DE1923976U - Regel- und messapparat. - Google Patents

Description

21c, 46/51. 1923 976. Fa. Edmund Erdmann Essen, Essen. I Regel- und Meßapparat. 24. 5. 65. E 21 703. (T. 12; Z. 3)

Dr. Ing. E. BERKENFELD · Dipl.-Ing. H. BERKENFELD, Patentanwälte, Köln

Anlage

zur Eingabe vom

Aktenzeichen

21. Mai 1963 vA.

gd Erdfflsnn» Essen, Geisbergstrafie Nr. 16

Anordnung zum Messen und Regeln elektrischer Meßwerte an rotierenden Maschinenteilen.

Auf vielen Gebieten der Fertigungstechnik besteht die Aufgabe« die Temperatur von oder Drehmomente in rotierenden Maschinenteilen zu messen und zu regeln. Bin Fall sind z. B. die sogenannten Oaletten von Textilmaschinen. Auf diese Oaletten werden Kunststoffäden aufgewickelt. In einem Bereich von etwa 100° bis 300° müssen die Oaletten auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden. Eine bestimmte Kunststoffaser und ein bestimmter Verwendungszweck für diese Faser erfordern ein exaktes Einhalten einer bestimmten Temperatur, z. B. 128°.

Gemäß dem Stand der Technik wird die Temperatur solcher rotierender Maschinenteile· z. B. der Oaletten, elektrisch gemessen. Sin temperaturabhängiger Widerstand wird in eine Bohrung in der Galette eingesetzt. Der Wert des Widerstandes und die Änderung dieees Wertes ist ein MaB für die Temperatur bzw. Temperaturänderung der Galette. Der Widerstand dreht sich mit der Galette. Zur Widerstandsmessung braucht man eine Spannung und diese Spannung wird gemäß dem Stand der Technik über Schleifringe zugeführt. Diese Schleifringe bringen Ubergangswiderstände, die sich im Laufe der Zeit verändern können. Außerdem erfordern sie einen genauen Lauf des rotierenden Maschinenteils und eine sorgfältige Pflege. Andernfalls verändern sie ihren Übergangs-

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widerstand In unüberbliekbarera Maße, so daß die gesamte Messung unbrauchbar wird. Der temperaturabhängige Heßwiderstand ist somit gemäß dem Stand der Technik galvanisch und mechanisch an die messende Anordnung bzw. eine Brücke In einem feststehenden Maschinenteil angeschlossen. Die Schwierigkeiten, die sich hierdurch ergeben, sind also durch die galvanische und mechanische Verbindung zwischen dem rotierenden und dem feststehenden Maschinenteil durch die Schleifringe bedingt. Die Erfindung setzt hler ein und bezweckt, diesen Nachteil zu vermelden. Srfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht« daß der Meßwert berührungslos oder induktiv vom rotierenden Maschinenteil auf eine feststehende Meßanordnung Übertragen wird.

Praktisch gesehen, wird diese Aufgabe der berUhrungslosen Übertragung des Meßwertes, Temperatur, Drehmoment usw. dadurch gelöst, daß in dem rotierenden Maschinenteil eine Wien-RobinsonbrOcke angeordnet und ein MeSwertgeber in diese eingeschaltet ist, am Brückeneingang und am Brackenausgang Je eine Induktionsspule liegen und diese auf der Außenseite des rotierenden Maschinenteils an der Trennfläche zur feststehenden Meßanordnung angeordnet sind, in der feststehenden Meßanordnung auf deren Außenseite an der Trennfläche zum rotierenden Maschinenteil ebenfalls zwei Induktionsspulen angeordnet sind, die eine dieser Spulen an einen Frequenzgenerator und einen Eingang eines gesteuerten Oleichrichters angeschlossen ist, während die andere von diesen beiden Spulen an den anderen Eingang des gesteuerten Gleichrichters angeschlossen ist, dieser ein Anzeigegerät erregt und über eine Regelanordnung auf ein Organ einwirkt, mit dem der Meßwert und damit der zu regelnde Zustand des rotierenden Maschinenteils auf den Sollwert gebracht wird.

