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Einrichtung zur Meßwertübertragung zwischen gegeneinanderrotierenden
Systemen i)ie Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Meßübertragung zwischen gegeneinanderrotierenden
Systemen unter Umformen der in den einen System ermittelten Meßwerte in analoge
elektrische Größen und Ablesen und/oder Registrieren der Meßwerte in den anderen
System. Solche zwischen zwei gegeneinanderrotierenden Systemen zu übertragenden
Meßwerte können z.B. Temperatur-, Deformations-, Druckwerte oder sonstige Meßwerte
sein.
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Die Meßwertübertragung zwischen gegeneinanderrotierenden systemen
unter Verwendung von Schleifringen und Bürsten ist an sich bekannt. Der Nachteil
dieser bekannten Einrichtungen
besteht vor allein darin, daß der
Stromübergang zwischen Schleifring und Bürste verschiedenen schwer zu erfassenden
Einflüssen unterliegt, die auf dem Übertragungsweg zu Spannungsabfällen und damit
zu einer mehr oder weniger starken Verfälschung der Meßwerte führen. Un den sich
hier stellenden Schwierigkeiten zu begegnen, hat man Versuche mit unterschiedlichen
Werkstoffkombinationen für Schleifring und Bürste angestellt. Außerdem hat man Versuche
mit besonderen Einrichtungen unternommen, die mit einer kürzeren meßdauer arbeiten.
Die bekannten Einrichtungen dieser Art sind jedoch verhältnismäßig enpfindlich;
sie arbeiten auch nicht wartungsfrei.
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Der Erfindung liegt vornehmlich die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung
zur Meßertübertragung zwischen zwei gegeneinanderrotierenden Systemen zu schaffen,
die unabhängig von etwaigen Abnutzungen eine fehlerfreie Übertragung ermöglicht.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung kennzeichnet sich dadurch, daß in
dem einen System ein Analog-Digitalumformer zur Umformung der Meßwertgrößen in digitale
Signale vorgesehen ist, die mittels Schleifringen und Bürsten und/oder als elektromagnetische
Wellen, z.B. als Licht, von dem einen System auf das andere System übertragbar sind,
wobei in dem empfangsseitigen System ein Umformer zur Umwandlung der empfangenen
digitalen Signale in analoge oder sonstige digitale Werte vorgesehen ist, die mittels
Ablese- uncUoder
Registriervorrichtungen erfaßbar und/oder Kontroll-
oder Regelvorrichtungen u.dgl. zuführbar sind.
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Die erfindungsgemäße Übertragungseinrichtung weist demgemäß einen
analog-aigitalen Meßwertumformer auf, der eine gewisse Anzahl an Gebern bedient,
die beispielsweise auf dem rotierenden System angeordnet sind. An dem anderen, in
diesem Fall stehenden System befindet sich hierbei eine Anzahl an Empfängern nebst
einem Umformer, der die empfangenen digitalen Signale ia analoge oder andere spezielle
digitale Signale umformt, die dann abgelesen oder registriert und/oder zu Steuer-
oder Regelzwecken herangezogen werden.
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Da erfindungsgemäß die Meßwertgrößen in Form digitaler Signale, d.h.
als einfache Ja- oder Nein-Signale -übertragen werden, ist die Signalübertragung
praktisch unabhängig von Störeinflüssen, welche die Qualität bzw. die Größe der
Signale beeinträchtigen. Es wird dadurch möglich, bei cer erfindungsgemäßen Einrichtung
Schleifringe als Geber und bürsten als Empfänger zu benutzen, ohne daß sich hierbei
einstellende Spannungsabfällè die Signalübertragung störend beeinflussen, wie dies
bei den bekannten Einrichtungen der Fall ist.
