AT510705B1 - Drehmomentmesseinrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentmesseinrichtung mit zumindest einer Drehmomentmesseinheit (4), welche zwischen einer Antriebsmaschine (1) und einer Belastungseinheit (3) in einem Antriebsstrang (6) angeordnet ist.Um über einen weiten Drehmomentbereich präzise Messungen durchführen zu können ist vorgesehen, dass zusätzlich zu einer primären Drehmomentmesseinheit (4) zumindest eine sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) im Antriebsstrang (6) angeordnet ist, wobei die primäre und die sekundäre Drehmomentmesseinheit (4, 7) seriell hintereinander geschaltet angeordnet sind, und wobei vorzugsweise die beiden Drehmomentmesseinheiten (4, 7) für unterschiedliche Drehmomentbereiche ausgelegt sind.

Description

österreichisches Patentamt AT510 705B1 2012-06-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine Drehmomentmesseinrichtung mit zumindest einer Drehmomentmesseinheit, welche zwischen einer Antriebsmaschine und einer Belastungseinheit in einem Antriebsstrang angeordnet ist, wobei zusätzlich zu einer primären Drehmomentmesseinheit zumindest eine sekundäre Drehmomentmesseinheit im Antriebsstrang angeordnet ist, wobei die primäre und die sekundäre Drehmomentmesseinheit seriell hintereinander geschaltet angeordnet sind, und wobei vorzugsweise die beiden Drehmomentmesseinheiten für unterschiedliche Drehmomentbereiche ausgelegt sind.

[0002] Für die Belastung von Antriebsmotoren werden auf den entsprechenden Prüfständen Belastungseinheiten mit inkludierter Drehmomentmesseinrichtung verwendet. Für die Belastung von Antriebsmaschinen muss die Auslegung der Drehmomentmesseinheit der Drehmomentmesseinrichtung immer auf den Maximalwert hinsichtlich des Drehmomentes der Antriebsmaschine erfolgen. Die Drehmomentmesseinheit ist dabei entweder in die Belastungseinrichtung integriert, wobei der Stator dieser Belastungseinrichtung drehbar in einem Gehäuse gelagert ist und mittels einer Kraftmessdose abgestützt wird, wobei die Kraft direkt auf das aufgebrachte Motordrehmoment umgerechnet werden kann. Die EP 1 170 577 A2 offenbart eine Drehmomentmesseinrichtung, bei der die Drehmomentmesseinheit direkt auf der Antriebswelle der Belastungseinrichtung angeordnet ist.

[0003] Die DE 40 04 590 A1 beschreibt eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Drehmomentes eines rotierenden oder feststehenden Maschinenteils mit einem als Speichenrad ausgebildeten Torsionselement. Die Speichen sind dabei als Biegestäbe ausgebildet. Dazwischen sind weitere Speichen angeordnet, die durch einen Schlitz in zwei Teile aufgeteilt sind. Sobald die vorgegebene Durchbiegung der Speichen überschritten ist, kommen die beiden Teile zum Anschlag, so dass ein zusätzliches Biegemoment von den Stegen übertragen wird. Dadurch ist es möglich, mit Hilfe des Speichenrades das Drehmoment mit mehreren Messbereichen zu erfassen.

[0004] Aus der DE 37 04 496 A1 ist ein Drehmomentmessgerät mit zwei Messdosen mit unterschiedlichen Bereichen bekannt. Die zwei Messdosen wirken auf den Drehmomentarm einer Dynamometer-Drehmomentwaage. Dabei wird ein federndes Element verwendet, um den Drehmomentarm mit der Messdose für den unteren Bereich zu verbinden, und eine Vorrichtung mit Spiel ist bei der Messdose für den oberen Bereich vorgesehen. Geringe Drehmomente, die auf die Drehmomentwaage wirken, bewirken nur, dass die Messdose für den unteren Bereich belastet wird. Die Messdose für den unteren Bereich ist so ausgewählt, dass sie mit hoher Genauigkeit kleine Drehmoment anzeigt. Sobald ein vorherbestimmter Drehmomentschwellwert angelegt wird, erlaubt die Ablenkung des federndes Elementes den Drehmomentarm an der Messdose für den oberen Bereich anzugreifen. Somit kann über einen weiten Bereich eine hohe Genauigkeit von Drehmomentmessungen erhalten werden.

