DD223811A1

DD223811A1 - Verfahren zur drehmomentmessung

Info

Publication number: DD223811A1
Application number: DD26314084A
Authority: DD
Inventors: Klaus Lietzmann; Ulrich Franke; Gerhard Oehlstoeter; Hubert Mueller; Stephan Fischer; Valentin M Klimenko; Valeri M Kaschajew; Vjatscheslaw G Afanasjew; Sergej G Klimenko
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1985-06-19

Abstract

Verfahren zur Drehmomentmessung, das an drehmomentbelasteten Anlagenteilen mit ferromagnetischer Oberflaeche anwendbar ist. Ziel der Erfindung ist es, die Drehmomentmessung ohne Beeinflussung des technologischen Ablaufes und mit hoher Genauigkeit vorzunehmen, waehrend die Aufgabe steht, ein Drehmomentmessverfahren zu entwickeln, das sich durch einen geringen Platz- und Energiebedarf, die Anwendung in einem breiten Drehzahlbereich und eine unkomplizierte und stoeranfaellige Uebergabe der Messsignale auszeichnet. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass auf die ferromagnetische Oberflaeche der rotierenden Bauteile mindestens zwei voneinander getrennte Impulsfolgen oder fortlaufende Signale gleicher Frequenz und Phasenlage magnetisch aufgepraegt werden. Ueber entsprechende Empfaengerspulen kann die durch ein Drehmoment hervorgerufene Phasenverschiebung ermittelt und unter Einbeziehung der Drehzahl in Drehmomentwerte umgesetzt werden.

Description

Titel der-· Erfindung

Verfahren zur Drehmomentmessung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beatinanung von . Drehmomenten an Anlagenteilen, vor allem an Wellen» Achsen u„ä·,mit ferromagnetiacher Oberfläche.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Drehiaomentiaeßverfahren und dazugehörige Meßeinrichtungen sind z.B· nach BAÜMANH (Sensortechnik für Kraft und Drehmoment, Reihe Automatisierungstechnik 205, TSB Verlag Technik Berlin, 1983) in einer Vielzahl bekanntgeworden. Wie bei den Kraftsensoren haben Drehmomentsensoren mit Dehnungsmeßstreifen (DMS) die größte technische Bedeutung erlangt. Die DMS-Drebmomentsensoren erlauben jedoch genaue Messungen nur im Bereich mittlerer bis zu den höchsten vorkommenden Drehmomenten. Dabei ergeben sich auch Probleme bei der Übergabe der Meßsignale von der rotierenden ^eIIe, insbesondere bei hohen Drehzahlen, an statische Baugruppen der Meßeinrichtung.

Außerordentlich funktionstüchtige Anordnungen sind Drehmomentsensoren mit magnetoelastischen Wandlern, «obei die Kopplung der feststehenden Wicklungssysteme mit der Jtfeßvjelle über

magnetische Weebselfelder erfolgt, In der DE-OS 2939.5.66 ist dabei ein magnetistriktives Meßverfahren zur Drehmomentermittlung an .Wellen . vorgeschlagen worden, bei _; dem. auf . die ' das Drehmoment' übertragende Welle aus Metall oder Kunst- , stoff eine, Ummantelung*oder; Beschichtung mit einer Oberflächenschicht, die eine hohe Oberfläohenpermeabilitat aufweist, besitzt. Über primär erregende Spulen wird ein Mag-, netfeld induziert und über die sekundär empfangende Spule wird die unter mechanischer Spannung veränderte magnetische Leitfähigkeit meßbar. . J/'. ' . . ϊ Magnetoelastische Drehmomentmeßverfahren sind nur für größere Hennmomeate (2 100 Nm) und nicht zu hohe Genauigkeitsforderungen geeignet. Außerdem ist durch die Spulenanordnung im Wellenbereich ein hoher Platzbedarf nötig und die Kalibrierung solcher Sensoren ist oft recht problematisch. Auch fremde Magnetfelder^ unzureichende Isolierwiderstände und mechanische Schwingurigen verursache'n Störungen, die die Meßsignale negativ beeinflussen. .'-." .

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Ziel der Brfindunk : , ; /' , ^:

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Drehmomentmessung, das ohne Beeinflussung des technologischen Ablaufes eine sichere Erfassung und hohe Genauigkeit der Meßwerte erlaubt.

