DE1216572B

DE1216572B - Method and device for measuring the rotation of a shaft section during its rotation

Info

Publication number: DE1216572B
Application number: DEE24005A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Dr Werner Spillmann
Original assignee: Escher Wyss AG
Current assignee: Sulzer Escher Wyss AG
Priority date: 1962-02-08
Filing date: 1962-12-11
Publication date: 1966-05-12

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Verdrehung eines Wellenstückes während dessen Umlauf Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zur Messung der Verdrehung eines Wellenstückes während dessen Umlauf, bei welchem an jedem Ende des Wellenstückes der Durchlauf von am Umfang in gleichmäßigen Abständen aufeinanderfolgenden Stellen des Wellenstückes aufgenommen wird.Method and device for measuring the rotation of a shaft section during its circulation The invention is directed to a method as well as to a Device for measuring the rotation of a shaft section during its rotation, in which at each end of the shaft piece the passage of the circumference in uniform Intervals successive points of the shaft piece is added.

Zur Bestimmung der Leistungsaufnahme oder -abgabe einer rotierenden Maschine ist die Kenntnis des von ihr aufgenommenen bzw. abgegebenen Drehmomentes erforderlich. Ein Weg zur Bestimmung dieses Drehmomentes besteht darin, daß die Verdrehung eines bestimmten Stückes der die Leistung übertragenden, auf Torsion beanspruchten Welle gemessen und daraus das Drehmoment berechnet wird. Zur Messung der Verdrehung ist der Unterschied des Drehwinkels zwischen den beiden Endquerschnitten des zur Drehmomentenbestimmung benützten rotierenden Wellenstückes auf eine feststehende Meßeinrichtung zu übertragen. To determine the power consumption or output of a rotating Machine is the knowledge of the torque absorbed or output by it necessary. One way to determine this torque is that the Twisting of a certain piece of the power-transmitting, on torsion The stressed shaft is measured and the torque is calculated from this. For measurement the twist is the difference in the angle of rotation between the two end cross-sections of the rotating shaft piece used to determine the torque to a stationary one Transfer measuring device.

Es ist bekannt, die Zeitmessung zur Bestimmung des Verdrehungswinkels eines Wellenstückes heranzuziehen. Es wird hierbei der Zeitunterschied zwischen dem Durchlauf zweier Impulsgeber gemessen, welche am Anfang und Ende der Torsionsstrecke angeordnet sind und je einen Spannungsimpuls abgeben. It is known to measure the time to determine the angle of rotation to use a shaft piece. It will be the time difference between the passage of two pulse generators measured at the beginning and end of the torsion section are arranged and each emit a voltage pulse.

Diese Impulse werden in ihrer zeitlichen Folge so eingestellt, daß beide beim Drehmoment Null gleichzeitig erscheinen. Die Zeit wird durch Zählen einer Impulsfolge gemessen, welche entweder von einem von der Welle unabhängigen Geber herkommen oder durch die Drehung der Welle selbst erzeugt werden kann. Der Zähler ist jedoch nur kurzzeitig offen, um die Impulsfolge aufzunehmen. These pulses are set in their time sequence so that both appear simultaneously at zero torque. Time is counted by one Pulse train measured, which either from an encoder that is independent of the shaft come from or can be generated by the rotation of the shaft itself. The counter however, it is only open for a short time in order to receive the pulse train.

Nach einem anderen bekannten Verfahren werden die von den beiden Impulsgebern ausgehenden Impulse gezählt und das hierzu vorhandene Meßgerät gibt schließlich die Differenz der gezählten Impulse an, die ein Maß für die Verdrehung der Welle ist. Da man bisher die gleiche Anzahl von Impulsgebern gleichabständig an beiden Enden der Torsionsstrecke angeordnet hat, andererseits aber die Verdrehwinkel solcher Wellenstücke stets relativ klein sind, erfordem diese Verfahren, insbesondere wenn es sich um eine relativ rasch laufende Welle handelt, die Messung sehr kleiner Zeitunterschiede, was unter Umständen Schwierigkeiten bereiten kann. Another known method is that of the two Outgoing pulses are counted and the measuring device available for this purpose gives finally the difference between the counted pulses, which is a measure of the twist the wave is. Because so far you have the same number of pulse generators equally spaced arranged at both ends of the torsion path, but on the other hand the angle of rotation such shaft pieces are always relatively small, this method requires, in particular if it is a relatively fast-moving wave, the measurement is very smaller Time differences, which can cause difficulties under certain circumstances.