Soll mit der erflnrtungagemäßen Anordnung eine Temperatur geregelt

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' oder gemessen werden, verwendet man temperaturabhängige Widerstände, i die als Meßwertgeber In zwei Zweige der Brücke eingeschaltet werden. Soll mit der «n? <*i r**ijng«gj»mH a«m Anordnung dagegen das Drehmoment z.

B. einer Motorwelle geregelt oder gemessen werden, verwendet man als \ Meßwertgeber Dehnungsmeßstreifen, die auf die Welle aufgesetzt wer- i Durch die erfindigigsgemgße Anwendung einer Wechselspannung, denn der | Frequenzgener&tor gibt Ja eine Wechselspannung ab, wird eine induk-

■ > ..-■■■■ *

tive Kopplung und dadurch eine berührungslose Verbindung zwischen f

dem rotierenden Maschinenteil und der feststehenden Meßanordnung |

möglich. Si» Wlen-RoblnsonbrOcka hat die Eigenschaft, daß sie bei i

vorgegebenen Widerstands- und KapazitStswerten nur bei einer Fre- I

quenz abgeglichen 1st. Wenn also durch den erflndungsgemäß verwand- |

ten Prequenzgenerator eine Spannung bestimmter Frequenz von der |

einen Induktionsspule der feststehenden Meßanordnung induktiv auf I

die im Brflckenelngang liegende Induktionsspule Obertragen wird, er- |

scheint am Brückenauagang und damit auch an dem einen Eingang des I

gesteueren Gleichrichters dann keine Spannung, wenn die Brücke ab- |

geglichen ist. Dieser Fall liegt dann vor, wenn die Meßwertgeber, \

wie z. B. temperaturabhängige Meßwiderstande bei einer Temperatur- ;

messung oder -regelung gerade den Wert erreicht haben, bei dem die \

Brücke im Oleichgewicht steht. Diese Temperatur sei einmal als Soll- I

temperatur angenommen. Bei einem Abweichen der Temperatur von diesem Sollwert nach oben oder unten verändern sich auch die in zwei Brüokenzwelgen liegenden Meßwiderstände in der einen oder anderen

Rlohtung. Gleichzeitig erscheint am Brückenauagang eine Spannung, \

die gegenüber der ea BrUokeneingang eingespeisten Spannung In der ; Phase nach- oder voroilt. Auch die Amplitude dieser Spannung ist in Abhängigkeit von der Verstimmung der Brücke und von der Abweichung

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mann Essen, Essen. | Regel- und Meß- -■"· --DO apparat. 24. 5. 65. E 21703. (T. 12;

2.3)

der Temperatur von Sollwert veränderlich. Der gesteuerte Gleichrichter vergleicht die aseabweichung zwischen dieser Spannung und der Bezugsspannung, die er unmittelbar von dem Frequenzgenerator erhält, und liefert eine positive oder negative Gleichspannung. Damit ISBt sich an dem Anzeigegerät sowohl der Betrag als auch die Richtung der Temperaturabweichung ablesen.

Zur konstruktiven Verwirklichung des oben genannten Grundgedankens sieht die Erfindung vor, dafl die rotierenden Induktionsspulen am Umfang des rotierenden Maschinenteils angeordnet sind, während die beiden feststehenden Induktionsspulen Je in einem Kopf angeordnet sind, der den Uafangsrand des rotierenden Maschinenteils Überdeckt. Hierdurch wird möglich, die rotierenden und die feststehenden Induktionsspulen in enger Nachbarschaft anzuordnen.

Ss reicht aus, wenn die rotierenden Induktionsspulen nicht den ganzen Umfangsrand des rotierenden Maschinenteils einnehmen, sondern nur einen Bruchteil der Länge des Umfangea haben. Immer dann, wenn eine rotierende Induktionsspule an einer feststehenden Induktionsspule vcr beiläuft, werden die beiden Spulen elektromagnetisch miteinander ve£ kettet. Diese periodische Verkettung reicht zur Übertragung des Meßwertes aus. Da bei einer Wien-Robinsonbrücke Eingang und Ausgang miteinander vertauscht werden können, ist es gleichgültig, welche der beiden rotierenden Induktionsspulen gerade an einer der beiden feststehenden Induktionsspulen vorbeiläuft. Jedesmal wird der Meßwert Übertragen, d. h. zweimal pro Umdrehung.

