DD258663A1

DD258663A1 - CIRCUIT ARRANGEMENT FOR SPEED-RELATED CONTROL

Info

Publication number: DD258663A1
Application number: DD29021186A
Authority: DD
Inventors: Berthold Forner; Manfred Conrad; Klaus Goetzel
Original assignee: Ibr Fa Dr
Priority date: 1986-05-14
Filing date: 1986-05-14
Publication date: 1988-07-27

Abstract

Die Schaltungsanordnung bezieht sich auf die Umwandlung periodischer Wechselspannungssignale in eine frequenzproportionale Gleichspannung, die im weiteren Verlauf ausgewertet und in Steuersignale umgesetzt wird. Das Ziel der Erfindung besteht darin, beim kontinuierlichen Durchfahren eines Drehzahlbereiches mit einem Fahrmotor mindestens drei Steuersignale fuer ein Schwingungsmessgeraet bei festgelegten Drehzahlen zu erzeugen, damit der Schaedigungszustand bzw. die Schadensform der eingebauten Waelzlager diagnostiziert werden kann. Es liegt eine Schaltung zugrunde, die eine drehzahlproportionale Gleichspannung liefert, die erfindungsgemaess von einem nachgeschalteten LED-Ansteuerschaltkreis ausgewertet wird. Dadurch koennen ueber die n Lichtemitterdiodenanschluesse des genannten Schaltkreises sowie Transistoren, Spannungsteiler und NAND-Gatter n-1 Steuersignale abgegeben werden (nAnzahl der Lichtemitterdiodenanschluesse). Angewandt wird die Loesung insbesondere zur Diagnose eingebauter Waelzlager elektrischer Fahrmotoren. Ihr Einsatz ist aber auch in Messschaltungen zur Messwertaufnahme bei bestimmten Drehzahlen oder bei Ueberwachungsschaltungen moeglich.The circuit arrangement relates to the conversion of periodic alternating voltage signals into a frequency-proportional DC voltage, which is evaluated in the further course and converted into control signals. The object of the invention is to generate at least three control signals for a Schwingungsmessgeraet at fixed speeds during continuous driving through a speed range with a traction motor, so that the Schaedigungszustand or the damage form of the built-in roller bearing can be diagnosed. It is based on a circuit that provides a speed-proportional DC voltage, which is evaluated according to the invention of a downstream LED drive circuit. As a result, n-1 control signals can be output via the n light-emitting diode terminals of said circuit and transistors, voltage dividers and NAND gates (n number of light emitter diode terminals). The solution is used in particular for the diagnosis of built-in rolling bearings of electric traction motors. However, their use is also possible in measuring circuits for measuring value recording at specific rotational speeds or in monitoring circuits.

Description

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Anwendungsgebiet der Erfindung 'Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur drehzahlabhängigen Steuerung eines Schwingungsmeßgerätes. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Lösung erfolgt bei der Wälzlagerdiagnose von Fahrmotoren auf dem Prüfstand und dient zur Drehzahl-Frequenz-Gleichspannungswandlung mit nachfolgender drehzahlabhängiger Steuersignalerzeugung. Weitere Anwendungsgebiete sind die drehzahlabhängige Steuerung von Meßketten in der Labor- und Betriebsmeßtechnik sowie der Einsatz in Steuereinrichtungen zur drehzahlabhängigen Schaltbefehlserteilung.The invention relates to a circuit arrangement for speed-dependent control of a vibration meter. The use of the solution according to the invention is carried out in the rolling bearing diagnosis of traction motors on the test bench and is used for speed-frequency DC-DC conversion with subsequent speed-dependent control signal generation. Further fields of application are the speed-dependent control of measuring chains in laboratory and operational measuring technology as well as the use in control devices for speed-dependent switching command distribution.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Es sind mehrere Lösungen von Schaltungen mit drehzahlabhängigen Ausgangssignalen bekannt.There are several solutions of circuits with speed-dependent output signals known.

So beschreibt die Patentschrift DD 219632 einen drehzahlabhängigen Grenzwertschalter, der im wesentlichen aus einem digitalen Drehzahlsensor mit nachgeordneter Baugruppe, bestehend aus einem monostabilen Multivibrator, einem UND-Glied und einer Halteschaltung aufgebaut ist.Thus, the patent DD 219632 describes a speed-dependent limit switch, which is essentially constructed of a digital speed sensor with downstream assembly, consisting of a monostable multivibrator, an AND gate and a holding circuit.

Eine Anordnung zur Frequenz- und Drehzahlüberwachung, insbesondere für Schlupffrequenzüberwachung und Feinsynchronisation von elektrischen Maschinen wird in Patentschrift DD 213518 beschrieben.An arrangement for frequency and speed monitoring, in particular for slip frequency monitoring and fine synchronization of electrical machines is described in patent DD 213518.

