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Prüfstandsbremse
Bekannt sind Bremsdynamometer, bei denen der Messkörper pendelnd in Kugellagern gelagert ist und bei denen die Drehmomente über einen Arm auf eine mechanische Waage übertragen und dort zur Anzeige gebracht werden. Mechanische Waagen haben auf Grund ihres Messsystems durch die übliche Verwendung der Pendel verhältnismässig grosse Messwege, die allein schon durch die Übertragung der Messwerte auf den Zeiger des Anzeigeinstruments erforderlich sind. Diese grossen Messwege haben den Nachteil, dass der Einfluss der Verbindungen zwischen Messkörper und der feststehenden Grundplatte die Messung beeinträchtigt. Ausserdem muss der Messkörper ausbalanciert sein. Durch die Verwendung von meistens sehr grossen Kugellagern zur pendelnden Lagerung des Messkörpers tritt weiter eine Beeinflussung der exakten Messung ein.
Da diese Lager nur statisch belastet werden, arbeiten sich die Kugeln in die Aussenund Innenringflächen ein. Speziell bei Dieselmotoren und Zweitaktern tritt diese Erscheinung nach kurzer Zeit in starkem Masse auf.
Ferner ist bekannt, Kraft- oder Arbeitsmaschinen, welche zur elektrodynamischen Leistungsmessung dienen, in der Weise zu lagern, dass das von dem Gehäuse der elektrischen Maschine auf das Fundament ausgeübte Reaktionsmoment mittels elektrischer Druckmessdosen messbar ist, wobei die elektrischen Druckmessdosen zur Lagerung des Gehäuses der Messmaschine dienen, indem an beiden Längsseiten des Gehäuses Lagerarme vorgesehen sind, mittels deren das Gehäuse zwischen Paaren von Druckmessdosen in einer durch die Drehachse der Maschine gehenden Ebene eingespannt ist. Diese Art der Lagerung besitzt jedoch den Nachteil, dass die Messdosen durch das Gewicht von Stator und Rotor mit einer Kraft vorbelastet sind, welche ein Vielfaches der eigentlichen Messkraft beträgt.
Es ist nicht möglich, die Empfindlichkeit einer Messdose ausreichend gross zu halten, wenn diese-z. B. bei insgesamt vier Messdosen - mit 800/4=200 kg vorbelastet ist und hiebei dann noch einen Messwert von 0, 200/4 = 0, 050 kg anzeigen soll. Dem Messwert steht in jedem Fall - auch bei den oberen, nicht durch das Gewicht des Messkörpers belasteten Messdosen-das Gewicht des Messkörpers entgegen. Eine genaue Messung ist infolgedessen mit dieser Anordh nung nicht durchführbar. - Ausserdem haben die bekannten Druckmessdosen zwar den Vorteil, dass sie nur einen verhältnismässig kleinen Raumbedarf haben ; ihre Nachteile machen sie aber praktisch ziemlich wertlos.
Die bekannte Messfeder wird nämlich durch ein und dieselbe Belastung in dem keilförmig gestaltetenEndteil nach dessen Stirnseite zu in wachsendem Masse gedehnt und in Keilquerschnitt ungleichmässig beansprucht. Zusammen mit der beträchtlichen Keilflächenreibung ergibt sich daraus eine zu geringe Messgenauigkeit, als dass solche Dosen für eichfähige Waagen und andere Präzisionsmessgeräte verwendet werden könnten. Auch lassen sich die Messdosen nicht justieren. Ferner werden Drehschwingungen mitübertragen, da die Drehmomentarme zusammen mit den Messdosen fest verspannt sind.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Prüfstandsbremse zu schaffen, welche diese Nachteile vermeidet. Die Lösung wird dabei in der Weise herbeigeführt, dass ihre Bremsenstator auf Flüssigkeitspolstern, von denen sich jeweils zwei gegenüberliegende im Ausgleich befinden, gelagert ist, und dass zur Messung der Drehmomente in eine Kompensationsmessbrücke eingeschaltete mit Dehnungsmessstreifen arbeitende jDrehmomentgeber angeordnet sind, auf welche der Bremsenstator in dehnendem oder verkürzendem Sinne wirkt ; dabei werden die mechanischen Grössen in elektrische Messwerte umgewandelt, da die Dehnung der Streifen eine Widerstandsänderung hervorruft. Es können ein oder mehrere
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gegeneinander versetzte Paare von Dehnungsmessstreifen angeordnet werden.