Die Erfindung vermeidet diesen Nachteil. Sie besteht im Unterschied zu den bisher bekannten Verfahren darin, daß an den beiden Enden des Wellenstückes der Durchlauf von Impulsgebern etwas verschiedenen Abstandes gegenüber dem Abstand am anderen Wellenende aufgenommen und die Zeit vom Durchlauf eines Impulsgebers des einen Endes bis zur ersten Koinzidenz des Durchlaufes von Impulsgebern der beiden Enden des Wellenstückes gemessen wird. Hiernach wird also die Zeit zwischen einem Maximum der einen und der ersten Koinzidenz der Maxima beider Impulsfolgen gemessen, wodurch die Messung über einen größeren Bereich als bisher und insbesondere bei rasch laufenden Wellen genauer erfolgen kann. The invention avoids this disadvantage. It is the difference to the previously known method in that at the two ends of the shaft piece the passage of pulse generators slightly different distance compared to the distance at the recorded at the other end of the shaft and the time from the passage of a pulse generator of the an end to the first coincidence of the cycle of pulse generators of the two Ends of the shaft piece is measured. According to this, the time between one Maximum of the one and the first coincidence of the maxima of both pulse trains measured, whereby the measurement over a larger area than before and in particular at fast running waves can be done more accurately.

Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, bei welcher jedes der beiden Enden des Wellenstückes mit einem System von auf einem Kreis angeordneten, mit dem entsprechenden Ende des Wellenstückes umlaufenden Impulsgebern versehen ist und ein von feststehenden Impuls empfängern gesteuertes Zeitmeßgerät vorhanden ist. Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsgeber der beiden Enden des Wellenstückes etwas verschiedenen Abstand gegenüber dem Abstand am anderen Wellenende haben und das Meßgerät die Zeit vom Durchlauf eines der Impulsgeber des einen Endes bis zur ersten Koinzidenz des Durchlaufes der Impulsgeber der beiden Enden des Wellenstückes mißt. Zweckmäßig unterscheidet sich die Zahl der Impulserzeuger des einen Systems von der Zahl der Impulserzeuger des anderen Systems um eins. Die Impulserzeuger können vorteilhaft Magnete, auch mit dem Impulserzeugersystem umlaufende Magnettonbänder sein. The invention also relates to a device for performing this Method in which each of the two ends of the shaft piece with a system of arranged on a circle, with the corresponding end of the shaft piece rotating pulse generators is provided and one of fixed pulse receivers controlled timing device is available. This device is characterized by that the pulse generator of the two ends of the shaft piece slightly different distance compared to the distance at the other end of the shaft and the measuring device shows the time from Run through one of the pulse generators at one end to the first coincidence of the run the pulse generator measures the two ends of the shaft section. Appropriately different the number of impulse generators of one system is different from the number of impulse generators the other system by one. The pulse generators can advantageously be magnets, too with the pulse generator system be circumferential magnetic tapes.

Es ist auch möglich, daß die Impulserzeuger die Zähne je eines Zahnkranzes sind, denen die Impulsempfänger gegenüberstehen. It is also possible that the pulse generator is the teeth of a gear ring are facing the pulse receivers.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vereinfacht dargestellt; Fig.2 zeigt ferner ein Diagramm für den zeitlichen Verlauf der auf die Impuls empfänger übertragenen Impulse. In Fig. 1 of the drawing is an embodiment of a device shown in simplified form for carrying out the method according to the invention; Fig. 2 also shows a diagram for the time course of the receiver on the pulse transmitted impulses.