Darlegung des Wesens der Erfindung ^

Der-Erfindung liegt die:technische Aufgabe zugrunde, ein. Verfahren^:zur,Drehmomentmessung zu entwickeln, das sich : durch einen geringen Platz- und Energiebedarf des Sensors, die Anwendbarkeit in einem breiten Drehzahlbereich und eine unkomplizierte und wenig störanfällige übergabe der Meßsignale vom drefamoiaentbeacspruchtea Bauteil an die statischen Baugruppen des Meßteiles auszeichnet. . . ' Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf die ferromagnetische Oberfläche der rotierenden Bauteile zwei oder mehrere voneinander getrennte; Impulsfolgen mit .

gleicher Impulszahl oder fortlaufende Signale mit genau ^! gleicher !frequenz und Phasenlage magnetisch¹ aufgeprägt werden. Zwei oder mehrere Empfangsspulen, die in gleicher Lage angeordnet sind, registrieren beim Einwirken eines Drehmomentes auf das rotierende Bauteil die Verdrehung in Form einer Zeitdifferenz der Phasenverschiebung oder als Impulszahldifferenz zwischen zwei oder mehreren getrennten Impulsfolgen oder fortlaufenden magnetischen Signalen. Es wird also der Torsionswinkel bei bekannter Drehzahl, die mit verschiedenen bekannten Verfahren, aber auch mit magnetischen Impulsen, bestimmt werden kann, mitiels einer entsprechenden elektronischen Schaltung zum Drehmoment umgesetzt. . ' ...' . ' '. "....- .;'. . Bei höherer Frequenz bzw. größerer Impulsdichte erhöht sich die Meßgenauigkeit.

Das erfindungsgemäße Drefamomeηtverfahren hat den Vorteil, daß es berührungslos arbeitet, ohne Anbauten an die Welle auskommt und kurzfristig an völlig unvorbereiteten Wellen anwendbar ist.

Ausführunasbeispiel Beispiel 1

Auf eine Welle aus 'ferromagnetischem Material wird vor der eigentlichen Messung an zwei unterschiedlichen Stellen mit Hilfe von Sendespulen ein fortlaufendes magnetisches Signal mit gleicher Frequenz und Phasenlage aufgeprägt. Von zwei Empfangsspulen, die in gleicher Entfernung von den Sendespulen angeordnet sind, werden die entsprechenden Signale aufgenommen« Wirkt auf die rotierende Welle ein Drehmoment, wird die Welle verdreht und zwischen den beiden empfangenen Signalen tritt eine Phasenverschiebung auf, die als Zeitdifferenz mit einem Digitalzähler, gemessen wird. Zusammen mit der jeweiligen Drehzahl kann über eine elektronische Schal-' tung das Drehmoment ermittelt werden.

Beispiel 2 . , , ' ' ^:

Auf die ferromagnetische Oberfläche eiaer Motorwelle werden vor der Messung an zwei verschiedenen Wellentimfängen jeweils Impulsfolgen mit gleicher Impulszahl auf einem Teil des WeI-lenumfanges phasengleich magnetisch aufgeprägt» Über Empfangsspulen kann mit Impulszählern die bei der Verdrehung der rotierenden Welle auftretende ünpursdifferenz bei vorgegebener Zeit gemessen und somit das Drehmoment ermittelt .werden. - ^y- ' :', ' ; ' - ' . .

Claims

Erfindungs an Spruch

Verfahren zur ,Drehmomentmessung an Bauteilen, insbesondere Wellen, aus Werkstoffen mit ferromagnetischer Oberfläche,
gekennzeichnet dadurch, daß auf die ferromagnetische/Oberfläche der rotierenden Bauteile mindestens zwei.oder mehrere voneinander getrennte Impulsfolgen mit gleicher Impulszahl oder fortlaufende Signale mit gleicher Frequenz
und Phasenlage magnetisch aufgeprägt werden, bei Belastung die Phasenverschiebung als Zeitdifferenz oder bei vorgegebener Zeit als Differenz der Impulszahl zwischen zwei oder mehreren getrennten Impulsfolgen oder fortlaufenden magnetischen Signalen gemessen und unter Einbeziehung der Drehzahl das Drehmoment bestimmt wird. , .'.