Zum Messender elektrischen Grössen dient eine Kompensationsmessbrücke, mit der man Dehnungen von 10-5 (bezogen auf die Länge des Dehnungsstreifenträgers) messen kann und die jederzeit ohne Schwierigkeiten und ohne Spezialkenntnisse-im Gegensatz zur mechanischen Waage - eine Nachjustierung zulässt. Die Messwerte können direkt in"Kilogramm"bzw."Meter-Kilogramm"geeicht an einem Anzejgeinstrument abgelesen werden. Wird
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äusserst geringe Ausschläge am Messkörper, die praktisch als weglos anzusprechen sind. Dabei bedeuten "e"die prozentuale Längenänderung,"A L"die tatsächliche Längenänderung und "L" die Länge des Deh- nungsmessstreifens.
Die hydraulische Lagerung desBremsenstators besteht dabei aus auf demFundamentrah- men angeordneten Hydraulikzylindern, derenFlüssigkeitspolsterobep durch Membranen abgeschlossen sind, und aus an den Lagerschilden des Bremsenstators angeordneten Bolzen, welche auf den von den Flüssigkeitspolstern getragenen Membranen ruhen. Dabei sind die einem Lagerschild zugeordneten Hydraulikzylinder durchAusgleichsleitungen miteinander verbunden. Die dämpfende Wirkung dieser Anordnung ge-
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Am Bremsenstator ist oben und unten je ein vertikaler Drehmomenthebel in Form eines Gabelstückes angeordnet. Eine Vorbelastung der Messvorrichtung ist damit ausgeschlossen.
Das Gabelstück umschliesst eine in der Mitte eines die vorgespannten Dehnungsmessstreifenträger verbindenden Bügels angeordnete Rolle, so dass der eine Dehnungsmessstreifen gezogen wird, während auf den andern Dehnungsmessstreifen : ein Druck ausgeübt wird.
Vorzugsweise sind je zwei mit Dehnungsmessstreifen versehene Dehnungsmessstreifenträger in Reihe miteinander mechanisch zu einem Paar verbunden und in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht, wobei das Ganze den Drehmomentgeber bildet.
Mit Hilfe von Muttern und Tellerfedern lassen sich die in Buchsen, welche mit Hilfe von Schraubenbolzen in einem Halter bei Anordnung im oberen Teil bzw. im Fundamentrahmen bei Anordnung im unteren Teil befestigt sind, untergebrachten Dehnungsmessstreifenträger und damit auch die Messstreifen
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federn so stark vorgespannt, dass ihre Vorspannung höher als der maximal zu messende Wert ist. Hiedurch werden eine einwandfreie Nullstellung und gleichzeitig eine einwandfreie Dämpfung der Apparatur gewährleistet. Die Nachteile einer Druckmessdose sind damit vermieden.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Prüfstandsbremse schematisch dar, u. zw. zeigen Fig. 1 eine Draufsicht, Fig. 2 einen Teilschnitt nach der Linie 2 - 2 gemäss Fig. 1, Fig. 3 einen Teilschnitt nach der Linie 3 - 3 gemäss Fig. 1 und Fig. 4 einen Schnitt durch den Drehmomentgeber und seine Halterung, ferner das Schaltungsschema.
Auf einem Fundamentrahmen 1 sind vier Hydraulikzylinder 2 angeordnet, welche oben durch von Flüssigkeitspolstern 3 getragene : Membranen 4 abgeschlossen sind. Auf diesen ruht mit seinen beiden Lagerschilden 5 unter Zwischenschaltung von Bolzen 6 der Bremsenstator 8. Die Flüssigkeitspolster 3 der einem Lagerschild 5 zugeordneten Hydraulikzylinder 2 sind durch je eine Ausgleichs-Rohrleitung 9 miteinander verbunden. Je zwei Dehnungsmessstreifen 19a, 19b sind auf ihren Trägern 10a und lOb in Buchsen 11 untergebracht, die ihrerseits mit Hilfe von Schraubenbolzen 12 in dem Halter 13 (oben) bzw. in dem Fundamentrahmen 1 (unten) befestigt sind. Die paarweise angeordnetea-Dehmungsmessstreifen 19a, 19b sind mitsamt ihren Trägern 10a und 10b mit Hilfe von Muttern 14 und der Tellerfedern 15 in den Buchsen 11 vorgespannt.