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Die analog-digitale Heßwertumformung geschieht zweckmäßig in der Weise,
daß die als kontinuierliche Funktion der Meßwerte auftretenden elektrischen Spannungen
und Ströme in bestimate Kombinationen von elektrischen Spannungs- und/oder Stromsignalen
mit bestimmten Größen umgeformt werden. Diese
Umformung von analogen
Signalen in Digitalsignale geschieht mit Hilfe an sich bekannter elektronischer
Einrichtungen.
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Gemäß einen weiteren wesentlichen Merkmal der Erfindung kann anstelle
der Ubertragung über Schleifringe und Bürsten auch eine berührungsSreie tbertragung
mit Hilfe von Gebern und Empfängern vorgesehen werden, die mit elektromagnetischen
Wellen, z.B. Licht, arbeiten. Wird mit Licht gearbeitet, so finden bei der erfindungsgemäßen
Einrichtung optische Signalgeber und Empfänger, wie Lampen, Linsen, Spiegel, Rotor
zellen, Fotowiderstände usw. Verwendung. Es versteht sich, daß die berührungsfreie
Signalübertragung insbesondere im Hinblick auf die reibungs- und abnutzungsfreie
Arbeitsweise besondere Bedeutung hat.
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In weiterer Ausführung der Erfindung kann die Ubertragungseinrichtung
aus einer bestimmten Anzahl an optischen Signalgebern, wie Lampen od.dgl., bestehen,
die an dem rotierenden System befestigt sind, während eine bestimmte Anzahl an optischen
Signalgebern, wie Fotozellen, Fotowiderstände od.dgl. auf den anderen System, z.B.
dem feststehenden Teil angeordnet sind. Die Signalgeber und Empfänger sind dabei
so im Verhältnis zueinander angeordnet, daß das Signal des/ der Signalgebers/r von
dem/den Empfänger/n aufgefangen werden kann, wenn sie im Betrieb aneinander vorbeilaufen.
Um mit diesen Elementen die Meßwertübertragung zu ermöglichen, empfiehlt es sich,
einen oder mehrere Neßwertumformer zu verwenden, der bzw. die die analogen NeB-werte
in digitale Signale
und/oder Signalkombinationen umformt bzw. umformen.
Es werden also die elelvbrischen Spannungen undZoder Ströme, die bestimmte kontinuierliche
Funktionen der Meßwerte sind, in eine bestimmte Kombination von eingeschalteten
und gelöschten optischen Signalgebern umgeformt. Die Signalkombination kann je nach
dem Umfang und der Präzision der Meßwertübertragung mehr oder weniger verwickelt
sein. Eine verhältnismäßig einfache Übertragungsmethode ergibt sich, wenn jedem
einzelnen Signalgeber ein bestimmter Wert zugeordnet wird. Um beispielsweise bei
einem Meßbereich zwischen 0 und 20 die Signale mit einer Genauigkeit von + einer
Einheit zu übertragen, benötigt man zehn Signalgeber. Eine vorteilhaf--tere Methode
ergibt sich, wenn der Meßwert zunächst in verschiedene Potenzen von 2 aufgelöst
wird. In diesem Fall können zehn Signalgeber einen Bereich zwischen 0 und 1024 mit
einer gleich großen Genauigkeit wie zuvor umfassen. Die digitalen Signale der Signalgeber
werden von den sich an ihnen vorbeibewegenden Empfängern aufgefangen. Die empfangenen
Signale werden dann in einer anderen Umformervorrichtung umgeformt, so daß sie auf
einem oder mehreren Digital- oder Analog-Instrumenten abgelesen werden können.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung läßt sich in Abhängigkeit davon,
wieviel Signalgeber i2i- zugeordnete Empfänger über den Umfang der zueinander rotierenden
Systeme angeordnet werden, unterschiedlich ausbilden. Beispielsweise kann für den
Fall, daß am Umfang nur ein einziger Signalgeber und
Empfänger angeordnet
ist, nur -eine einzige Signalübertragung je Umdrehung erfolgen. Werden dagegen jedem
Signalgeber z.B. vier Empfänger zugeordnet, so ergeben sich vier Signalübertrangungen
(Ablesungen) je Umdrehung. Bei zwei Signalgebern mit zwei zugeordneten Empfänger
lassen sich zwei verschiedene Meßwerte je Umdrehung übertragen. Auf dieser Grundlage
kann mit zahlreichen unterschiedlichen Ubertragungsfrequenzen und Kombinationen
gearbeitet werden.