Von einer im Sinne des eingetragenen Pfeiles a umlaufenden Welle b ist ein Stück c von der Länge L für die Messung des übertragenen Drehmomentes M bestimmt. An den beiden Enden des Wellenstückes c sind Scheiben dt und d2 mit Zahnkränzen e1 und e2 befestigt, so daß sie mit der Welle b umlaufen. Die Zähne bzw. 12 der Zahnkränze e1 und e2 bilden je ein System von auf einem Kreis angeordneten, elektromagnetisch wirkenden Impulserzeugern, indem sie beim Umlauf der Welle den Magnetfluß in feststehenden, als Impulsempfänger dienenden Induktionsspulen g1 bzw. g2 periodisch verändern. From a rotating wave in the sense of the arrow a b is a piece c of length L for the measurement of the transmitted torque M determined. At the two ends of the shaft piece c are disks dt and d2 with Gear rings e1 and e2 attached so that they rotate with the shaft b. The teeth or 12 of the sprockets e1 and e2 each form a system of arranged on a circle, electromagnetically acting impulse generators by the rotation of the wave Magnetic flux in stationary induction coils g1 resp. Change g2 periodically.

Ist zt bzw. z2 die Anzahl der Zähne der beiden Zahnkränze es und e2, so ist die Winkelteilung, d. h. der Abstand zwischen den einzelnen Impulserzeugern 2# 2# #1 = bzw. #2 = . zl z2 Da für den Zahnkranz e2 eine etwas größere Zähnezahl vorgesehen ist als für den Zahnkranz el, ist Tt größer als z2. If zt or z2 is the number of teeth of the two sprockets es and e2, then the angular division, i.e. H. the distance between the individual pulse generators 2 # 2 # # 1 = or # 2 =. zl z2 Since a slightly larger number of teeth for the gear ring e2 is provided than for the ring gear el, Tt is greater than z2.

Es wird angenommen, daß die mit 0 bezeichneten Zähne bei unverdrehtem Wellenstück c gleichzeitig bei den Impulsempfängern g1 und g2 vorbeigehen. It is assumed that the teeth marked with 0 are not rotated Shaft piece c pass the pulse receivers g1 and g2 at the same time.

Die folgenden Zähne sind mit 1, 2, 3 usw. numeriert. Ist nun das Wellenstück c infolge der Wirkung des Drehmomentes M um einen Winkel ç verdreht, so trifft nicht mehr der Zahn 0 des Kranzes e1 gleichzeitig mit einem Zahn des Kranzes e2 auf den Impulsempfänger g bzw. g2, sondern es ist dies erst für einen um einen Winkel = (p.Z2 (Z2 ZD (T1T2) entfernten Zahn der Fall. Im gezeigten Beispiel ist dies der Zahn 6.The following teeth are numbered 1, 2, 3, etc. Is now the wave piece c rotated by an angle ç as a result of the effect of the torque M, then does not apply more the tooth 0 of the ring e1 at the same time with a tooth of the ring e2 on the Pulse receiver g or g2, but this is only for one by an angle = (p.Z2 (Z2 ZD (T1T2) removed tooth is the case. In the example shown this is the Tooth 6.

Zur Messung der Verdrehung des Wellenstückes c während dessen Umlauf wird nun so verfahren, daß die von den mit unterschiedlichem Winkelabstand z, bzw. t2 an den beiden Enden des Wellenstückes c angebrachten Impulserzeugern, das heißt von den Zähnen Ii bzw. 12 ausgehenden Impulse durch die feststehenden Impulsempfänger g1 bzw. g2 aufgenommen werden und die durch die Relativdrehung der beiden Enden des Wellenstückes c gegeneinander um den Winkel ç hervorgerufene Lageverschiebung 01 in der Koinzidenz der von den beiden Enden des Wellenstückes c ausgehenden Impulse gemessen wird. To measure the rotation of the shaft section c during its revolution is now proceeded in such a way that the from the with different angular distance z, resp. t2 at the two ends of the shaft piece c attached pulse generators, that is from the teeth Ii or 12 outgoing impulses by the fixed impulse receiver g1 and g2 are recorded and that by the relative rotation of the two ends of the shaft piece c relative to each other by the angle ç caused positional shift 01 in the coincidence of the pulses emanating from the two ends of the shaft section c is measured.

