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Mit Trägerfrequenzmodulation arbeitender elektrischer Drehs chwingungsmesser
Elektrische Drehschwingungsmesser sind bekannt, bei denen der elektrische Meßimpuls
durch einen schleifringlosen Übertrager auf das Verstärke- und Anzeigegerät übertragen
wird. Bei den bekannten Drehschwingungsmessern werden in der Regel die Geschwindigkeiten
gemessen. Die Anwendung schleifringloser Übertrager stößt jedoch bei mit Trägerfrequenzmodulation
arbeitenden Meßgeräten, bei denen die Größe der Amplituden als Weg gemessen wird,
auf Schwierigkeiten, weil diese mit einer Induktivitätsänderung des Gebers arbeiten,
auch die Wfrkung des schleifringlosen Übertragers auf Induktion beruht und an diesem
selbst eine Streuinduktion auftritt.
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Die Erfindung geht nun von dem Gedanken aus, daß schleifringlose Übertrager
auch an mit Trägerfrequenzmodulation arbeitenden Meßgeräten sich anwenden lassen,
wenn es durch eine besondere Bauweise gelingt, die Streuinduktion der schleifringlosen
Übertragung klein zu halten.
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Dies kann durch eine entsprechend kleine Bemessung des Übertragers
und durch eine entsprechende Abschirmung der Übertragerspulen und deren Joche geschehen,
wobei gleichzeitig dafür Sorge zu tragen ist, daß bei lagerbedingten axialen Relativbewegungen
der Ubeftragerspulen der Eraftlinienfluß nicht beeinträchtigt wird.
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Dementsprechend bezieht sich die Erfindung auf einen mit Trägerfrequenzmodulation
arbeitenden Drehschwingungsmesser, und die Erfindung besteht darin, daß dessen an
der zu prüfenden Anlage zu befestigender Geber mit der Meßbrücke des zugehörigen
Verstärke- und Anzeigegerätes durch einen schleifringlosen Übertrager gekoppelt
ist, dessen in an sich bekannter Weise konzentrisch übereinander angeordnete Spulen
in geschlitzten oder lamellierten Ringjochen von U-förmigem Querschnitt liegen,
deren offene Seiten einander zugekehrt und deren jeweils einander gegenüberliegende
Schenkel derart breit sind, daß bei einer axialen Bewegung der Spulen der Kraftlinienfluß
von einem zum anderen Joch gleichbleibt und die Spulenjoche gleichzeitig nach außen
elektrisch abgeschirmt und die Abschirmungen von den Jochen durch nicht stromleitende
Zwischenlagen elektrisch voneinander isoliert sind.
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Nach der Erfindung ist der schleifringlose Übertrager, dessen Welle
gleichzeitig als Tragglied für vorzusehende Auswuchtscheiben dienen kann, in einem
Gehäuse untergebracht, in welchem im Bereich eines auf der Schwingungsmesserwelle
festsitzenden Magnetkernes ein mit Wicklungen für einen Drehzahlimpulsgeber versehenes
lamelliertes und innere Ausnehmungen aufweisendes Joch angeordnet ist. Außerdem
ist in dem Gehäuse ein auf die träge Masse einwirkender Eichwinkelanschlag vorgesehen.
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In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.
Es zeigt Fig. 1. das elektrische Schaltschema eines mit Trägerfrequenzmodulation
arbeitenden Meß- und Anzeigegerätes,
Fig. 2 einen Meßgeber mit chleifringloser Übertragung,
im Längsschnitt nach der Linie II-II von Fig. 3, Fig. 3 eine Stirnansicht auf den
Meßgeber, bei abgenommenem Anschlußstück, Fig. 4 einen Querschnitt nach der Linie
IV-IV von Fig. 2, Fig. 5 ein Umdrehungsmarkendiagramm.
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Das Schaltschema nach Fig. 1 zeigt eine Schaltbrücke B üblicher Bauart
mit einer Geberspule 1 im Meßzweig und einem oder zwei verstellbaren Widerständen
w1 und w2 im Eichzweig der Brücke B. Die Brücke wird durch einen Wechselstromgenerator
l mit Trägerfrequenz versorgt.
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Hinter der Brücke B liegt ein Verstärker V, dahinter ein phasenempfindlicher
Gleichrichter G und gegebenenfalls eine Siebkette S, deren Ausgang zu einer Anzeige
A (Drehspulinstrument oder Oszillograph) führt. In die Geberspule 1 (Fig. 3) taucht
in üblicher Weise ein gekrümmter Kern 3, 4 ein, der zur Hälfte aus einem magnetisierbaren
Werkstoff, z. B. aus Weicheisen, und zum Teil aus einem nicht magnetisierbaren Werkstoff,
z. B. aus Messing, besteht.
