AT393167B - Torsionselement und verwendung eines solchen bei einer einrichtung zur messung von reibungskraeften - Google Patents

Description

AT 393 167 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Torsionselement, insbesondere zur Messung der Reibungskräfte von rotierenden Systemen, vorzugsweise Lagern, bei unterschiedlichen Belastungen der Systeme, von denen ein Teil in einer Halterung gehalten ist, über die die Belastung in das zu messende System einleitbar ist und die durch die Reibungskräfte des zu messenden Systems aus einer Ruhelage ausleiikbar ist.

Bei Messungen der Reibungskräfte von Lagern oder von Gleitsystemen ergibt sich stets das Problem, daß einerseits relativ kleine Kräfte gemessen werden sollen und anderseits die zu messenden Systeme mit sehr erheblichen Radial- oder Axiallasten beaufschlagt werden müssen.

Bei den bekannten Einrichtungen zur Messung von Reibungskräften von Lagern ist eine frei drehbare Halterung vorgesehen und mit einem radial abstehenden Arm verbunden, an dem Belastungsgewichte befestigbar sind. Dabei ist das Maß der Auslenkung des im Mittel der Halterung angeordneten Armes ein Maß für die Reibung im zu prüfenden rotierenden System, das über eine Welle antreibbar ist

Die Auslenkung des Armes kann dabei mit verschiedenen Einrichtungen gemessen werden.

Der Nachteil der bekannten Einrichtungen liegt darin, daß die Gleitsysteme aus Gründen der Handhabbarkeit nur beschränkt radial belastbar sind. So müssen bei den bekannten Einrichtungen die Belastungsgewichte praktisch von Hand aus an den Arm angehängt werden.

Außerdem »'gibt sich bei den bekannten Einrichtungen auch der Nachteil, daß die Messungen verhältnismäßig störanfällig sind. So geht jeder Montagefehler des zu untersuchenden Systems in einer Halterung sehr erheblich und nicht kontrollierbar in die Messungen ein.

Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu vermeiden und ein Torsionselement vorzuschlagen, das einerseits empfindlich auf Tarsionskräfte reagiert und anderseits gleichzeitig die Einleitung hoher Radialkräfte ohne Störung der Messung der Torsionskräfte ermöglicht.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß das Torsionselement in axialer Richtung zwischen zwei vollen Endstücken durchgehende Stege aufweist, wobei der Querschnitt des Torsionselementes durch mindestens zwei zueinander in einem Winkel stehende Achsen symmetrisch gebildet ist und der Bereich des Schnittpunktes der Symmetrieachsen masseerfüllt ist und die Stege im Querschnitt gegebenenfalls eine Krümmung aufweisen.

Durch diese Ausbildung des Torsionselementes ist gewährleistet, daß es biegesteif ist und daher hohe Biegekräfte übertragen kann, die als Meßbelastung in das zu messende System eingebracht werden können. Bei Versuchen hat sich auch gezeigt, daß es auch bei Einleitung sehr hoher Radiallasten in das zu messende System über das Torsionselement zu keiner Beeinträchtigung der Meßergebnisse kommt.

Eine besonders zweckmäßige Ausbildung eines erfindungsgemäßen Torsionselementes ergibt sich, wenn das Torsionselement zwei einander im rechten Winkel kreuzende Stege aufweist.

Weiters kann auch vorgesehen sein, daß das Torsionselement einen im wesentlichen H-förmigen Querschnitt, dessen Quersteg gegebenenfalls von einem Zwischensteg gekreuzt ist, aufweist.

In beiden Fällen ergibt sich eine weitgehend biegesteife Ausbildung des Torsionselementes, wobei sich aber eine im Hinblick auf die Torsionssteifigkeit eher weiche Konstruktion ergibt, sodaß es auch bei kleineren Torsionskräften zu merklichen gegenseitigen Verdrehungen der beiden Endstücke des Torsionselementes kommt

Bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Torsionselementes in einer Einrichtung zur Messung der Reibungskräfte von Lagern ergibt sich auch der Vorteil, daß das Meßsystem verhältnismäßig klein ausgebildet sein kann und die Belastung des rotierenden Systems auf einfache Weise verändert werden kann. So ermöglicht der Verzicht auf die relativ sperrige Lösung der mit einem Arm versehenen Halterung und Messung der Auslenkung dieses Armes das Einleiten von radialen Kräften durch eine Zylinder-Kolbenanordnung, was eine wesentliche Vereinfachung der Messung darstellt

Erfindungsgemäß wird bei Verwendung eines erfindungsgemäßen Torsionselementes in einer Einrichtung zur Messung von Reibungskräften bei unterschiedlichen Belastungen der zu messenden Systeme, von denen ein Teil in einer Halterung gehalten ist, über die die Belastung in das zu messende System einleitbar ist und die durch die Reibungskräfte des zu messenden Systems aus einer Ruhelage auslenkbar ist, vorgeschlagen, daß das vorzugsweise in dessen Längs- und Querrichtung und in einer zu diesen beiden Richtungen senkrechten Richtung verstell- und feststellbar gehaltene Torsionselement mit seinem einen Ende mit einem Hebel verbunden ist, der um eine quer zur axialen Erstreckung des Torsionselementes verlaufenden Achse schwenkbar ist und an dem eine Last in einer senkrecht zur Achse stehenden Ebene in beliebiger Richtung, vorzugsweise mittels einer mit einem Druckmedium beaufschlagbaren Zylinder-Kolbenanordnung oder einer Federanordnung einleitbar ist.