[0005] Eine Messvorrichtung an Wellen zur Bestimmung des Drehmomentes und/oder des Drehwinkels ist weiters aus der DE 40 04 589 A1 bekannt, wobei diese ein Torsionsrohr aufweist, in das in achsrichtung Ausschnitte eingebracht sind. Zwischen den Ausschnitten befinden sich Stege mit unterschiedlicher Breite. In den breiteren Stegen sind Schlitze ausgebildet. Dadurch wird bei niedrigen Drehmomenten das Drehmoment nur von den schmalen Stegen übertragen. Übersteigt das Drehmoment die Steifigkeit der schmalen Stege, so wird der Schlitz geschlossen, wodurch die beiden Teile des breiten Stegs aneinander liegen. Dadurch kann bei einem zweiten Messbereich von den Stegen ein höheres Drehmoment übertragen werden oder - wenn die Steifigkeit der Stege hoch genug ist - diese als Überlastschutz verwendet werden.

[0006] Bekannte Messeinrichtungen weisen den Nachteil einer großen absoluten Messtoleranz bei geringen Drehmomenten auf.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, den Nachteil der großen absoluten Messtoleranz bei geringen Drehmomenten zu minimieren und eine Drehmomentmesseinrichtung zu schaffen, welche über einen weiten Drehmomentbereich eine hohe Messgenauigkeit aufweist. 1 /5 österreichisches Patentamt AT510 705B1 2012-06-15 [0008] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die primäre Drehmomentmesseinheit in eine Belastungseinheit für einen Motorprüfstand integriert ist.

[0009] Die sekundäre Drehmomentmesseinheit kann dabei - im Vergleich mit der primären Drehmomentmesseinheit - einen geringeren Messendwert aufweisen und/oder für ein geringeres maximales Drehmoment ausgelegt sein.

[0010] Besonders vorteilhaft ist es, wenn die primäre Drehmomentmesseinheit auf einen oberen Auslegungsdrehmomentwert ausgelegt ist, welcher dem maximal möglichen Drehmoment im Antriebsstrang entspricht, und die sekundäre Drehmomentmesseinheit auf einen unteren Auslegungsdrehmomentwert ausgelegt ist, welcher geringer ist als der obere Auslegungsdrehmomentwert, und welcher vorzugsweise maximal ein 50%, besonders vorzugsweise maximal etwa 25% des oberen Auslegungsdrehmomentwertes entspricht.

[0011] Die erste Drehmomentmesseinheit kann in eine Belastungseinheit für einen Motorprüfstand integriert sein. Vorzugsweise wird die zweite Drehmomentmesseinrichtung der Belastungseinheit vorgeschaltet, wobei die Drehmomentmesseinheit als Drehmoment-Messflansch ausgebildet sein kann. Der Drehmoment-Messflansch kann einen mit dem Antriebsstrang verbundenen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweisen, wobei der zweite Bereich drehelastisch mit dem ersten Bereich verbunden ist.

[0012] Zur Vermeidung einer Beschädigung der sekundären Drehmomentmesseinheit durch Überlast in Betriebsbereichen mit einer Drehmomenteinleitung, welche über dem Maximalwert dieser sekundären Drehmomentmesseinheit liegt, kann vorgesehen sein, dass die zweite Drehmomentmesseinheit einen Endanschlag für Drehmomente über dem unteren Auslegungsdrehmomentwert aufweist. Der Endanschlag stellt eine mechanische Blockierung dar, über welche das Drehmoment ab dem unteren Auslegungsdrehmomentwert übertragen wird. Der Endanschlag kann dabei durch zumindest eine Hülse gebildet sein, welche eine Befestigungsschraube zur Befestigung des Drehmoment-Messflansches am Antriebsstrang im zweiten Bereich des Drehmoment-Messflansches zumindest teilweise umgibt. In zumindest einer ersten Stellung ist die Hülse gegenüber dem zweiten Bereich des Drehmoment-Messflansches freigestellt. In zumindest einer zweiten Stellung ab einem Drehmoment, welches größer ist, als das untere Auslegungsdrehmoment, liegt die Hülse an einer Bohrung des zweiten Bereiches des Drehmoment-Messflansches an. Ab einem vorbestimmten Drehmoment über dem Auslegungsdrehmoment sind die beiden Bereiche über den Endanschlag miteinander drehsteif verbunden.