In Weiterbildung des oben genannten Konstruktionsgedankens sieht die Erfindung vor, dafl die rotierenden Induktionsspulen auf einer Ringscheibe sitzen, die Ringscheibe auf den Umfang des rotierenden Ma-

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schlnentells aufgesetzt Ist, die festen Induktionsspulen auf einen Ringkern aufgewickelt sind, der Ringkern einen radialen Schlitz hat und mit diesem Schlitz beidseitig über die Ringscheibe greift. Dies ermöglicht eine konstruktiv einfache Fora» eine innige elektromagnetische Verkettung der rotierenden und der feststehenden Induktionsspulen. Welter lassen sich die rotierenden Induktionsspulen als nach spulen ausbilden und damit einfach auf die Ringscheibe aufsetzen.

Die Ringscheibe kann man dort auf das rotierende Maschinenteil oder die Galette aufsetzen» wo sie deren Punktion» wie die Aufnahme eines Kunststoffadens» nicht stört.

Die Erfindung sieht vor» daß zwischen dem einen Eingang des gesteuer ten Gleichrichters und der einen festen Induktionsspule noch ein Ver_ starker und ein Phasenkorrekturglled liegt. Das Phasenkorrekfcurglied gleicht konstante Phasenfehler aus» die zwischen Frequenzgenerator und der zweiten feststehenden Induktionsspule auftreten.

Wie bereits ausgeführt wurde» kann man mit dem Frequenzgenerator eine einzige Frequenz einspeisen. Sine Anzeige am Anzeigegerät vom Wert "Null" bedeutet dann» daß der Sollwert»z. B. die Solltemperatur, erreicht ist. Sine Abweichung nach oben oder unten entspricht der Abweichung der Temperatur in der einen oder anderen Richtung» so daß man das Anzeigegerät in Temperatureinheiten eichen könnte.

Eine gute Meßgenauigkeit dieser Betriebsart 1st aber an die Voraussetzung gebunden» daß die Induktive übertragung der Spannung von der feststehenden auf die rotierende und dann wieder von der anderen rotierenden auf die andere feststehende Spule ohne Verluste erfolgt. Die Übertragung dar Amplitude einer Wechselspannung hängt aber In

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starkes MaBe von der Präzision der mechanischen Anordnung ab. Fehler sind somit bei vertretbarem Aufwand nlht auszuschließen.

Alle diese Fehler» die zu einer Verfälschung der übertragung des Betrages der Wechselspannung führen, werden natürlich dann vermieden, wenn die Messung bei BrUckenglelohgewlcht oder bei übertragung der Spannung "Hull" oder "fast Null¹¹ erfolgt.

Da die in zwei Zweigen der Brücke - wenn die Anordnung zur Temperaturmessung oder -regelung verwandt wird - liegend« temperaturabhlbtf.-gtt Meßwlderstlnde veränderlich sind, läßt sich die Brücke somit nur durch Verändern der Frequenz der RI ngang3gpfflTTT»ng ins Gleichgewicht bringen. Dann also erscheint am Bruckenausgang die Spannung "Null" bzw. "fast Hull".

Praktisch erreicht man dies dadurch, daß der Frequenzgenerator eine veränderliche Frequenz erzeugt und auf diejenige Frequenz eingestellt wird, bei der die in der zweiten feststehenden Induktionsspule induzierte te und in dem Anzeigegerät angezeigte Spannung ein Minimum ist.

Verwendet man diese Betriebsart zum Regeln, kann der Frequenzgenerator natürlich gleich in Grad Celsius geeicht und das Anzeigegerät weggelassen werden. Beim Durchgang durch den Abgleich ändert die Spannung am Ausgang des gesteuerten Oleichrichters ihr Vorzeichen. Ein Kraftsohaltglled zum Anschalten des Heizelementes wird betätigt.