Zu diesem Zweck ist ein Zeitmeßgerät h mit Zähler i vorgesehen, welches durch die Impulsempfänger g1 und g2 derart gesteuert wird, daß es über einen Anschluß A beim Durchlauf des Zahnes 0, also jenes Impulserzeugers des Zahnes el, der bei unverdrehter Welle mit einem Impuls erzeuger, näm- lich dem Zahn 0 des Zahnkranzes e2 koinzidiert, über den Impulsempfänger g1 in Gang gesetzt wird. Dies kann durch eine besondere Ausbildung des Zahnes 0 des Kranzes el, z. B. eine Erhöhung, oder eventuell durch Vorsehen einer Zahnlücke bewirkt werden. Es kann aber auch ein besonderer Impulsgeber und besonderer Impuls empfänger vorgesehen werden, welcher bei der entsprechenden Stellung des Zahnes 0 des Kanzes e1 die Ingangsetzung des Zeitmeßgerätes h veranlaßt. For this purpose a timer h with counter i is provided which is controlled by the pulse receivers g1 and g2 in such a way that it has a connection A when passing through tooth 0, i.e. that pulse generator of tooth el, which is used in untwisted shaft with a pulse generator, namely Lich the tooth 0 of the ring gear e2 coincides, is set in motion via the pulse receiver g1. This can be done by a special training of the tooth 0 of the wreath el, z. B. an increase, or possibly caused by providing a tooth gap. But it can also be a special one Pulse generator and special pulse receiver are provided, which at the appropriate Position of tooth 0 of Kanzes e1 causes the start of the timer h.

Bei verdrehtem Wellenstück c lassen nun die Zahnfolgen fl und 12 Impulse auf die Empfänger g1 und g2 ausgehen, deren zeitlicher Verlauf durch die beiden Wellenlinien m1 und m2 der F i g. 2 schematisch dargestellt ist. If the shaft piece c is twisted, the tooth sequences fl and 12 Impulses to the receivers g1 and g2 go out, the time course of which by the two wavy lines m1 and m2 of FIG. 2 is shown schematically.

Das Gerät h mißt die Zeit, die von seiner Ingangsetzung bis zum Durchlauf des Zahnes 6 des Kranzes el, also bis zum Durchlauf jenes Impulserzeugers dieses Systems verstreicht, der bei verdrehter Welle mit einem Zahn des Kranzes e2, also mit einem Impuls erzeuger des anderen Systems koinzidiert. The device h measures the time from its start to run of the tooth 6 of the ring el, so up to the passage of that pulse generator this System elapses, which with a twisted shaft with a tooth of the ring e2, so coincides with a pulse generator of the other system.

Dies wird gemäß F i g. 1 dadurch erreicht, daß eine Doppelgitter-Thyratron-Röhre k mit den beiden Gittern qj und q2 vorgesehen ist, welche mit den Impuls empfängern g1 bzw. g2 verbunden sind. Die Größe der von den Impuls empfängern gj und g2 ausgehenden Steuerspannungen ist so bemessen, daß die Röhre k nur zündet, wenn die Impulse zeitlich zusammenfallen oder nahezu zusammenfallen, das heißt bei mindestens angenäherter Koinzidenz der Impulse der beiden Impulserzeugersysteme. In diesem Fall wird über einen Anschluß B des Zeitmeßgerätes die Beendigung des Zeitmeßvorganges veranlaßt. This is shown in FIG. 1 achieved in that a double-grid thyratron tube k is provided with the two grids qj and q2, which receive the pulse g1 and g2 are connected. The size of the pulse receivers gj and g2 outgoing Control voltages is such that the tube k only ignites when the pulses are timed coincide or almost coincide, that is, at least approximately Coincidence of the impulses of the two impulse generating systems. In this case, over a terminal B of the timepiece causes the termination of the timing process.