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Gemäß der Erfindung ist die Geberspule 1 durch einen schleifringlosen
Übertrager an die Brücke B angeschlossen.
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Der Übertrager besteht aus der nachstehend mit » Geberanschlußspule«
bezeichneten Spule 1 a und der mit Brückenanschlußspule« bezeichneten Spule ib.
Es weist der Übertrager einen stirnseitigen Schraubanschlußteil 6 auf, mit dem er
an der zu prüfenden Anlage, z. an der Welle eines Motors, befestigt werden kann.
An den Schraubteil 6 schließt sich ein zweiteiliges Gehäuse 7, 8 an, das den erwähnten
Geber einschließt. Die Geberspule 1 ist an einem der Gehäuseteile, z. B. am Teil
8, befestigt.
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Der Tauchkern 3, 4 wird von der trägen Masse 9 eines unter der Wirkung
einer fliehkraftfreien Feder 10 stehenden Schwingungssystems gehalten. Dieses sitzt
z. B. mittels Wälzlager 11 möglichst reibungsarm, aber im übrigen unabhängig auf
einer Welle 12 im Gehäuseteil 8
fest. Auf der Welle 12 ist die Geberanschlußspule
la befestigt. Dieser liegt die Brückenanschlußspule 1 b gegenüber. Letztere sitzt
in einem feststehenden Gehäuse, dessen beide Teile 13 und 13a ebenfalls durch eine
Verschraubung 14 zusammengehalten werden. Die ganze Anordnung liegt noch unter einer
Schutzglocke 15 mit einer z. B. zentralen Kabelzuführungsöffnung 16. Zwischen den
die Spulen 1 a, 1 b einschließenden Teilen 13, 13a und der Welle 12 sind ebenfalls
zwei Wälzlager 17 und 18 angeordnet. Um die Spulenj oche 19 herum ist jeweils eine
besondere Abschirmung 20 gelegt, die durch Einlagen 21 aus Isoliermaterial vom zugehörigen
Joch 19 elektrisch isoliert ist. In die Joche 19 sind die zugehörigen Spulen 1 a
und 1 b eingebettet. Der Luftspalt 22 zwischen den Spulen soll möglichst klein sein.
Er muß jedoch auch immer noch so groß sein, daß ein geringes, durch nicht vermeidbares
Lagerspiel verursachtes Schlagen der Geberanschlußspule la praktisch auf den Meßwert
keinen Einfluß hat. Außerdem sind die Schenkel eines der Joche, z. B. am Joch für
die Geberanschlußspule 1 a, etwas breiter als die Schenkel des anderen, also z.
B. am Joch für die Brückenanschlußspule 1 b. Der Breitenunterschied soll mindestens
so groß sein, daß der Kraftlinienfluß von einem Joch auf das gegenüberliegende auch
bei einer geringen, durch das Lagerspiel bedingten Axialbewegung der Welle 12 gleichbleibt.
Die Kabelzuführung erfolgt, wie bereits erwähnt, durch die Öffnung 16 der Gehäuseglocke
15. Es kann die Durchführungsöffnung durch einen Elastikring 23 mit einem zugehörigen
Schraubteil 24 flüssigkeits- und gasdicht abgeschlossen werden. Zum Auswuchten der
umlaufenden Teile können an diesen besondere Auswuchtringe vorgesehen werden.
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Um auch für die bei den Meßaufzeichnungen des Gerätes gewünschten
Drehzahlmarken einen Schleifring für den Drehzahlgeber zu vermeiden, ist in die
äußere Stirnseite des Gehäuseteiles 13 a ein lamelliertes Joch 33 (Fig. 2 und 4)
eingelassen, das mit zwei auf einem gleichen Durchmesser einander gegenüberliegenden
Ausnehmungen versehen ist, die von einem inneren Spalt 26 in eine langrunde Form
26a (Fig. 4) übergehen. In letztere sind zwei geschlossene Spulen 25 eingelegt und
gegen die flachen Stirnflächen des Joches 33 zu umgebogen. Innerhalb dieses Joches
33 sitzt auf der Welle 12 ein Magnetanker 27 fest. Sobald dieser den Kraftlinienfluß
der Ausnehmungen 26 schneidet, erzeugt dieser jeweils einen Stromimpuls, der z.
B. als Spitze 28 an der Anzeige sichtbar wird, wie die Fig. 5 zeigt. Der Abstand
a der jeweils oberen bzw. unteren Spitzen entspricht einer Umdrehung der Welle 12.
Im übrigen ist die Wirkung des beschriebenen Gebers an sich bekannt. Sobald die
Eintauchtiefe des Kernes 3, 4 sich ändert, ändert sich auch die Induktivität der
Spule 1 oder bei der Verwendung von Tauchkondensatoren deren Kapazität. Diese Änderung
wird durch das Gerät nach Fig. 1 unmittelbar als Weg durch den Oszillographen A
zusammen mit den Umdrehungsmarken 28 aufgezeichnet. Die Übertragung des Geberimpulses
auf die Brücke B erfolgt durch die Induktion an den Spulen 1a, 1 b.
