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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsvorrichtung, mit einer Anordnung von zwei oder mehreren Thermobimetallstreifen auf denen die Bremsbacken befestigt sind, sowie eine integrierte Heizvorrichtung, zur Erfassung der Antriebsmomente von Kleinmotoren, deren
Leistungen in Bereichen von einigen Watt liegen, wobei die Bremsbacken einen, mit der Motorwelle des zu prüfenden Motors verbundenen, Bremskörper, abbremsen und das Bremsmoment durch die geeignete der Messvorrichtung, die mit Bremsvorrichtung verbunden ist, erfasst wird.
Das Antriebsmoment von Kleinmotoren ist sehr klein. Daher ist es wesentlich, dass eine Bremsvorrichtung so gestaltet ist, dass das ganze Antriebssystem möglichst wenig beeinträchtigt wird.
Für die Charakterisierung des Betriebsverhaltens von Motoren wird üblicherweise die Drehzahl und das Drehmoment des Motors erfasst, wobei z. B. die Betriebsspannung des Motors konstant gehalten wird und eine geeignete Bremsvorrichtung ein Bremsmoment auf die Antriebswelle überträgt.
Durch Variation des Bremsmomentes kann das Betriebsverhalten über den gesamten Leistungsbereich des Motors zwischen Leerlaufdrehzahl ohne Last und maximal möglichem Drehmoment untersucht werden. Bei der Untersuchung kleiner Motoren können, wegen der geringen Baugrösse der zu untersuchenden Motoren sowie der sehr geringen Drehmomente bei teilweise sehr hohen Drehzahlen übliche Verfahren, sowohl zur Aufbringung des Bremsmomentes, als auch zur Messung von Drehzahl und Drehmoment nicht eingesetzt werden.
Für das definierte Abbremsen von Antriebswellen sind unterschiedliche Verfahren bekannt : - Vorrichtung mit Bremsmotor : Bei dieser Lösung gibt es Probleme mit der Zentrierung der Prüf- und Bremsmotorwel1e. Die Leerlaufdrehzahl des Prüfantriebes wird durch die Reibungsverluste des Bremsmotors nicht erreicht.
- Vorrichtung mit Wirbelstrombremse : Mit der Bremsanordnung nach dem
Wirbelstromprinzip können keine vollständigen Hochlaufkennlinien aufgenommen werden, da die Wirbelstrombremsen bei kleinen Drehzahlen unwirksam sind und bei starken Sattelmomenten ein grosser Drehzahlbereich übersprungen wird.
- Vorrichtung mit Schwungscheiben : Bei dieser Methode ist die Schwungscheibe direkt auf der Antriebswelle befestigt. Ihr Trägheitsmoment wird so gross gewählt, dass man aus dem Verhältnis von grösstem Drehmoment zu Trägheitsmoment die gewünschte
Winkelbeschleunigung erhält. Hier gibt es Probleme mit Resonanzschwingungen, die
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durch Unwuchtkräfte hervorgerufen werden. Ausserdem entsteht eine zusätzliche
EMI2.1
- Vorrichtung mit Bremse aus Hysteresematerial" : Nachteil ist hier die
Wärmeentwicklung im Hysteresematerial. Diese Wärmeentwicklung ist proportional zu dem Moment und kann nur über die Luft bzw. den zu prüfenden Antrieb abgeführt werden. Auch die Adaption von Hysterese und Magnetgestell auf verschiedene
Wellendurchmesser bringt Schwierigkeiten mit sich.
- Vorrichtung für hochtourig Turbinen mit Bremsbacken : Die hochtourige Turbinen (Drehzahl bis 500 000 U/min) werden für zahnärztliche Zwecke verwendet. Die
Turbinen haben eine maximale Leistung von rund 10 Watt und ein maximales
Moment von 0, 3 Ncm. Nachteil dieser Methode ist die radiale Belastung der
Turbinenlager durch die Bremsbacken.
- Vorrichtung für Kleinantriebe nach der Unifilarmethode. Die z. B. geprüfte
Motorwelle wird auf die gewünschte Drehzahl gebracht und langsam mittels
Bremsbacken gebremst. Mit dieser Messvorrichtung kann man störungsfrei
Kennlinien von Motoren mit Leistungen im Bereich von 50 Watt bis rund 500 Watt bestimmen.