Die Erfindung wird nun am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführung näher erläutert, die sich auf Temperaturmessung und -regelung bezieht. Dabei ist:

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I Pig. 1 eine Darstellung des elektrischen Teils in Form eines Schalt-I bildes,

■ Pig. 2 eine Aufsicht auf die Stirnseite des rotierenden Maschinen-

Ι teils und die beiden Köpfe an der feststehenden MeSanordnung und

Pig. 3 ein Schnitt, einmal entlang der Schnittlinie A-A und einmal I entlang der Schnittlinie B-B.

Pig. 1 zeigt innerhalb des gestrichelten Vierecks die zum rotierenden Maschinenteil 10 gehörenden elektrischen Elemente. Es 1st dies die Wien-Roblnaonbrflcke mit der einen Induktionsspule 12, den beiden Kapazitäten 14, den beiden festen Widerständen 16, den beiden veränderlichen temperaturabhängigen Widerständen Id und der zweiten Induktionsspule 20.

Zur feststehenden MeSanordnung gehören die beiden Induktionsspulen 22 und 24. Die Induktionsspule 22 ist an den Frequenzgenerator 26 angeschlossen. Die Induktionsspule 24 führt zu einem Verstärker 28, der über das Fhasenkorrekturglled 30 zum einen Eingang des gesteuer- \ ten Gleiohriohters 32 führt. Der andere Eingang des gesteuerten 1 Oleichrichters ist an den Frequenzgenerator 26 angeschlossen. Dar I gesteuerte Gleichrichter 32 steuert einen weiteren Verstärker 34, dei f das Anzeigegerät 36 erregt. Hinter bzw. parallel zum Anzeigegerät i liegt eine Regelanordnung, die das Heizelement betätigt. Diese Re-

I gelanordnung, die einen Kraftschalter, z. B. ein Schütz, enthält, I gehört nicht zum Gegenstand der Erfindung. Da sie außerdem keine I Besonderheiten bietet, wird sie hier nicht näher erläutert.

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Das elektrische Verhalten wird nun noch einmal kurz erläutert: Der Frequenzgenerator 26 liefert eine Spannung bestimmter Frequenz. Diese Spannung wird von der feststehenden Induktionsspule 22 auf die rotierende Induktionsspule 12 übertragen· An der zweiten rotierenden Induktionsspule 20 erscheint nur dann eine Spannung« wenn die Brücke nicht abgeglichen ist· Diese Spannung überträgt sich auf die zweite feststehende Induktionsspule 24 und wird van dort schließlich dem einen Ringang des gesteuerten Gleichrichters 32 zugeführt. Dieser lie fert eine Ausgangsspannung, deren Betrag von der Amplitude der eingegebenen Wechselspannung und deren Vorzeichen von dem PhasenverhSltnie zwischen der eingegebenen wechselspannung und derjenigen Spannung ist, die ihm unmittelbar vom Frequenzgener&tor 26 zugeführt wird. Entsprechend dem Betrag und dem Vorzeichen der Oleichspannung wird das Anzelgeger&t 36 mehr oder weniger groSe positive oder negative Werte anzeigen. Diese sind ein HaB für die Abweichung der Isttemperatür von Sollwert ins Positive oder Negative.

Falls das rotierende Maschinenteil gerade auf Solltemperatur liegt, haben die beiden Widerstände l8 einen solchen Wert· daß die Brücke bei der eingespeisten Frequenz abgeglichen 1st und die Spannung an der Spule 20 gleich oder fast Mull ist. Das Anzeigegerät 36 schlägt nicht aus.

Bei der Verwendung der Anordnung zum Messen wird bei der bevorzugten Betriebsart dieser Zustand immer dadurch erreicht, daß man eine veränderliche Frequenz einspeist. Man betrachtet also - mathematisch gesehen - die temperaturabhängig«! Widerstände l8 als die unabhängige Veränderliche und verändert die von dem Frequenzgenerator 26 erzeugte Frequenz so lange, bis die Brücke abgeglichen ist und das An-

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zelgegerät 36 Null oder ein Minimum anzeigt. Die Isttemperatur wird : dann aa Frequenzgenerator 26 abgelesen» der In Grad Celsius geeicht 1st.

