DE871537C - Einschalt-Dynamometer fuer die Messung und Beobachtung des Drehmomentes in mechanischen Energieleitungen - Google Patents

Description

• Einschalt-Dynamometer für die Messung und Beobachtung des Drehmomentes in mechanischen Energieleitungen Bei den bekannten Drehkraftmessern nach dem Prinzip der Einschalt-(Transmissions-) Dynamometer werden als Anzeige- und Ableseeinrichtung optische Mittel angewandt. Es sind auch sonstige Einrichtungen für die Schtbarmachung oder Aufzeichnung der Meßgröße bekanntgeworden, wobei diese Einrichtungen aber meistens so geartet sind, daß durch ihre Anwendung das praktische Verwen,dungsgebiet des Einschalt-Dyniamometers in irgendeiner Weise erheblich eingeschränkt wird.
• Die Einschalt-Dynamometer, die mit optischen Mitteln arbeiten, weisen folgende Nachteile auf: 1. Das zu messende Drehmoment muß völlig gleichförmig sein, geringste Schwankungen verhindern die Ablesung; 2. die Drehzahl muß über einem bestimmten Mindestwert liegen, sonst entsteht nicht die vom Auge als zuslammenhängend xvahrgenommene Bildfolge; 3. der Einbau ist an zugängliche Orte gebunden, da die Meßgröße immer nur durch direkte Beobachtung verfolgt werden kann. Es gibt keine Möglichkeit der Fernübertragung oder der einfachen, sofort zur Hand befindlichen Registrierung; 4. es ist eine große Baulänge erforderlich, weil nur durch starke Meßfederverdrehung die mit dem Auge unterscheidbaren Bewegungen in der Beobachtungseinrichtung entstehen können.
• Die anderen bekannten Beobachtungs- und Meßeinrichtungen an den Einschalt-Dynamometern, welche sich der Hilfsmittel der Schwachstromtechnik bedienen (Schwachstromlwiderstände, Induktivitäten, Wapazitäten) haben die Nachteile der oben aufgezählten optischen Beobachtungseinrichtungen nicht, jedoch erwachsen ihnen die bekannten Schwierigkeiten, die mit der Überleitung der sehr schwachen Meßströme vom ruhenden Teil Ider Einrichtung in den bewegten verknüpft sind.
• Durch die Erfindung wird ein neuer Drehkraftmesser nach dem Prinzip der Einschalt-Dynamometer geschaffen, der sich dadurch grundlegend von den bekannten unterscheidet, daß eine Anzeigè---und Ableseeinrichtung auf elektromagnetischer Grundlage angewandt wird, die sich von bekannten derartigen Einrichtungen vor allem durch die Anwendung von Starkstrom unterscheidet. Außerdem hat man die Möglichkeit, daß mit seiner Hilfe mechanische Leistungen mit denselben -Instrumenten gemessen und registriert werden können, mit denen man elektrische Leistungen- mißt- und. registriert.
• Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke bei dem Einschalt-Dynamometer für die Messung und Beobachtung des Drehmomentes in mechanischen Energieleitungen besteht darin, daß- mit- de Enden der Meßfeder (Torsionsweile) als Beob -achtungs- und Meßeinrichtung unabhängig verdrehbare Starkstromwicklungen in Verbindung stehen, deren eine als Erregerwicklung angewandt ein Drehfeld erzeugt, während die andere von dem Drehfeld der ersten induziert wird, wobei die Spannzungen dieser Wicklungen, die im Betrieb nach Maßgabe der Meßfederverdrehungen ihre gegenseitige Lage ändern, außerhalb des Dynamometers so zusammengeschaltet sind, daß ihre Summe eine Spannung ergibt, die in einfacher Beziehung zu der Meßfederverdrehung und damit zu dem diese Verdrehung hervorrufenden Drehmoment steht. 'Dabéi gibt es zwei ausgezeichnete Ausgangs stellungen (Nullstellungen bei entspannter Meßfeder), und zwar eine, bei der die - Spannungen der Erregerwicklung und der induzierten Wicklung gleich groß und im entspannten Zustand der Meßfeder einander entgegengerichtet sind, während die andere Ausgangsstellung sich dadurch auszeichnet, daß die Spannungen der Erregerwicklung und derinduzierten Wicklung voneinander verschieden sind. und die Wicklungen im entspannten Zustand der Meßfeder räumlich so zueinander angeordnet sind, daß das Dreieck der Spannungen rechtwinklig ist.