Ihr Wesen besteht darin, daß der Ausgang des Triggers 1 über eine Rücksetzanordnung, ein Integrierglied und einen Schwellwerttrigger mit dem Dateneingang eines D-Triggers und parallel dazu der Ausgang, des Triggers 1 mit dem Takteingang des D-Triggers verbunden ist.Its essence is that the output of the trigger 1 via a reset device, an integrator and a threshold trigger to the data input of a D-trigger and parallel to the output, the trigger 1 is connected to the clock input of the D-trigger.

Eine weitere Patentschrift DD 214939 befaßt sich mit einer Schaltung zur Grenzwertüberwachung von Frequenzen unter Verwendung eines nachtriggerbaren monostabilen Multivibrators, wobei eine Grenzfrequenz überwachbar ist.Another patent DD 214939 is concerned with a circuit for limit monitoring of frequencies using a retriggerable monostable multivibrator, wherein a cut-off frequency can be monitored.

In der DE OS 2533662 wird eine Schaltungsanordnung zum Umsetzen einer Impulsfolgefrequenz in einen dazu proportionalen Meßwert beschrieben. Diese bezieht sich auf die Abtastung bewegter Teile, wobei die Teilung der abgetasteten Marken nicht konstant zu sein braucht.In DE OS 2533662 a circuit arrangement for converting a pulse repetition frequency into a measured value proportional thereto is described. This refers to the scanning of moving parts, where the pitch of the scanned marks need not be constant.

Weiterhin beschreibt die DE OS 2155834 eine elektronische Einrichtung zur Messung der Frequenz von periodischen elektrischen Signalen, insbesondere zur Verwendung als Blockier- und Schleuderschutzeinrichtung bei Fahrzeugen.Furthermore, DE OS 2155834 describes an electronic device for measuring the frequency of periodic electrical signals, in particular for use as a blocking and anti-skid device in vehicles.

Bekannt sind auch durch die DE OS 2726976 eine Schaltung zur Frequenz-Spannungs-Wandlung und durch die DE OS 3208632 eine Anordnung zur Drehzahlsteuerung von Motoren, indem eine drehzahlproportionale Frequenz erzeugt und in eine Gleichspannung gewandelt wird. Diese wird mit einer Bezugs-Gleichspannung verglichen.Also known from DE OS 2726976 a circuit for frequency-voltage conversion and by DE OS 3208632 an arrangement for speed control of motors by a speed-proportional frequency is generated and converted into a DC voltage. This is compared with a reference DC voltage.

Allen aufgeführten technischen Lösungen haftet der Nachteil an, daß die Anzahl der realisierbaren drehzahlabhängigen Schaltpunkte auf einen oder zwei begrenzt ist.All listed technical solutions have the disadvantage that the number of feasible speed-dependent switching points is limited to one or two.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, unter Verzicht auf ein Drehzahlmeßgerät und die manuelle Bedienung eines Schwingungsmeßgerätes durch einen Bediener eine einfache elektronische Schaltungsanordnung zur Befehlssignalerzeugung für das Schwingungsmeßgerät bei mindestens drei festgelegten Drehzahlen zu schaffen und damit stets gleiche Voraussetzungen für die Messungen zu realisieren.The object of the invention is to provide waiving a tachometer and the manual operation of a vibration meter by an operator a simple electronic circuitry for command signal generation for the vibration at least three fixed speeds and thus always to realize the same conditions for the measurements.

Die Frequenzanalyse des von rotierenden Wälzlagern hervorgerufenen Körperschalls muß zur Reproduzierbarkeit der Meßergebnisse bei konstanten Drehzahlstufen durchgeführt werden.The frequency analysis of the structure-borne noise caused by rotating bearings must be carried out for reproducibility of the measurement results at constant speed levels.