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Gemäß''der Erfindung lassen sich mehrere Meßstellen mit ein und derselben
tJbertragungseinrichtung bedienen, die aus einem Analog-Digitalumformer und/oder
einer Signalgeber-/ Empfängergruppe und/oder einem Digital-Analog- oder Digital-Digitalumformer
besteht. In diesem Falle ist eine Steuereinheit erforderlich, die die Umschaltung
der Übertragungseinrichtung von der einen MeBstelle auf die nächste steuert.
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Was die vorgenannte Umsteuerung anbelangt, so läßt sich diene bei
der erfindungsgemäßen Einrichtung entweder manuell oder automatisch ausführen. Bei
automatischer Ausführung kann die Steuervorrichtung so ausgebildet sein, daß nach
Übertragung eines Meßwertes die Meßstelle umgeschaltet wird, wobei eine bestimmte
Signalkombination über Geber und Empfänger an einen auf der Empfängerseite angeordneten
Umschalter wirkt. Dieser Umschalter hat die Aufgabe, den empfangenen Meßwert an
dem jeweils zugeordneten Instrument oder der jeweils zugeordneten Registrierstelle
zur Anzeige bzw. zur Registrierung zu bringen. Die Steuervorrichtung Kann ferner
so
eingestellt sein, daß jeder Meßwert mehrmals übertragen wird, bevor die Umschaltung
auf die nächste Meßstelle erfolgt. Weiterhin besteht die Möglichkeit, die Umschaltung
solange zu sperren, bis die Empfängerseite den Empfang des Signals bestätigt hat.
Auf diese Weise erreicht man eine Wechselwirkung zwischen der Sender- und Empfängerseite.
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Weiterhin ist es möglich, die automatische Steuervorrichtung auf der
Empfängerseite anzuordnen.
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Die Ubertragung von Steuersignalen läßt sich mit denjenigen Übertragungseinrichtungen
bewirken, die zur Meßwertermittlung dienen. Auch sind Kombinationen verschiedener
Systeme, wie z.B. eine optische Meßwertübertragung zusammen mit einer Steuersignalübertragung
über Schleifringe und Bürsten möglich.
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Die Energieversorgung des Sender- oder Empfängersystems kann über
Schleifringe und Bürsten geschehen, da im allgemeinen sehr geringe Anforderungen
an die- Qualität der Energieübertragung gestellt werden, wobei Mittel zum Ausgleich
von Schwingungen vorhanden sein können. Wenn sich die Meßstellen z.B. auf den Rotor
einer elektrischen ISaschine befinden, so kann erfindungsgemäß die Energieversorgung
auch auf andere Weise vorgenommen werden. Entweder kann in diesen Falle eine Anzapfung
der Rotorwicklung vorgesehen sein oder man verwendet eine gesonderte Wicklung, in
welcher Spannungen induziert werden, die für die Energieversorgung notwendig sind.
Bei Gleichstrom- und Asynchronmaschinen läßt sich diese
Hilfswicklung
nahezu an beliebiger Stelle anbringen, da der gesamte Rotor von magnetischen Wechselfeldern
durchflutet ist. Auch bei Synchronmaschinen ist es in nahezu allen Fällen möglich,
eine Hilfswicklung in Verbindung mit dem Polschuh und/oder der Dämpfwicklung vorzusehen,
wo magnetische Wechselfelder vorhanden sind.