• Wendet man ein Einschalt-Dynamometer nach dem gekennzeichneten Grundprinzip an, so kann mit seiner Hilfe eine Spannung erzeugt werden, die dem Drehmoment verhältig ist und mit Hilfe eines Drehzähldynamos eine Spannung, die der Drehzahl verhältig ist. Führt man beide Spannungen bzw. ihnen verhältige Ströme über einen elektrischen Leistungsmesser (Wattmeter), dertbekanntlich ihr Produkt mißt, so hat man eine Möglichkeit, mechanische Leistung in gleicher Art wie elektrische zu messen.
• In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand schematisch in einem Ausführungsbeispiel dargestellt, und zwar veranschaulicht Abb. 1 einen Längsschnitt des Einschalt-Dynamometers mit dem beispielsweisen -S chaftschema, Abb. 2 ein Schaubild über das Zustandekommen -der Meßspannung e bei Gleichheit von induzierter Spannung E2 und Erregerspannung E1; Abb. 3 zeigt das entsprechende Schaubild bei Verschiedenheit von induzierter Spannung E2 und Erregerspannung E1.
• In Abb. 1 wird die Erregerwicklung 1 von Starkstrom gespeist, der imstande ist, ein Drehfeld zu erzeugen, ähnlich wie es bei den Wicklungen der Fall ist, die bei Drehstrommotoren zur Anwendung gelangen. Von Idem Drehfeld der Erregerwick-.1-ung' I wird die Wicklung 2 induziert. Beide Wick-- lungen sind in dem gewählten Beispiel in koaxialer Anordnung in Nuten eines durch einen Luftspalt 3 geteilten Blechpaketes wie bei Elektromotoren untergebracht. Der Blechpaketkörper 4a, der mit der Wicklung 2 versehen ist, steht in starrer Verbindung mit dem Ende 5 Ider Meßfeder, in dem gewählten Beispiel als Torsionswelle gezeichnet, wobei die in ihr induzierte Spannung über Schleifringe.6 abgenommen werden kann. Der Blechpaketkörper 4b mit der-Erregerwicklung I steht in fester Verbindung mit dem Ende 7 der Meßfeder, wobei der Erregerstrom durch die Schleifringe 8 unter Annahme einer in Stern geschalteten Drehstromwicklung mit herausgeführtem Sternpunkt zugeleitet wird. Durch geeignete Verbindungen g außerhalb des Dynamometers, beispielsweise zwischen den Schleifringen 6 und den Schleifringen 8 aufliegenden Bürsten I0, entsteht als Summe der Erregerspannung und der induzierten Spannung eine Spannung, die zu der Meßfederverdrehung und daher zu dem diese Verdrehung hervorrufenden Drehmoment in einer bei kleinen Verdrehungen nahezu linearen Beziehung steht, die also eine geeignete Meßgröße für dieses Drehmoment abgibt und mit einem Anzeigegerät 11 gemessen werden kann.
• In den Schaubildern Abb. 2 und 3 sind zwei ausgezeichnete Ausgangsstellungen (Nullstellungen bei entspannter Meßfeder) veranschaulicht, und zwar ergibt sich aus Abb. 2 bei Gleichheit von induzierter Spannung E2 und Erregerspannung E1 eine Justierung der gegenseitigen Lage der Wicklungen derart, - daß im entspannten Meßfederzustand deren elektrische Achsen räumlich zusammenfallen, aber einander entgegengerichtet sind. Hierbei folgt die zu messende Spannung e für kleine Winkel gj sehr angenähert einer Ursprungsgeraden.
