nähe dazu, jedoch außerhalb der äußeren Felge des Vergleichsrades 14' und auf dem gleichen Radius wie die zweite Lichtquelle 37' ist ein Lichtmeßfühler 38 angeordnet. Wenn die Schlitze 35 des Vergleichsrades 14' zwischen der zweiten Lichtquelle und dem damit zusammenarbeitenden Meßfühler vorbeigehen, dringt daher Licht durch die Schlitze und betätigt den Lichtmeßfühler 38, so daß der Lichtmeßfühler und der damit verbundene Schaltkreis in der Lage sind, die Geschwindigkeit des Vergleichsrades 14' zu messen.

Aus diesen zwei Beispielen wird ersichtlich, daß auch andere Ausführungsformen zur Messung des Drehmoments und der Geschwindigkeit verwendet werden können, wie z. B. Einrichtungen, die auf der Basis des Halleffekts arbeiten oder Wirbelstrommeßfühler, die beide in der Lage sind, den Ort der Zahnradzähne nach F i g. 1 genau zu bestimmen.

Bei der Anwendung des Meßsystems nach der vorliegenden Erfindung auf andere die Phase bestimmende Drehmomentmeßsysteme kann die Geschwindigkeit der sich drehenden Leistungswelle von den bereits vorhandenen Meßfühlern abgeleitet werden, und das Signal kann ausgewertet werden, um die Leistungswerte zu gewinnen.

F i g. 3 zeigt als Beispiel ein dreirädriges Drehmomentmeßsystem, welches auf der Basis der Phasenverschiebung arbeitet und mit Einrichtungen zur Kompensation der Fehlausrichtung der Welle ausgerüstet ist. Wie aus F i g. 3 ersichtlich ist, befindet sich auf der Welle 10 ein gezahntes Wjllenstellungsrad 106.

Die Vergleichsanordnung 11 ist, wie in Fig. 1, mit einer Manschette 12 mit der Welle 10 befestigt, und das gezahnte Vergleichsrad 14 ist auf der Manschette 12 befestigt Das gezahnte und auf ein Drehmoment ansprechende Rad 15 ist von dem gezahnten Vergleichsrad 14 genau so weit entfernt, wie das gezahnte Wellenstellungsrad 106 vom gezahnten Vergleichsrad 14. Nahe der drei gezahnten Räder ist die stationäre Meßfühlereinrichtung 107 angeordnet, welche drei magnetische oder andere Meßfühler 108, 109 und 110 aufweist, wobei der Meßfühler 110, welcher mit dem gezahnten Wellenstellungsrad zusammenarbeitet, dazu verwendet wird, die Fehlausrichtung zwischen Welle und Meßfühler zu kompensieren, jedoch kann er auch dazu verwendet werden, die absolute Geschwindigkeit zu messen, so daß er gleichzeitig zwei Funktionen erfüllt Eine Schaltung zur Aufbereitung der Signale

geht aus F i g. 5 hervor und zeigt deutlich die Funktion jedes der Signale.

Die in F i g. 1 dargestellten Erregerräder können in dem Dreiradsystem verwendet werden, jedoch muß in diesem Fall ein getrennter stationärer Meßfühler verwendet werden, um die Geschwindigkeit des gezahnten Wellenstellungsrades 108 zu messen oder der stationäre Meßfühler muß verwendet werden, um die Geschwindigkeit des zusammenwirkenden Erregerrades zu messen, und die Radgeschwindigkeiten müssen je nach Drehrichtung unter Verwendung einer geeigneten Schaltung addiert oder subtrahiert werden, um die wahre Wellengeschwindigkeit zu gewinnen. Im letzteren Fall kann die Leistung bei sehr geringen Wellendrehzahlen gemessen werden.

Die Leistung setzt sich aus dem Produkt von Drehzahl, Drehmoment und einer Konstanten zusammen, das mit Hilfe der folgenden Gleichung ausgedrückt weiueri Rann:

L= (K) ■ (Drehzahl/Min.) · (Drehmoment)

Aus diesen Gründen müssen die mit Hilfe der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen gewonnenen Signale aufgearbeitet werden, um Analogspannungen zu erzeugen, welche der Geschwindigkeit und dem Drehmoment proportional sind und müssen dann multipliziert werden, um die Leistung zu gewinnen, welche \yüann auf einem Skalengerät angezeigt oder digital dargestellt werden kann.