Bei Kenntnis der Drehgeschwindigkeit der Welle kann nun aus der gemessenen Zeit der Winkel 0 und daraus weiter der Verdrehwinkel 01 - z1) z2 berechnet werden. If the rotational speed of the shaft is known, the measured Time the angle 0 and from this the angle of rotation 01 - z1) z2 can be calculated.

Das Zeitmeßgerät h ist zweckmäßig als Gerät für die Zählung der Anzahl von in der zu messenden Zeit ablaufenden Zeitintervallen vorgegebener Größe gebaut. Es können hierbei beispielsweise die von einem der Impulserzeugersysteme ausgehenden Impulse selbst oder auch von einem geeichten Schwingungssystem ausgehende Impulse gezählt werden. The timer h is useful as a device for counting the number built by time intervals of a predetermined size that run off in the time to be measured. In this case, for example, those originating from one of the pulse generator systems can be used Impulses themselves or impulses emanating from a calibrated oscillation system are counted.

Das beschriebene Verfahren ergibt den Vorteil, daß statt des relativ kleinen Verdrehwinkels ç des Wellenstückes c bzw. der entsprechenden kleinen Zeit der wesentlich größere Winkel 01 bzw. die entsprechend größere Zeit gemessen werden kann. Dieser Vorteil ergibt sich besonders dann, wenn die Zahl der Impulserzeuger des einen Systems sich von der Zahl der Impuls erzeuger des anderen Systems um nur 1 unterscheidet, d. h., wenn beim beschriebenen Beispiel der Unterschied der Zähnezahlen der beiden Zahnkränze Z2Z1 = 1 wäre. Dann wäre p,= ? z2 Statt eines Zahnkranzes kann als Impulserzeugersystem beispielsweise auch ein umlaufendes Magnettonband und als Impuls empfänger ein feststehender Abnehmekopf vorgesehen werden. The method described has the advantage that instead of the relative small angle of rotation ç of the shaft piece c or the corresponding small time the much larger angle 01 or the correspondingly larger time can be measured can. This advantage arises especially when the number of pulse generators of one system differs from the number of impulse generators of the other system by only 1 differs, d. That is, if in the example described there is a difference in the number of teeth of the two sprockets Z2Z1 = 1. Then p, =? z2 instead of a ring gear can, for example, also use a rotating magnetic tape as a pulse generator system and a fixed pick-up head can be provided as a pulse receiver.

Claims

Claims: 1. Method for measuring the rotation of a shaft section during its circulation, at which at each end of the shaft piece the passage of the length of the circumference at regular intervals successive Pulse generators recorded and the time difference between the two pulse series is measured, characterized in that at the two ends of the shaft piece the passage of pulse generators slightly different distance compared to the distance recorded at the other end of the shaft and the time from the passage of a pulse generator of one end up to the first coincidence of the passage of pulse generators of the two Ends of the shaft piece is measured.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, at which each of the two ends of the shaft piece with a system of on one Circle arranged, with the corresponding end of the shaft piece revolving pulse generators provided and a timing device controlled by fixed pulse receivers available is, characterized in that the pulse generator (fi, 12) of the two ends of the Shaft piece (c) have a slightly different distance from the distance at the other end of the shaft and the measuring device (h) the time from the passage of one (o) the pulse generator (fl) des one end to the first coincidence of the pass of the pulse generator (fi, 12) of the measure both ends of the shaft piece (c).

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the number (z1) the pulse generator (fl) of the one system (e) differs from the number (z2) the pulse generator (12) of the other system (e2) differs by 1.

4. Apparatus according to claim 2, characterized in that the pulse generator Magnets are.

5. Apparatus according to claim 2 or 3, characterized in that the pulse generators are the teeth (fi, 12) of a tooth tip (ei or e2).

References considered: U.S. Patent No. 2,978 902; "Elektrotechnische Zeitschrift", Issue A, 1957, Issue 21, pp. 803 to 805.