• Aus dem: Schaubild nach- Abb. 3- ergibt sich bei Verschiedenheit von induzierter Spannung E2 und Erregerspannung E1 eine Justierung der gegenseitigen Lage der Wicklungen derart, daß im entspannten Meßfederzustand das Dreieck der Spannungen rechtwinklig wird. Hierbei folgt die zu messende Spannung e für kleine Winkel p@ auch sehr angenähert einer Geraden. Diese Gerade geht aber nicht mehr durch den Ursprung.
• Das Verhalten der Meßgröße nach dem Schaubild der Abb. 3 hat den Vorteil, daß man jederzeit auch bezüglich der Richtung des angezeigten Drehmomente klar sieht.
• Das nach dem Schaubild der Abb. 2 beschriebene Verhalten eröffnet die praktisch außerordentlich bedeutsame Möglichkeit, mechanische Leistungen mit denselben Instrumenten zu messen und zu registrieren, mit denen man elektrische Leistungen mißt und registriert. Zu diesem Zweck ist es notwendig, die dem Drehmoment verhältige Spannung, die das Einschalt-Dynamometer in diesem Fall ergibt, gleichzurichten und über einen konstanten Widerstand z. B. an die Stromspule eines Wattrneters zu legen, dessen Spannunigsspule an die Spannung eines elektrischen Drehzahlmessers (Drehzahldynamo) gelegt ist, der die Drehzahl der Energieleitung mißt, in welche das Einschalt-Dynamometer eingeschaltet ist.
• Bei den dargestellten Schaubildern. ist der Winkel q7 nur bei zweipoliger Ausführung der Wicklungen gleich dem Verdrehungswinkel der Meßfeder, bei 2 p-poliger Ausführung ist er das p-fache dieses Winkels. Man kann durch diesen Vorteil der elektrischen Übersetzung also viel kleinere Meßfederverdrehungen zugrunde legen und dadurch an Baulänge sparen, ohne dabei an Empfindlichkeit und Ablesegenauigkeit einzubüßen.

Claims (4)

1. PATENTANSPRÜCHE: I. Einschalt-Dynamometer für die Messung undBeobachtun!g des Drehmomentes in mechanischen Energieleitungen, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Enden (5, 7) der Meßfeder (Torsionswelle) als Beobachtungs- und Meßeinrichtung unabhängig verdrehbare Starkstromwicklungen (I, 2) in Verbindung stehen, deren eine als Erregerwicklung (I) angewandt ein Drehfeld erzeugt, während die andere (2) von dem Drehfeld der ersteren induziert wird, wobei die Spannnungen dieser Wicklungen, die nach Maßgabe der Meßfederverdrehungen ihre gegenseitige Lage ändern, außerhalb des Dynamometers so zusammengeschaltet sind, daß ihre Summe eine Spannung ergibt, die in einfacher Beziehung zu der Meßfederverdrehung und damit zu dem diese Verdrehung hervorrufenden Drehmoment steht.
2. 2. Einschalt-Dynamometer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen der Erregerwicklung (i) und der induzierten Wicklung (2) gleich groß und im entspannten Zustand der Meßfeder einander entgegengerichtet sind.
3. 3. Einschalt-Dynamometer nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungen der Erregerwicklung (i) und der induzierten Wicklung (2) voneinander verschieden sind und die Wicklungen im entspannten Zustand der Meßfeder räumlich so zueinander angeordnet sind, daß das Dreieck der Spannungen rechtwinklig ist.
4. 4. Anwendung eines Einschalt-Dvnamometers nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des Einschalt-Dynamometers eine Spannung erzeugt wird, die dem Drehmoment verhältig ist und mit Hilfe eines Drehzahl dynamos eine Spannung, die der Drehzahl verhältig ist, und daß beide Spannungen bzw. ihnen verhältige Ströme über einen elektrischen Leistungsmesser (Wattmeter) geführt werden.