- Eine Einrichtung ist aus der US 5, 396. 811 A bekannt. Bei dieser Einrichtung ist das mit einem viskosen Medium gefüllte Gefäss feststehend und es wird die Drehzahl und das Drehmoment des zu prüfenden Motors gemessen, der von einem im viskosen
Medium rotierenden Bremskörper abgebremst wird.
- Eine Brems- und Messvorrichtung für Elektrizitätszähler ist aus der AT 004979 U2 bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird die Ferrarisscheibenwelle abgebremst und das abgegebene Bremsmoment der Welle durch ein torsionsweiches Element erfasst.
- Eine Vorrichtung ist aus dem AT 403 960 B bekannt. Bei dieser Vorrichtung wird ein
Bremskörper auf die Welle des zu prüfenden Motors aufgebracht. Durch Eintauchen des Bremskörpers in ein mit einem Medium mit definierter Viskosität gefülltes Gefäss wird der Motor abgebremst. Das abgegebene Drehmoment des Motors wird auf dem
Gefäss gemessen. Mit dieser Messvorrichtung kann man störungsfrei Kennlinien von
Motoren mit Leistungen im Mikrowattbereich erfassen.
Alle genannten Bremsmethoden sind für K1einmotoren nicht geeignet.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bremsvorrichtung zu schaffen, die zur Erfassung des Betriebsverhaltens von Kleinmotoren geeignet sind. Dies wird bei einer Prüfvorrichtung der anfangs genannten Art dadurch erreicht, dass eine symmetrisch aufgebaute Bremsvorrichtung die Motorwelle abbremst, die auf einer Messvorrichtung befestigt ist, welche durch das auftretende Moment eine Torsion erfährt und dass Messwertaufnehmer vorgesehen sind, um die Torsion messtechnisch zu erfassen.
Damit ist es möglich, sowohl Drehzahl-Drehmoment-Kennlinien von Kleinmotoren aufzuzeichnen, als auch Drehmomentänderungen über die Zeit bei konstanter Drehzahl sowie Drehzahländerungen über die Zeit bei konstantem Belastungsmoment zu erfassen.
Weitere Ausgestaltungen und vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der erfindungsgemässen Prüfvorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemässe Prüfvorrichtung mit Bremseinrichtung und mit einer Einrichtung zur Erfassung der Torsion der Bremsvorrichtung in 3-dimensionaler Darstellung.
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Der zu prüfende Kleinmotor 1 wird in einer passenden Motoraufnahme 2 mechanisch eingespannt.
Das Abbremsen der Motorwelle 3 wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass auf einem mit der Motorwelle verbundenen Bremskörper 4, durch die parallele Verschiebung der Bremsbacken 5, die auf mindestens zwei parallelen, verbundenen Thermobimetallstreifen 6 befestigt sind und durch eine integrierte, programmgesteuerte Heizvorrichtung 7 ein Bremsmoment ausübt und das Bremsmoment (M), mittels steifen Verbindungselementen, z. B.
Schrauben 8, auf eine Einrichtung 9, zur Erfassung der Torsion, übertragen wird, welche durch das auftretende Moment eine bestimmte, von der Grösse des Moment abhängige, Torsion erfährt, die messtechnisch, vorzugsweise berührungslos, erfasst wird.
Die Einrichtung 9, zur Erfassung der Torsion, kann ein handelsüblicher Drehmomentensensor
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angeordneten und an beiden Enden verbundenen, Thermobimetallstreifen 6 verformt, wobei die Bremsbacken 5 durch eine parallele Verschiebung, symmetrisch von beiden Seiten auf den Bremskörper 4 einwirken und ein Bremsmoment (M) ausüben.
Für die Drehzahlmessung von Kleinmotoren müssen hier berührungslose Messverfahren eingesetzt werden. Bekannte Methoden sind optische, induktive sowie kapazitive Abtastungen von auf der Welle bzw. Scheibe befestigten, mitrotierenden Elementen, wie z. B. Lochscheiben, Zahnscheiben, reflektierenden Flächen usw.
Die Automatisierung des Messvorganges wird dadurch erreicht, dass die Bremsbacken 5, durch eine schrittweise, programmgesteuerte Heizvorrichtung 7, gleichzeitig und symmetrisch die Bremskörper 4 zunehmend abbremsen, sodass eine automatische Erfassung einer Drehzahl-Bremsmoment-Kennlinie erfolgen kann. Bei geeigneter Dimensionierung der Bremsvorrichtung können dadurch alle möglichen Arbeitspunkte des zu prüfenden Motors erfasst werden.