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Bei einer erstmaligen Inbetriebnahme muß das Gerät unmittelbar in
Winkelgeraden geeicht werden. Zu diesem Zweck verschwenkt man die träge Masse 9
um einen bestimmten Winkel gegenüber dem sie umgebenden Gehäuse und verändert damit
auch die Eintauchtiefe des Kernes 3, 4 gegenüber der Spule 1. Dies hat am Oszillographen
einen Ausschlag zur Folge, den man als Eichgröße auswertet. Um die gleiche Einstellung
wiederzufinden, merkt man sich dazu eine bestimmte Brückenverstimmung, die den gleichen
Ausschlag liefert. Es kann dann bei einer Wiederinbetriebnahme des Gerätes die bei
der
Eichung vorhandene Verstärkung ohne neue Eichung allein dadurch gefunden werden,
daß zu der bei der Eichung ermittelten Brückenverstimmung der zugehörige Ausschlag
eingestellt wird.
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Um aber trotzdem eine unmittelbare Kontrolle der Eichkurve zu haben,
ist in die träge Masse eine Schraube 29 (Fig. 3) eingeschraubt, die bei der durchzuführenden
Kontroll- oder Nacheichung soweit radial nach außen verstellt wird, daß sie in einen
Schlitz 30 des Gehäuses 7, 8 hineinragt. Die Länge des Schlitzes30 ist in Umfangrichtung
des Gehäuses 7, 8 derart zu messen, daß ein bestimmter Winkelausschlag der trägen
Masse im Gehäuse 7, 8 möglich ist, der dem Eichwinkel entspricht.
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Ist eine besonders lange, gerade Geberkennlinie erwünscht, dann kann
auch in an sich bekannter Weise ein Geber mit einer Doppelspule versehen werden,
in welche von außen her je ein von der trägen Masse gehaltener magnetisierbarer
Kernabschnitt, z. B. aus Weicheisen, eintaucht. Die beiden Kernabschnitte liegen
dann durch einen nicht magnetisierbaren mittleren Kernabschnitt, z. B. aus Messing,
voneinander getrennt. In Fig. 1 ist die zweite Geberspule 2 strichpunktiert angedeutet.
Die zugehörige Geberanschlußspule 2a und Brückenanschlußspule 2 b werden dann in
der Vorrichtung nach Fig. 2 neben den Spulen 1 a, 1 b auf der Welle 12 angeordnet.
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Da außerdem die Größe der Relativbewegungen zwischen der trägen Masse
9 und dem sie einschließenden Gehäuse 7, 8 weit oberhalb von deren Eigenfrequenz
ein Maß für die an der zu suchenden Anlage vorhandenen Drehschwingungsamplitude
abgibt, können die auftretenden Änderungen zum Bestimmen von Frequenz und Amplitude
der Anlage in dem genannten Frequenzbereich verwendet werden. Das Meßgerät ist also
möglichst tief abzustimmen. Zu diesem Zweck ist eine Dämpfung, z. B. in vorliegendem
Fall ein Reibungsdämpfer vorgesehen, und zwar sind beim Ausführungsbeispiel zwei
auf der trägen Masse 9 aufliegende Federzungen 31 (Fig. 3) angeordnet. Bei einer
Dämpfung von D = 12 ff kann schon etwa von der Resonanzfrequenz ab richtig gemessen
werden.
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PATENTANSPRVCHE: 1. Mit Trägerfrequenzmodulation arbeitender elektrischer
Drehschwingungsmesser, dadurch gekennzeichnet, daß dessen an der zu prüfenden Anlage
zu befestigender Geber mit der Meßbrücke (B) des zugehörigen Verstärke- und Anzeigegerätes
(V, G, S, A) durch einen schleifringlosen Übertrager (la, lb bzw.
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2a, 2b) gekoppelt ist, dessen in an sich bekannter Weise konzentrisch
übereinander angeordnete Spulen in geschlitzten oder lamellierten Ringjochen (19)
von U-förmigem Querschnitt liegen, deren offene Seiten einander zugekehrt und deren
jeweils einander gegenüberliegende Schenkel derart breit sind, daß bei einer lagerbedingten
Axialbewegung der Spulen der Kraftlinienfluß von einem zum anderen Joch gleichbleibt
und die Spulenj oche (19) gleichzeitig nach außen elektrisch abgeschirmt und die
Abschirmungen von den Jochen (19) durch nicht stromleitende Zwischenlagen (21) elektrisch
voneinander isoliert sind.