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Einrichtung zum Messen des durch eine Welle übertragenen Drehmomentes
Es ist eine Einrichtung zum Messen des durch eine Welle übertragenen Drehmomentes
mit zwei Synchrongeneratoren bekannt, deren Rotoren im Abstand einer Meßstrecke
mit der Welle verbunden sind. Dabei sind die Rotorwicklungen der beiden Generatoren
gegeneinandergeschaltet und über einen elektrischen Strommesser geschlossen, der
den Differenzstrom anzeigt, der entsteht, wenn die Rotorströme infolge der durch
das übertragene Drehmoment erzeugten Verdrehung der Welle auf der Meßstrecke in
der Phase gegeneinander verschoben sind. Da unter gewissen Voraussetzungen angenommen
werden kann, daß der Ausschlag am Strommesser der Größe des übertragenen Drehmomentes
entspricht, kann dessen Skala unmittelbar in Einheiten des Drehmomentes geeicht
werden. Diese bekannte Einrichtung hat aber den Nachteil, daß sie dynamisch geeicht
werden muß.
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Dagegen ist bei einer Einrichtung zum Messen des durch eine Welle
übertragenen Drehmomentes mit zwei Synchrongeneratoren, deren Rotoren im Abstand
einer Meßstrecke mit der Welle verbunden sind, wobei die Rotorströme in einer Differenzschaltung
auf ein elektrisches Meßgerät wirken, eine statische Eichung gemäß der Erfindung
dadurch möglich, daß mit der Welle außerdem der Rotor eines dritten Hilfsgenerators
so verbunden ist, daß seine Spannung um go° in der Phase gegenüber den von den beiden
ersten Generatoren im unbelasteten
Zustand der Welle erzeugten Spannungen
verschoben ist und die Differenzschaltung durch ein Nullgalvanometer mittels eines
den Strom des Hilfsgenerators regelnden Widerstandes 'abgeglichen wird, dessen Betrag
als Abbild des zu messenden Drehmomentes dient. In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele
die Schaltungen einiger Einrichtungen zum Messen des 'durch eine Welle übertragenen
Drehmomentes gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei sind die beiden
links und rechts der Meßstrecke auf der nicht gezeichneten Welle befestigten Rotoren
der Synchrongeneratoren mit i und 2 bezeichnet. Auf der gleichen Welle ist z. B.
an Berlinken Seite außerhalb der Meßstrecke der Rotor 3 eines Hilfssynchrongenerators
so befestigt, daß seine Spannung um 9o° in der Phase gegenüber den von den beiden
Generatoren = und 2 im unbelasteten Zustand der Welle erzeugten Spannungen verschoben
ist. Um die Phasenlage genau einstellen zu können, ist der Stator des Hilfsgenerators
vorzugsweise durch ein Feingetriebe verdrehbar angeordnet. Nach einmaliger Einstellung
beim Justieren kann der Rotor 3 mit der Welle fest verbunden werden. Mit 4 ist ein
Nullgalvanometer bezeichnet.
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Bei der in Fig. i dargestellten Schaltung sind die Rotorwicklungen
i und 2 der beiden Generatoren über j e einen Vorwiderstand 5 bzw. 6 gleichsinnig
in Reihe geschaltet. In unbelastetem Zustand der Welle sind die beiden Generatorströme
phasengleich, und die Vorwiderstände 5 und 6 sind so bemessen, daß in dem das Nullgalvanometer
4 enthaltenden Differenzzweig kein Strom fließt. Wird die Welle belastet, so tritt
auf der Meßstrecke zwischen den Rotoren i und 2 eine Verdrehung auf, so daß die
Generatorströme eine dem übertragenen Drehmoment entsprechende Phasenverschiebung
gegeneinander aufweisen. Infolgedessen entsteht im Galvanometer 4 ein Differenzstrom,
der durch den Strom des Hilfsgenerators 3 kompensiert werden kann. Zu diesem Zweck
ist an das Nullgalvanometer 4 zugleich die Rotorwicklung 3 über einen Abgleichwiderstand
7 angeschlossen, dessen einstellbarer Abgriff direkt mit einer Anzeigevorrichtung
8 zum Ablesen des zu messenden Drehmömentes auf einer entsprechend geeichten Skala
9 verbunden ist.