Die Dehnungsmessstreifenträger 10a und lOb sind durch einen Bügel 16 miteinander verbunden, in dessen Mitte eine Rolle 17 angeordnet ist. Diese ist von einem am Bremsenstator 8 befestigten GabelstUck 18 umschlossen und überträgt je nach der Drehrichtung das Drehmoment des hydraulisch gelagerten Bremsenstators 8 auf die Drehmomentgeber. Auf den Dehnungsmessstreifenträgern 10a und lOb sind gegen das Gehäuse isolierte Dehnungsmessstreifen 19a und 19b angeordnet, zu welchen die Drehkondensatoren, 20a und 20b parallel liegen. Je ein Dehnungsmessstreifen 19a, 19b und 1e ein parallel geschalteter Drehkondensator 20a, 20b bilden je einen äusseren Brückenzweig der Kompensationsmessbrücke. Zwei weitere Drehkondensatoren 21a, 21b bilden den dritten und vierten Brückenzweig.
Das Anzeigeinstrument22 liegt zwischen dem Verbindungspunkt 23 der beiden Dehnungsmessstreifen 10a, lOb und zwischen dem Verbindungspunkt 24 der beiden Drehkondensatoren 21a, 21b, wobei ihm eine Hintereinanderschaltung 25 eines Verstärkers, eines Bandfilters sowie eines Ringmodulators
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vorgeschaltet ist. Die Messspannung liefert ein netzgespeisterOszillator 26 über einenHochfrequenztrans - formator 27. Die Leitung 28 liefert die Netzspannung für die Hintereinanderschaltung 25 des Verstärkers, Bandfilters sowie Ringmodulators.
Die Anwendungs- und Wirkungsweise der erfindungsgemässen PrUfstandsbremse ist folgende :
Der Rotor wird mit dem Prüfling in an sich bekannter Weise über die Kupplung 7 verbunden. Vor der Messung wird die Kompensationsmessbrücke mit Hilfe der Drehkondensatoren 20a, 20b und 21a, 21b so abgeglichen, dass das Anzeigeinstrument 22 auf Null steht. Sobald der Prüfling läuft, wird das Drehmoment in an sich bekannter Weise auf den Bremsenstator 8 übertragen, welcher mittels der Gabelstücke 18, Rollen 17 und Bügel 16 die Dehnungsmessstreifen 19a, 19b be-bzw. entlastet. Infolge der damit verbundenen Widerstandsänderung wird das Gleichgewicht der Kompensationsmessbrücke gestört, so dass das Anzeigeinstrument einenAusschlag entsprechend der Grösse des Drehmoments zeigt.
Da die Längenänderung der Dehnungsmessstreifen 19a, 19b in der Grössenordnung von 5. 10-4 liegt, so tritt eine sichtbare Winkel- änderung des Bremsenstators 8 überhaupt nicht auf. Infolgedessen braucht die Lagerung nicht in eine Drehbewegung zulassenden Kugel- oder Wälzlagern zu erfolgen, sondern kann auf gegen Erschütterungen weniger empfindlichen Teilen, vorzugsweise auf einem Hydraulikpolster vorgenommen werden. Eine Vorbelastung der Messvorrichtung durch das Gewicht von Stator und Rotor findet hiebei nicht statt. Ebensowenig besitzt die verwendete Messvorrichtung die Nachteile der bekannten Druckmessdosen. Infolge der Vorspannung, welche den Drehmomentgebern gegeben wird, ist die Dämpfung sehr gross, ebenso wie die Empfindlichkeit des Messsystems.
Mechanische Waagen werden zwar mit zunehmender Dämpfung unempfindlicher ; bei den erfindungsgemässen Drehmomentgebern bleibt aber die Empfindlichkeit trotz hoher Dämpfung erhalten. Die Vorspannung bewirkt ferner, dass der Bremsenstator 8 und damit die Anzeige immer einwandfrei auf Null zurückgeht ; infolgedessen ist die Nullage immer konstant.
PATENTANSPRÜCHE :
1. PrUfstandsbremse, dadurch gekennzeichnet, dass ihr Bremsenstator (8) auf Flüssigkeitspolstem, von denen sich jeweils zwei gegenüberliegende im Ausgleich befinden, gelagert ist, und dass zur Messung der
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