[0013] In den Betriebsbereichen über dem unteren Auslegungsdrehmoment übernimmt die primäre Drehmomentmesseinheit der Belastungseinheit in der ursprünglichen Form die Drehmomentmessung.

[0014] Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der deutlich besseren absoluten Messgenauigkeit bei niedrigen Drehmomenten bei uneingeschränktem Maximaldrehmoment.

[0015] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

[0016] Es zeigen schematisch [0017] Fig. 1 einen Motorprüfstand mit einer erfindungsgemäßen Drehmomentmesseinrich tung, [0018] Fig. 2 eine sekundäre Drehmomentmesseinheit der erfindungsgemäßen Drehmoment messeinrichtung in einer Explosionsdarstellung, [0019] Fig. 3 die sekundäre Drehmomentmesseinheit in einer Stirnansicht und

[0020] Fig. 4 die sekundäre Drehmomentmesseinheit in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3 in einer Ausführungsvariante.

[0021] Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, wird die Leistung und das Drehmoment einer Antriebsmaschine 1, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, auf einem Motorprüfstand 2 mit Hilfe einer Belastungseinheit 3 festgestellt. Der Stator dieser Belastungseinheit 3 wird über eine primäre Drehmomentmesseinheit 4, beispielsweise eine Kraftmessdose, gegenüber dem Ge- 2/5

Claims (7)