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Sind U1, U2, U3 die von den Rotoren i, 2, 3 bei einer Drehzahl n gelieferten
Spannungen, so ist Ul=Kl-n, U2=kZ-n-e-imrpund U3=-ik3-n, wenn k1, k2, k3 die entsprechenden
Konstanten sind, m die halbe Polzahl der Generatoren ist und p die der Verdrehung
entsprechende Phasenverschiebung. Die entsprechenden Ströme sind dann
wenn R1, R2, R3 die Beträge der entsprechenden Widerstände 5, 6 bzw. 7 sind, vorausgesetzt,
daß die Widerstände der Rotorwicklungen dagegen zu vernachlässigen sind. Außerdem
ist il + 4 = i2. Daraus ergibt sich die Formel
wobei
sein muß. Es ist also
d. h. der Betrag R3 des Abgleichwiderstandes 7 ist abhängig von tg m 99 und damit
auch von der dem übertragenen Drehmoment entsprechenden Verdrehung der Welle. Man
kann deshalb an der entsprechend geeichten Skala 9 unmittelbar die Größe des übertragenen
Drehmomentes ablesen.
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Ist die Bedingung
nicht erfüllt, so muß man auf ein Minimum des Ausschlages am Nullgalvanometer 4
abgleichen. Es wird sich aber empfehlen, die Widerstände R1 und R2 z. B. durch Einstellen
des Widerstandes R2 so zu bemessen, daß der Ausschlag am Galvanometer 4 verschwindet,
wenn die Welle unbelastet läuft. Im übrigen kann die Beziehung zwischen der Phasenverschiebung
cp und dem die Verdrehung der Welle bewirkenden Drehmoment in der üblichen Weise
statisch ermittelt werden.
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Bei der in Fig. i dargestellten Schaltung entspricht dem unbelasteten
Zustand der Welle ein Widerstandsbetrag R3 = co. Dies kann dadurch vermieden werden,
daß die Rotorwicklung des Hilfsgenerators über einen Spannungsteilercviderstand
geschlossen ist und der Abgleichstrom einerseits von einer festen Mittenanzapfung
und andererseits von dem einstellbaren Abgriffkontakt des Spannungsteilerwiderstandes
abgenommen wird. Dadurch wird zugleich erreicht, daß man die Einrichtung, ohne umzuschalten,
auch dann benutzen kann, wenn die Drehrichtung der Welle wechselt.
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Eine solche Anordnung, die im übrigen der Schaltung nach Fig. i entspricht,
ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Die Rotorwicklung 3 ist über zwei Vorwiderstände
io, ro' und einen Spannungsteilerwiderstand ii geschlossen, der mit einer festen
Mittenanzapfung und einem einstellbaren Abgriffkontakt versehen ist, der wieder
mit einer Anzeigevorrichtung 8 zum Ablesen auf einer Skala 12 verbunden ist.
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Im übrigen ist das Nullgalvanometer 4 einerseits an die Mittenanzapfung
und andererseits an den Abgriffkontakt des Spannungsteilerwiderstandes ii über einen
Vorwiderstand 13 angeschlossen.
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In diesem Falle entspricht die Mittelstellung des Abgriffkontaktes
dem unbelasteten Lauf der Welle, und der Abgleich wird j e nach der Drehrichtung
der Welle durch Verstellen des Abgriffkontaktes in der einen oder anderen Richtung
erreicht, wobei die Skala wieder zum Ablesen des übertragenen Drehmomentes geeicht
werden kann.
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In Fig. 3 ist eine Schaltung dargestellt, bei der die Rotorwicklungen
i und 2 der beiden Generatoren über einen Vorwiderstand 14 und das Nullgalvanometer
4 gegensinnig in Reihe geschaltet sind. Dabei entsteht, wenn die welle belastet
ist, infolge der
durch die Verdrehung hervorgerufenen Phasenverschiebung
zwischen den Generatorspannungen ein Differenzstrom, der den Widerstand 1q. durchfließt.
An diesen ist nun der Hilfsgenerator 3 über einen Abgleichwiderstand 7' angeschlossen,
der mittels eines mit der Anzeigevorrichtung 8 verbundenen Abgriffkontaktes so geregelt
werden kann, daß der an dem Widerstand 1q. infolge des Differenzstromes entstehende
Spannungsabfall durch die von dem Strom des Hilfsgenerators 3 erzeugte Spannung
kompensiert wird, was man an dem Verschwinden des Ausschlages am Nullgalvanometer
¢ erkennt. Das zu messende Drehmoment kann dann an einer entsprechend geeichten
Skala g' abgelesen werden. Gegebenenfalls kann auch bei dieser Schaltung als Abgleichwiderstand
eine Anordnung benutzt werden, wie sie in Fig. 2 dargestellt ist.