Bei Verwendung der Anordnung zum Regeln und Anwendung der bevorzugten Betriebsart wird der Sollwert als konstante Frequenz am Frequenzgenerator 26 vorgegeben. Das Kraftschaltglied, das am Ausgang des gesteuerten Gleichrichters 52 liegt und das Heizelement einschaltet« wird so lange erregt, bis BrUekenabgleich erreicht ist und die Spannung am Ausgang des Gleichrichters 32 zu einem Hlnlmum wird.

Die Figuren 2 und 3 zeigen den mechanischen Teil. Das rotierende Maschinenteil 10 sitzt auf der Welle 38. Von der feststehenden Meßanordnung sind In Flg. 2 die beiden Köpfe 40 eingezeichnet, die die feststehenden Induktionsspulen 22 und 24 enthalten. Weiter erkennt man die elektrischen Zuleitungen 42, die zu dem Heizring 44 führen. Fig. 2 l&St die Anordnung und Ausbildung eines Teile der elektrischen Elemente erkennen. Die beiden rotierenden Induktionsspulen 12 und 20 sitzen auf dem Umfang des rotierenden Maschinenteils 1Oo Die beiden temperaturabhBnglgen unveränderlichen Widerstände 18 sind in Axialrichtung In das Maschinenteil 10 eingesetzt. Die beiden Kapazitäten 14 sind In je zwei Kondensatoren unterteilt. Der eine Kondensator Jedes Paares hat dabei einen Temperaturkoeffizienten, der entgegengesetzt zum Koeffizienten des anderen Kondensator des gleichen Paares 1st.

Fig. 3 zeigt die Ringscheibe 46, auf der die rotierenden Induktionsspulen 12 und 20 sitzen. Zur feststehenden Meßanordnung gehört der Kopf 40, in dem ein Ringkern 48 angeordnet ist. Der gezeigte Ringkern 48 nimmt die eine feststehende Induktionsspule 24 auf. Der

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Ringkern hat weiter einen radialen Schlitz 50» In den die Rlngschelbe 46 mit den rotierenden Induktionsspulen 12 oder 20 hineingreift»

Ansprüche »

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Claims (6)

Dr. Ing. E. BERKENFELD, Patentanwalt, KÖLN, Universitatsstraße 31 'ij E 21 7O;5/21c Gbm zur Eingab· vom I3. Juli I965 vA. Nom· d. Anm. Edmund Erdmann, Essen Schutzansprüche

1. Vorrichtung zum Übertragen von elektrischen Meßwerten von einem rotierenden Maschinenteil auf eine feststehende Meßanordnung, mit einem in dem rotierenden Maschinenteil angeordneten Meßwertgeber und induktiver Kopplung zwischen Meßwertgeber und Meßanordnung, Il dadurch gekennzeichnet, daß auf der Außenseite des rotierenden Ma- <l schinenteiles (10) an der Trennfläche zur feststehenden Meßanordnung mit dem Meßwertgeber verbundene Induktionsspulen (12, 20) an- ; geordnet sind und in der feststehenden Meßanordnung auf dessen Außen ί seite an der Trennfläche zum rotierenden Maschinenteil (10) eben-■| falls zwei Induktionsspulen (22, 2A) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber in dem rotierenden Maschinenteil (10) ein temperaturabhängiger Widerstand ist.

J>. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwertgeber in dem rotierenden Maschinenteil (10) ein Dehnungsmeßstreifen ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis "5, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Induktionsspulen (12, 20) am Umfang des rotierenden Maschinenteiles (10) angeordnet sind und die festen Induktionsspulen (22, 2h) je in einem Kopf (AO) angeordnet sind, der den

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Umfang des rotierenden Maschinenteiles (10) überdeckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Induktionsspulen (12, 20) auf einer Ringscheibe (46) sitzen, die Ringscheibe (46) auf den Umfang des rotierenden Maschinenteils (10) aufgesetzt ist, die festen Induktionsspulen (22, 24) auf einen Ringkern (48) aufgewickelt sind, der Ringkern (48) einen radialen Schlitz^ (50) hat und mit diesem Schlitz (50) beidseitig über die Ringscheibe (46) greift.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß die rotierenden Induktionsspulen (12, 20) Flachspulen sind.