Ein Verfahren zur Umwandlung der Meßfühlersigna-Ie, die aus einer Anordnung gemäß Fig. 1 gewonnen werden, in Geschwindigkeits-, Drehmoment- und Leistungswerte ist in F i g. 4 dargestellt.

Wie aus dem linken Teil der Fig. 4 hervorgeht, ist eine Spule 32 eines Drehmomentmeßfühlers 32' ersichtlich, deren eines Ende mit dem Eingang 40 und deren anderes Ende mit dem weiteren Eingang 40' der Differentialvergleichsschaltung 39 verbunden ist. In ähnlicher Weise ist die Spule 41 der Vergieichsmeßfühleranordnung 33 mit der Differentialvergleichsschaltung 42 verbunden und die Spule 43 des stationären Geschwindigkeitsmeßfühlers 34 mit der Differentialvergleichsschaltung 44. Die Ausgangsklemme der Differentialvergleichsschaltung 39, der Punkt 45, ist mit der einen Platte des Kondensators 46 verbunden, während die andere Kondensatorplatte mit dem Punkt 47 in Verbindung steht von dem der geerdete Widerstand 48 ausgeht. Der Kondensator 46 und der Widerstand 48 bilden daher eine differenzierende /JC-Schaltung. Mit dem Punkt 47 ist ferner die Leitung 49 verbunden, weiche zur Kathode der Diode 50 führt Die Anodenseite der Diode 50 ist mit einem Eingang 51 einer Flip-Flop-Schaltung 52 verbunden, die aus den Transistoren Q_x und Qi besteht, wobei zwischen dem Kollektor von Qi und der Basis Qi sowie dem Kollektor von Q> und der Basis von Qi parallelliegende ÄC-Glieder liegen.

Die Ausgangsklemme der Differentialvergleichsschaltung 42, der Punkt 53, ist mit einer Platte des Kondensators 54 verbunden, während die andere Platte des Kondensators mit dem Punkt 55 in Verbindung steht, von dem der geerdete Widerstand 56 ausgeht Der Kondensator 54 und der Widerstand 56 bilden daher eine differenzierende ÄC-Schaltung. Mit dem Punkt 55 ist ferner die Leitung 57 verbunden, die zur Kathode der Diode 58 führt Die Anode der Diode 58 ist mit dem zweiten Eingang 59 der Flip-Flop-Schaltung 52 verbunden. Der Ausgang der Flip-Flop-Schaltung 52,

der vom Kollektor des Transistors Qi beim l'iinkt bi) abgenommen ist, ist über den Widerstand 61 nut einem integrierenden Kondensator 62 verbunden.

Die in der SptJe 32 induzierten Wechsdspannungen werden dem Eingang der Differentialverglcichsschaltung 39 zugeführt, die wegen ihres hohen Verstärkungsgrades an der Ausgangsklemme 45 eine Rechteckwelle

63 eviugt. Die Flanken der Rechteckwelle 63 befinden sich ar. der Stelle, an der die Meßfühlersignale den Null-Spannungspegel schneiden. Die Rechteckwellen 63 werden durch das WC-Glied, welches aus dem Kondensator 46 und dem Widerstand 48 besteht, differenziert, um scharfe positive und negative Spitzen

64 bzw. 65 zu erzeugen, welche den Null-Schnittpunkten der Meßfühlersignalc entsprechen. Die Diode 50 richtet das Signal gleich, so daß nur die negativen Spitzen 65 in den Eingang51 der Flip-Flop-Schaltung 52gelangen.