1. österreichisches Patentamt AT510 705B1 2012-06-15 häuse 5 der Belastungseinheit 3 abgestützt. Der Belastungseinheit 3 ist im von der Antriebsmaschine 1 kommenden Antriebsstrang 6 eine sekundäre Drehmomentmesseinheit 7 vorgeschaltet, welche im Ausführungsbeispiel durch einen Drehmoment-Messflansch 8 gebildet ist. Der Drehmoment-Messflansch 8 ist über einen Wellenanschlussflansch 9 mit der Antriebswelle 6 verbunden, wobei die Anbindung über mehrere in einem ersten Bereich 8a des Drehmoment-Messflansches 8 angreifende Befestigungsschrauben 10 erfolgt. Die parallel zur Drehachse 1a angeordneten Befestigungsschrauben 10 ragen dabei axial bis zu einem zweiten Bereich 8b des Drehmoment-Messflansches 8. [0022] Zwischen jeder Befestigungsschraube 10 und dem zweiten Bereich 8b des Drehmoment-Messflansches 8 ist jeweils eine einen Endanschlag 13 ausbildende Hülse 11 angeordnet, wobei die Hülsen 11 als mechanische Blockierung dienen, um eine Beschädigung der sekundären Drehmomentmesseinheit 7 zu vermeiden. Der Drehmoment-Messflansch 8 weist bei maximaler Belastung einen Verdrehwinkel auf, welcher nicht überschritten werden darf. Um dies zu vermeiden, sind die Hülsen 11 um ein rechnerisches Maß kleiner gefertigt, als die entsprechenden Bohrungen 12 im zweiten Bereich 8b des Drehmoment-Messflansches 8 um die Schrauben köpfe 10a der Befestigungsschrauben 10. Somit wird sicher gestellt, dass sich der erste Bereich 8a des Drehmoment-Messflansches 8 über die Hülsen 11 in den Bohrungen 12 des zweiten Bereiches 8b des Drehmoment-Messflansches 8 abstützt und so ein Drehmoment überträgt, welches ohne diesen Endanschlag 13 zu einer Beschädigung der sekundären Messeinheit 7 führen würde. [0023] Die sekundäre Drehmomentmesseinheit 7 dient zur Messung vom Drehmoment im unteren Drehmomentbereich. Dazu ist die sekundäre Drehmomentmesseinheit 7 auf ein unteres Auslegungsdrehmoment ausgelegt, welches etwa ein Viertel des maximalen Auslegungsdrehmomentes der primären Drehmomentmesseinheit 4 beträgt. Ab Erreichen eines Drehmomentes, welches dem unteren Auslegungsdrehmoment der sekundären Drehmomentmesseinheit 7 entspricht, wird das Drehmoment über einen Formschluss zwischen den Hülsen 11 und den entsprechenden Bohrungen zweiten Bereich 8b im Drehmoment-Messflansch 8 der sekundären Drehmomentmesseinheit 7 direkt an die primäre Drehmomentmesseinheit 4 übertragen -die Messung des Drehmoments im oberen Drehmomentbereich erfolgt somit ausschließlich über die primäre Drehmomenteinheit 4. [0024] Durch das Vorschalten der sekundären Drehmomentmesseinheit 7 kann eine weitaus bessere Messgenauigkeit bei niedrigen Drehmomenten bei uneingeschränktem Maximaldrehmoment erhalten werden. Patentansprüche 1. Drehmomentmesseinrichtung mit zumindest einer Drehmomentmesseinheit (4), welche zwischen einer Antriebsmaschine (1) und einer Belastungseinheit (3) in einem Antriebsstrang (6) angeordnet ist, wobei zusätzlich zu einer primären Drehmomentmesseinheit (4) zumindest eine sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) im Antriebsstrang (6) angeordnet ist, wobei die primäre und die sekundäre Drehmomentmesseinheit (4, 7) seriell hintereinander geschaltet angeordnet sind, und wobei vorzugsweise die beiden Drehmomentmesseinheiten (4, 7) für unterschiedliche Drehmomentbereiche ausgelegt sind, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Drehmomentmesseinheit (4) in eine Belastungseinheit (3) für einen Motorprüfstand integriert ist.
2. 2. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) - im Vergleich mit der primären Drehmomentmesseinheit (4) - einen geringeren Messendwert aufweist und/oder für ein geringeres maximales Drehmoment ausgelegt ist.
3. 3. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Drehmomentmesseinheit (4) auf einen oberen Auslegungsdrehmomentwert ausgelegt ist, welcher dem maximal möglichen Drehmoment im Antriebsstrang (6) entspricht, und dass die sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) auf einen unteren Ausle- 3/5 österreichisches Patentamt AT510 705B1 2012-06-15 gungsdrehmomentwert ausgelegt ist, welcher geringer ist als der obere Auslegungsdrehmomentwert, und welcher vorzugsweise maximal ein 50%, besonders vorzugsweise maximal etwa 25% des oberen Auslegungsdrehmomentwertes entspricht.
4. 4. Drehmomentmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) als Drehmoment-Messflansch (8) ausgebildet ist.
5. 5. Drehmomentmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) einen Endanschlag (13) für Drehmomente über dem unteren Auslegungsdrehmomentwert aufweist.
6. 6. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmoment-Messflansch (8) zwei drehelastisch miteinander verbundene Bereiche (8a, 8b) aufweist, wobei ab einem vorbestimmten Drehmoment über dem Auslegungsdrehmoment die beiden Bereiche (8a, 8b) über den Endanschlag (13) miteinander drehsteif verbunden sind.
7. 7. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Endanschlag (13) durch zumindest eine Hülse (11) gebildet ist, welche eine fest mit dem ersten Bereich (8a) verbundene Befestigungsschraube (10) umgibt, wobei in zumindest einer ersten Stellung die Hülse (11) gegenüber dem zweiten Bereich (8b) des Drehmoment-Messflansches (8) freigestellt und in zumindest einer zweiten Stellung ab einem Drehmoment, welches größer ist, als das untere Auslegungsdrehmoment, am zweiten Bereich (8b) des Drehmoment-Messflansches (8) anliegt. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5