Durch die Nutzung eines oder mehrerer LED-Ansteuerschaltkreise können η — 1 Schaltpunkte in schaltungstechnisch sehr einfacher Form gewonnen werden. Die Schaltungsanordnung trägt zur kostengünstigen Gestaltung des Wälzlagerdiagnosemeßplatzes bei, da der materielle Aufwand an elektronischen Bauelementen für ihren Aufbau wesentlich niedriger liegt als bei der Benutzung eines Drehzahlmeßgerätes und einer Drehzahlregeleinrichtung für den zu diagnostizierenden Fahrmotor. Fehlmessungen und damit Fehldiagnosen durch Ablesefehler werden ausgeschlossen. Die Schaltungsanordnung ermöglicht die Automatisierung der Meßwertaufnahme, -verarbeitung und -ausgabe.By using one or more LED drive circuits, η - 1 switching points can be obtained in very simple circuit design. The circuit arrangement contributes to the cost-effective design of Wälzlagerdiagnosemeßplatzes, since the material cost of electronic components for their construction is much lower than when using a Drehzahlmeßgerätes and a speed control device for the traction motor to be diagnosed. Incorrect measurements and thus misdiagnosis due to reading errors are excluded. The circuit arrangement enables the automation of the measured value recording, processing and output.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahl-Frequenz-Gleichspannungswandlung zu entwickeln, mit der unter Ausnutzung der Ein- und Ausschaltcharakteristik der LED-Ströme eines LED-Ansteuerschaltkreises die Möglichkeit geschaffen wird, während des Durchfahrens eines Drehzahlbereiches bei vorbestimmten Drehzahlen Steuersignale zur Steuerung eines Schwingungsmeßgerätes zu erzeugen.The invention has for its object to develop a circuit arrangement for speed-frequency DC voltage conversion, with the use of the on and off characteristics of the LED currents of a LED drive circuit, the possibility is created while driving through a speed range at predetermined speeds control signals for To generate control of a vibration meter.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe derart gelöst, daß eine ferromagnetische Zahnscheibe als Impulsgeber auf der Läuferwelle eines zu diagnostizierenden elektrischen Fahrmotors montiert und durch einen magnetischen Aufnehmer abgetastet wird. Ein nachgeschalteter Triggerschaltkreis wandelt die erzeugte sinusförmige Wechselspannung in eine rechteckförmige Wechselspannung um, die ein monostabiler Multivibrator verarbeitet und am Ausgang eine frequenzproportionale bzw. drehzahlproportionale Gleichspannung bereitstellt. Diese Spannung gelangt an die Komparatorkette eines LED-Ansteuerschaltkreises, wo sie mit den dort anliegenden Teilspannungen verglichen wird. Durch Auswahl und Belegung entsprechender LED-Anschlüsse des LED-Ansteuerschaltkreises werden die gewünschten Drehzahlstufen, bei denen ein Ausgangssignal abgegeben werden soll, festgelegt. Das geschieht derart, daß jeweils die beiden benachbarten LED-Anschlüsse mit der Basis je eines nachgeschalteten Transistors verbunden sind. Bei Erreichen der vorgewählten Drehzahl in einem engen Bereich sind beide benachbarten Anschlüsse leitend, und die Transistoren steuern durch. Ein jedem Transistor nachgeschalteter Spannungsteiler erzeugt ein High-Spannungssignal im TTL-Pegel. Beide TTL-Signale gelangen an ein NAND-Gatter, das beim Anliegen beider High-Signale am Ausgang ein Low-Signal im TTL-Pegel abgibt. Dieses dient einem nachgeschalteten Schwingungsmeßgerät als Befehlssignal.According to the invention, the object is achieved in such a way that a ferromagnetic toothed disk is mounted as a pulse generator on the rotor shaft of an electric driving motor to be diagnosed and is scanned by a magnetic sensor. A downstream trigger circuit converts the generated sinusoidal AC voltage into a rectangular AC voltage, which processes a monostable multivibrator and provides a frequency-proportional or speed-proportional DC voltage at the output. This voltage is applied to the comparator chain of an LED drive circuit, where it is compared with the partial voltages applied there. By selecting and assigning corresponding LED connections of the LED drive circuit, the desired speed stages at which an output signal is to be output are determined. This is done in such a way that in each case the two adjacent LED terminals are connected to the base of a respective downstream transistor. Upon reaching the preselected speed in a narrow range both adjacent terminals are conductive, and the transistors are controlled by. A voltage divider connected downstream of each transistor generates a high voltage signal in the TTL level. Both TTL signals are sent to a NAND gate, which outputs a low signal in the TTL level when both high signals are applied to the output. This serves a downstream vibration meter as a command signal.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung in Form eines Übersichtsplanes.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment. The accompanying drawing shows the circuit arrangement according to the invention in the form of an overview plan.

Aufbau und Wirkungsweise der Schaltungsanordnung:Structure and mode of operation of the circuit arrangement:

Ein Fahrmotor 1 befindet sich auf einem Prüfstand 6. Eine auf einer Läuferwelle 2 montierte ferromagnetische Zahnscheibe 3 erzeugt bei Rotation in einem magnetischen Aufnehmer 4 eine sinusförmige Wechselspannung, deren Frequenz der Drehzahl und der Zähnezahl proportional ist und deren Amplitude in einem Amplitudenbegrenzer 7 begrenzt wird. Ein Triggerschaltkreis 8 formt die sinusförmige in eine rechteckförmige Wechselspannung um, die ihrerseits in einem Differenzierglied 9 in Sägezahnimpulse zur weiteren Verarbeitung in einem monostabilen Multivibrator 10 umgewandelt wird. Ein Integrierglied 11 am Ausgang des monostabilen Multivibrators 10 dient der Erzeugung einer frequenzproportionalen Gleichspannung. Diese gelangt als Steuerspannung an die Komparatorkette eines LED-Ansteuerschaltkreises 12 und aktiviert bei entsprechender Höhe und in Abhängigkeit einer einstellbaren Referenzspannung nacheinander die einzelnen LED-Anschlüsse. Diese werden jedoch nicht mit LED, sondern entsprechend der gewünschten Schaltdrehzahl mit Widerständen 13 beschaltet. Bei aktiviertem Anschluß wird ein zugehöriger Transistor 14 durchgesteuert, so daß an einem Spannungsteiler 16 und somit auch an einem NAND-Gatter 18 ein High-Signal im TTL-Pegel ansteht. Wenn die Steuerspannung weiter ansteigt, wird auch der benachbarte Anschluß aktiv. In einem engen Drehzahlbereich um einen bestimmten Drehzahlwert sind beide benachbarten Anschlüsse aktiv. Demzufolge sind beide Transistoren 14 und 15 leitend und an beiden Spannungsteilern 16 und 17 werden High-Signale erzeugt. Diese werden im NAND-Gatter 18 verknüpft und am Ausgang desselben findet ein High-Low-Sprung statt, der den Bedingungen des Interface S11.2 genügt. Der Sprung bewirkt in einem Schwingungsmeßgerät 19 über dessen Steuersignaleingang den Befehl zur Speicherung und zur Analyse des durch einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer 5 aufgenommen und in einem Integrierverstärker 20 verstärkten Körperschallspektrums. Ein Meßwertdrucker 21 registriert die Meßwerte. Diese charakterisieren den Schädigungszustand und die Schadensform eines zu diagnostizierenden Fahrmotorwälzlagers.A traction motor 1 is located on a test stand 6. A mounted on a rotor shaft 2 ferromagnetic sprocket 3 generates a sinusoidal alternating voltage during rotation in a magnetic pickup 4, the frequency of the rotational speed and the number of teeth is proportional and the amplitude is limited in an amplitude limiter 7. A trigger circuit 8 converts the sinusoidal into a rectangular alternating voltage, which in turn is converted in a differentiating element 9 into sawtooth pulses for further processing in a monostable multivibrator 10. An integrator 11 at the output of the monostable multivibrator 10 serves to generate a frequency-proportional DC voltage. This passes as a control voltage to the comparator chain of an LED drive circuit 12 and activated at the appropriate height and in dependence of an adjustable reference voltage successively the individual LED connections. However, these are not connected with LED, but according to the desired switching speed with resistors 13. When activated connection, an associated transistor 14 is turned on, so that at a voltage divider 16 and thus also at a NAND gate 18, a high signal in the TTL level is present. As the control voltage continues to increase, the adjacent terminal also becomes active. In a narrow speed range around a certain speed value, both adjacent connections are active. As a result, both transistors 14 and 15 are conductive and high voltage signals are generated at both voltage dividers 16 and 17. These are linked in the NAND gate 18 and at the output of the same takes place a high-low jump, which satisfies the conditions of the interface S11.2. The jump causes in a vibration meter 19 via its control signal input the command for storage and analysis of the received by a piezoelectric accelerometer 5 and amplified in an integrating amplifier 20 structure-borne sound spectrum. A measured value printer 21 registers the measured values. These characterize the state of damage and the form of damage of a motorized roller bearing to be diagnosed.

Claims

-1- 258 66 Z claim for invention:

1. Circuit arrangement for the rotational speed-dependent control of a vibration meter for the ' ¹ «Wälzlagerdiagnose of traction motors, characterized in that on a rotor shaft (2) of a test stand (6) stationary drive motor (1) a ferromagnetic toothed disc (3) is mounted, which is a magnetic Transducer (4) for generating an alternating voltage during rotation of the rotor shaft (2) faces contactlessly, then a trigger circuit (8) and a monostable multivibrator (10) are assigned to a LED drive circuit (12) for determining the speed levels with appropriately connected transistors (14) and (15) and voltage dividers (16) and (17), followed by a NAND gate (18) is coupled and a vibration meter (19) completes the circuit.

2. A circuit arrangement according to item 1, characterized in that a piezoelectric accelerometer (5) via an arrangement for rolling bearing diagnosis mechanically coupled to a bearing plate of the drive motor (1), the recorded structure-borne sound spectrum via an amplifier (20) for Schwingungsmeßgerät (19) passes and the measured values obtained are fed to a measured value printer (21) and registered there.