In ähnlicher Weise wird die in der Spule 41 des

Differentialvergleichsschaltung 42 zugeführt, an deren Ausgang eine Rechteckwelle 66 auftritt, die in positive und negative Spitzen 67 bzw. 68 differenziert wird. Nur die negativen Spitzen 68 werden von der Diode 58 zur zweiten Eingangsklemme 59 der Flip-Flop-Schaltung 52 durchgelassen. Die Flip-Flop-Schaltung 52 wird in einen Zustand durch eine negative Spitze angesteuert, welche von der Spule 32 erzeugt wird, und wird einen Bruchteil einer Sekunde später durch die negative Spitze angesteuert, die von der Spule 41 erzeugt wird. Die Impulsbreite 69 des Ausgangssignals der Flip-Flop-Scha'ung wird durch die Phasendifferenz zwischen dem gezahnten Drehmomentrad 15 und dem gezahnten Bezugsrad 14 festgelegt, während die Schwingungsbreite 70, d. h. die Signalwiederholfrequenz, durch den Abstand zwischen den Zähnen der gezahnten Räder und ihrer Rotationsgeschwindigkeit bestimmt wird. Das Tastverhältnis der Rechteckwelle, das vom Drehmoment abhängig ist, ist daher die Phasendifferenz 69 dividiert durch die Schwingungsdauer 70. Das Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung wird dem ÄC-Filter zugeführt, das den Widerstand 61 und den Kondensator 62 aufweist, welches eine analoge Spannung erzeugt, die dem Wellendrehmoment proportional isL

Wie aus dem unteren linken Teil der Fig.4 hervorgeht, ist die Ausgangsklemme der Differentialvergleichsschaltung 44, der Punkt 71, über den Kondensator 72 mit dem Knotenpunkt 74 verbunden, von dem der geerdete Widerstand 73 ausgeht. Der Kondensator 72 und der Widerstand 73 bilden ein differenzierendes /?C-Glied, das die Rechteckwelle 75 in scharfe Spitzen 76 differenziert. Dieses Signal wird sodann der Anodenklemme der Diode 77 zugeführt welche derart vorgespannt ist, daß nur die positiven Spitzen der Eingangskiemme 79 des monostabilen Multivibrators 78 zugeführt werdea Der Multivibrator 78 erzeugt eine Reihe von Impulsen mit konstanter Breite und konstanter Amplitude, die am Punkt 80 abgegriffen werden können, wobei die Frequenz der Geschwindigkeit der Welle 10 proportional ist Das Ausgangssignal wird sodann dem ÄC-Filter zugeleitet das aus dem Widerstand 81 und dem Kondensator 82 besteht Die Ausgangsrechteckwelle des monostabilen Multivibrators weist ein Tastverhältnis auf, das der Geschwindigkeit proportional ist so daß am Punkt 83 eine analoge Spannung erzeugt wird, die der Geschwindigkeit proportional ist.

Das analoge Drehmomentsignal wird sodann über die Leitung 84 einer Eingangsklemme 86 der Multiplizier-

·, schaltung 85 zugeführt, während das analoge Geschwindigkeitssignal über die Leitung 87 zur anderen Eingangsklemme 88 der Multiplizierschaltung 85 gelangt. Mit der Eingangskiemme 88 der Multiplizierschaltung 85 ist der Widerstand 89 verbunden, der zum

κι Potentiometer 90 in Reihe liegt, dessen andere Seite geerdet ist. Mit der Einstellung des Potentiometers 90 wird ein bestimmter konstanter Multiplizierfaktor eingestellt, so daß am Ausgang der Multiplizierschaltung 85 ein Spannungssignal auftritt, das der Leistung

ι j der Welle 10 proportional ist. Die Ausgangsklemmen 91 und 92 sind mit den Eingängen 93 und 94 des Verstärkers 95 verbunden, welcher eine Verstärkung vornimmt, jedoch das Leistungssignal nicht beeinflußt.

!^.IC ι iriZCigCCiririCiitürig -rw ινΰΠΠ au CiPiCi tuneful gelegenen Stelle angebracht sein, um eine direkte Anzeige entweder mit Hilfe einer direkten Verbindung oder einer telemetrischen Anordnung zu erzielen.