Dies ermöglicht einen einfachen Aufbau der Meßanordnung, die auch eine einfache Durchführung der Messungen ermöglicht Weiters wird dadurch auch eine einfache Einstellung in einer horizontalen Ebene zentrisch zum zu messenden System bzw. der dieses antreibenden Welle ermöglicht

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung näher erläutert

Dabei zeigt

Fig. 1 und 2 zeigen schematisch Meßeinrichtungen und

Fig. 3 bis 12 Querschnitte von erfindungsgemäßen Torsionselementen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Einrichtung ist ein Torsionselement (1) mit einem zweiarmigen Hebel (2) verbunden, der axial an das Torsionselement (1) anschließt

Dieser Hebel (2) ist um eine quer zur Achse des Torsionselementes (1) verlaufende Achse (3) schwenkbar -2-

AT 393 167 B gehalten, wobei die Achse (3) selbst in Lagerböcken (4) gehalten ist, die in axialer Richtung des Torsionselementes (1) verschiebbar gehalten sind. Die Lagerböcke (4) sind dabei auch quer zur Längsachse des Torsionselementes (1) verstell- und feststellbar gehalten.

Der eine Arm des Hebels (2) ist dabei im wesentlichen durch das Torsionselement (1) gebildet und der zweite Arm des zweiarmigen Hebels (2) stellt den Belastungsarm dar, an dem eine Spanneinrichtung (7) angreift, die durch eine Feder (8) gebildet ist, die an dem Hebel (2) und einem in einer Ringnut (6) verschiebbar gehaltenen Gleitstein (5) angreift. Die von dieser Spanneinrichtung auf den Hebel (2) ausgeübte radiale Kraft hängt dabei von dem Winkel ab, den die Spanneinrichtung (7) mit dem Hebel (2) einschließt Dies ermöglicht auf sehr einfache Weise eine sehr feinfühlige und genaue Einstellung der Belastung des zu untersuchenden Systems. Dabei kann auch eine Belastung von Null eingestellt werden. Es ist dazu lediglich erforderlich einen solchen Winkel zwischen der Spanneinrichtung (7) und dem Hebel (2) einzustellen, daß die allenfalls vorhandene Ungleichheit des von der optischen Meßeinrichtung (11), (12), (14) und dem Meßarm (15) samt Reibstift (16) herrührenden Momentes ausgeglichen wird.

Damit ist das Torsionselement (1) in drei zueinander senkrecht stehenden Richtungen gegenüber der Aufnahme (13) sowohl in der Höhe wie auch in dessen axialer Richtung verstellbar gehalten. Weiters ist der Lagerbock (4) auch in Richtung der Achse (3) verstellbar gehalten.

An den beiden Endstücken (10) und (10*) des Torsionselementes sind Teile eines optischen Meßsystems angeordnet, das im wesentlichen aus einer Lichtquelle (11) und einer Blende (12) besteht, die beide an mit den Endstücken (10) und (10') verbundenen Armen (14) befestigt sind. Dabei stellt die Abweichung des Schattens, den die Blende wirft, von voreingestellten Marken ein Maß für die auf das Torsionselement (1) einwirkende Torsionskraft dar. Das Endstück (10) des Torsionselementes (1) ist weiters mit einem Meßarm (15) verbunden, der radial absteht und an seinem freien Ende einen Reibstift (16) hält, der an den Gleitflächen (17), (17') des zu untersuchenden Systems, z. B. ein Gleitring (18), das in der Aufnahme (13) gehalten ist, anliegt.

Durch die allseitige Verstellbarkeit der Lagerböcke (4) und die Spanneinrichtung (7) können dabei die Anpreßkräfte des Reibstiftes (16) an den Gleitflächen (17), (17') entsprechend eingestellt werden.

Diese Aufnahme (13) wird über eine Präzisionsspindel (19), die mit einer Riemenscheibe (20) drehfest verbunden ist, von einem Motor (21) angetrieben.

Die Ausführungsform gemäß der Fig. 2 unterscheidet sich von jener nach der Fig. 1 im wesentlichen durch die Ausbildung des Hebels (2) als einarmigen Hebel, in dessen dem Torsionselement (1) zugekehrten freiem Ende eine mit (Q) bezeichnete Belastungseinrichtung, die z. B. durch eine Zylinder-Kolbenanordnung gebildet sein kann, angreift.

Die an dem Torsionselement (1) befestigte optische Meßeinrichtung (11), (12'), (14) entspricht im wesentlichen jener nach der Fig. 1, nur, daß statt einer Blende ein Skalenfeld (12') vorgesehen ist, auf dem sich der von der Lichtquelle (11) ausgesandte Lichtzeiger abbildet.