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Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können Signalverstärker
vorgesehen sein, die mit den übrigen Elementen der Meßwert-Übertragungseinrichtung,
wie dem Umschalter, der Analog/Digital-, Digital/Analog-Umformervorrichtung, der
Steuervorrichtung usw. zusammengebaut sind.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht auch die Möglichkeit,
mehrere Signalarten mittels ein und desselben Gebers und Empfängers, entweder gleichzeitig
oder zeitlich verschoben, dadurch zu übertragen, daß für åede Signalart eine bestimmte
Frequenz vorgesehen wird. Beispielsweise kann der Schleifringsatz, der die Energie
überträgt, zur Übertragung von Meß- und Steuersignalen verwendet werden. Dies kann
z.B. so bewerkstelligt werden, daß die Energie als Gleichstrom zugeführt wird, während
die Signale als Ströme verschiedener Frequenzen übertragen werden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der erfindungegemäßen Einrichtung
dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 in Form eines Blockschaltbildes den generellen Aufbau
einer Neßwert-Ubertragungseinrichtung gemäß der Erfindung;
Fig.
2 in perspektivischer Darstellung eine mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ausgestattete,
mit einem Rotor versehene Maschine.
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In Fig. 1 ist das rotierende System mit 2 und das feststehende System
mit 11 bezeichnet. An dem rotierenden System sind vier Meßstellen 1 angeordnet,
die an einen Umschalter 3 angeschlossen sind. Den Umschalter nachgeschaltet ist
ein Analog-Digitalumformer 4, dem der wirkliche analoge Meßwert zugeführt wird und
der seinerseits die digitalen Signale in verschiedenen Sombinationen an fünf Geber
5 abgibt. An dem feststehenden System 11 sind fünf Empfänger G angeordnet, welche
die digitalen Signale empfangen und an einen Digital-Analogumformer 7 weiterleiten.
Die analogen Ausgangssignale dieses Umformers lassen sich an Instrumenten 9 unmittelbar
ablesen oder registrieren, nachdem sie von einem Umschalter 8 auf die jeweiligen
Instrumente verteilt worden sind.
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Un sicherzustellen, daß; der an einer Meßstelle 1 ermittelte Meßwert
dem richtigen, dieser Meßstelle zugeordneten Instrument 9 zugeführt wird1 empfiehlt
es sich, eine Steuervorrichtung 10 zu verwenden' welche die Umschalter 3 und 8 synchronisiert.
Die Steuersignale werden mit Hilfe von Gebern 12 und Empfängern 13 übertragen. Die
Energieversorgung erfolgt von dem feststehenden System 11 her, an dem ein Generetor
14 angeordnet ist welcher außer den Vorrichtungen 8'., 9 und 10 des stehenden Systems
11 auch die Vorrichtungen
am rotierenden System 2 über den Geber
14 und den Empfänger 15 speist. Die EnergiezuftUirungsleitungen zwischen Generator
14 und den Teilen 7, 8, 9, 10 des stehenden Systems 11 sind der übersichtlichkeit
halber nicht gesondert dargestellt.
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In Fig. 2 ist der mechanische Aufbau der erfindungsgemäßen Übertragungseinrichtung
als Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei diejenigen Elemente, die mit den in Sig.
1 dargestellten Elementen-übereinstimmen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Es bedeuten: 16 eine Welle des rotierenden Teils, 17 die Leitungen zwischen dem
Analog-Digitalumformer 4 und den Geber 5,,18 den Ständer für den Bürstenhalter,
19 die Leitungen zwischen Empfänger 6 und Digital-Analogiumformer 7,- 20 die Leitungen
zwischen den Bürsten und der Steuervorrichtung 16 bzw. dem Generator 14. Bei dieser
Anordnung sind die Geber und Empfänger für die tbertragung von Steuersignalen und
für die Energieübertragung als Bürsten und Schleifringe 13 bzw. 15 ausgeführt.