Das Leistungsmeßsystem kann bei anderen Phasenmeßsystemen Anwendung finden. Um dieses System bei

r, dem dreirädrigen Phasenmeßsystem nach Fig. 3 anwenden zu können, wird das Geschwindigkeitssignal vorzugsweise von dem Stellungsradmeßfühler abgegriffen, als von einem zweiten stationären Meßfühler 34, wie aus F i g. 1 hervorgeht.

in In Fig. 5 ist im linken Teil die Spule 43' wiedergegeben, die den Stellungsradmeßfühler 110 nach Fig.3 darstellt. Nach Filterung durch das differenzierende RC-Glied, welches den Kondensator 72 und den Widerstand 73 aufweist, wird das Signal der

υ Kathodenklemme 97 der Diode 98 zugeleitet, welche derart vorgespannt ist, daß nur die negativen Spitzen zur ersten Eingangsklemme 99 der Flip-Flop-Schaltung 100 gelangen können. Das am Punkt 55 erzeugte Vergleichssignal wird der Kathodenklemme 101 der Diode 102 zugeführt, welche derartig vorgespannt ist, daß nur die negativen Spitzen durchgelassen werden, welche sodann der zweiten Eingangsklemme 103 der Flip-Flop-Schaltung 100 zugeführt werden. Da die Phase des von dem gezahnten Stellungsrades 106 und

■»·-> des gezahnten Vergleichsrades 14 erzeugten Signals nur eine Funktion der Fehlausrichtung zwischen Welle und Meßfühler ist, ist die Taktfrequenz des Ausgangssignals am Punkt 104 eine Funktion dieser Fehlausrichtung. Die Theorie wird in dem bereits zuvor genannten US-Patent

5u 35 38 762 ausführlich beschrieben. Das Ausgangssignal der Flip-Flop-Schaltung 100, das am Ausgangspunkt 104 abgegriffen werden kann, wird über den Widerstand 105 zum Punkt 105' geführt und wird der analogen Drehmomentspannung addiert oder von dieser subtra hiert, so daß der Teil des Drehmomentsignals, welcher auf Grund einer Fehlausrichtung und nicht eines Drehmoments entsteht, korrigiert wird.

Der übrige Teil der in F i g. 5 dargestellten Schaltung arbeitet genauso wie derjenige, welcher im Zuscmmen hang mit F i g. 4 beschrieben wurde. Das Leistungssy stem nach der Erfindung kann auf irgendeines der Phasenmeßdrehmomentsysteme, weiche oben aufgeführt wurden, angewendet werden, indem die aus dieser Erfindung hervorgehenden Prinzipien Verwendung finden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Berührungsfreies Meßsystem zur fortlaufenden Messung der Ausgangsleistung einer drehbar angetriebenen Welle mit Einrichtungen zur Erzeugung eines analogen Signals, das dem Drehmoment der angetriebenen Welle proportional ist, sowie einer Multiplizierschaltung, deren Ausgangssignal, gebildet aus Drehmoment und Geschwindigkeit, der Leistung proportional ist, wobei nahe der angetriebenen Welle ein Meßfühler stationär angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Welle (10) und mit dieser fest verbunden, zur Signalimpulserzeugung gezahnte oder gelochte Radelemente (14, 15) befestigt sind, in deren Radebene auf einer motorisch angetriebenen Welle (19), die zur Welle (10) achsparallel verläuft, gezahnte oder gelochte Erregerräder (17,18) derart angeordnet sind, daß die in einer Ebene befindlichen Räder mit Hi/Se weiterer Meßfühler zur Signalimpulserzeugung zusammenwirken, wobei eine Signalaufbereitungsschaltung (44,72,73,77,78, 81,82), die ein analoges Signal erzeugt, welches der Wellengeschwindigkeit proportional ist, mit den Meßfühlern gekoppelt ist und auf deren Ausgangssignale anspricht und ferner, daß die Multiplizierschaltung (85) mit einer Eingangsklemme (88 bzw. 87) mit der Ausgangsklemme der Signalaufbereitungsschaltung und mit der anderen Eingangsklemme (86) mit der Eingangsklemme der Einrichtung verbunden ist, die das analoge Dre.imomentsignal erzeugt.

2. Meßsystem nach Anspruch ',, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfüh'?r auf einen Magnetfluß ansprechen, wobei die den Mc Ifühlern jeweils zugeordneten, gezahnten Radelemente (14, 15) die Magnetflußdichte in den Luftspalten in der Nähe dieser Meßfühler variieren.