An dem Endstück (10) des Torsionselementes (1) ist weiters ein Schneidenkopf (22) drehfest gehalten, der mit seiner Schneide (23) in eine entsprechende V-förmige Vertiefung (24) eines Prüfblockes (25) eingreift, wobei aber der Öffnungswinkel der V-förmigen Vertiefung wesentlich größer als der Schneidenwinkel des Schneidenkopfes (22) ist.

Dieser Prüfblock (25) liegt auf einem umlaufenden Band (26) auf, das gemeinsam mit dem Prüfblock (25) das zu untersuchende System bildet.

Wesentlich bei beiden Ausführungsformen ist, daß die radialen Belastungen des zu untersuchenden Systems über das Torsionselement (1) eingeleitet werden. Dabei ist es wesentlich, daß das Torsionselement (1) biegesteif ausgebildet ist und sich trotzdem auch bei geringen Torsionsbelastungen ein möglichst großer gegenseitiger Verdrehwinkel zwischen den beiden Endstücken (9) und (10) einstellt.

Um dies zu erreichen ist das Torsionselement (1), wie aus den Fig. 1 und 2, sowie aus den Fig. 3 bis 12 ersichtlich mit sich zwischen den beiden Endstücken (10) und (10'), die zweckmäßigerweise als volle Scheiben ausgebildet sind, in axial» Richtung erstreckenden Stegen (9) ausgebildet. Diese sind, im Querschnitt betrachtet um mindestens zwei miteinander einen Winkel einschließende Symmetrieachsen (27) bis (30) symmetrisch angeordnet. Dabei ist der Kreuzungsbereich der Symmetrieachsen (27) bis (30) masseerfüllt.

Die Stege (9) können dabei von zueinander parallel verlaufenden Flächen begrenzt sein, oder sich nach außen zu verdicken, wie dies in der Fig. 4 dargestellt ist oder sich nach außen zu verjüngen (Fig. 3).

Die Stege (9) können einander kreuzen, doch ist dies keinesfalls unbedingt erforderlich, wie aus den Fig. 8 und 10 zu ersehen ist, die einen im wesentlichen H-förmigen Querschnitt der Torsionselemente (1) zeigen.

Wie aus der Fig. 12 zu »sehen ist, können die Stege (9) im Qu»schnitt auch gekrümmt sein.

Durch diese Querschnittsgestaltung der Torsionselemente (1) werden diese weitgehend biegesteif und ermöglichen dabei eine relativ weitgehende Verdrehung der beiden Endstücke (10) und (10') gegeneinander bei relativ kleinen Torsionskräften. -3-

Claims (4)

1. AT 393 167 B PATENTANSPRÜCHE 1. Torsionselement, insbesondere zur Messung der Reibungskräfte von rotierenden Systemen, vorzugsweise Lagern, bei unterschiedlichen Belastungen der Systeme, von denen ein Teil in einer Halterung gehalten ist, über die die Belastung in das zu messende System einleitbar ist und die durch die Reibungskräfte des zu messenden Systems aus einer Ruhelage auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionselement (1) in axialer Richtung zwischen zwei vollen Endstücken (10,10') durchgehende Stege (9) aufweist, wobei der Querschnitt des Torsionselementes (1) durch mindestens zwei zueinander in einem Winkel stehende Achsen (27 bis 30) symmetrisch gebildet ist und der Bereich des Schnittpunktes der Symmetrieachsen (27 bis 30) masseerfüllt ist und die Stege (9) im Querschnitt gegebenenfalls eine Krümmung aufweisen.
2. 2. Torsionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionselement (1) durch zwei einander im rechten Winkel kreuzende Stege (9) gebildet ist.
3. 3. Torsionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Torsionselement (1) einen im wesentlichen H-förmigen Querschnitt, dessen Quersteg gegebenenfalls von einem Zwischensteg gekreuzt ist, aufweist. (Fig. 8,9)
4. 4. Verwendung eines Torsionselementes nach einem der Ansprüche in einer Einrichtung zur Messung von Reibungskräften bei unterschiedlichen Belastungen der zu messenden Systeme, von denen ein Teil in einer Halterung gehalten ist, über die die Belastung in das zu messende System einleitbar ist und die durch die Reibungskräfte des zu messenden Systems aus einer Ruhelage auslenkbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das vorzugsweise in dessen Längs- und Quenichtung und in einer zu diesen beiden Richtungen senkrechten Richtung verstell- und feststellbar gehaltene Torsionselement (1) mit seinem einen Ende mit einem Hebel (2) verbunden ist, der um eine quer zur axialen Erstreckung des Torsionselementes (1) verlaufenden Achse (3) schwenkbar ist und an dem eine Last in einer senkrecht zur Achse (3) stehenden Ebene in beliebiger Richtung, vorzugsweise mittels einer mit einem Druckmedium beaufschlagbaren Zylinder-Kolbenanordnung oder einer Federanordnung (7) einleitbar ist. Hiezu 3 Blatt Zeichnungen -4-