DE10100776A1 - Verfahren und System zur Messung des Drehmoments an Wellen von Maschinen und Anlagen - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Bestimmung eines an rotierenden Wellen von Maschinen und Anlagen wirkenden Drehmomentes gekennzeichnet dadurch, daß infolge des auf die Welle wirkenden Drehmomentes im torsionselastischen Bereich, die resultierende Verdrehung der Welle zwischen zwei oder mehreren axial voneinander entfernten Punkten durch magnetoresistive Sensoren berührungslos und mit großem Abstand zwischen Meßobjekt und Sensor derart erfaßt wird, daß von einem oder mehreren an den Meßpunkten angebrachten Signalgebern Magnetfeldlinien erzeugt werden, deren belastungsabhängige Lageänderung zueinander über analoge Meßsignalverläufe bewertet wird und in ein dem wirkenden Drehmoment proportionalen Signalverlauf überführt wird.

Description

Gegenstand der Erfindung

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung des an rotierenden Wellen von Maschinen und Anlagen wirkenden Drehmomentes gekennzeichnet dadurch, daß infolge des auf die Welle wirkenden Drehmomentes im torsionselastischen Bereich, die resultierende Verdrehung der Welle zwischen zwei oder mehreren axial voneinander entfernten Punkten unter Nutzung des magnetoresistiven Effekts berührungslos erfaßt und bewertet wird.

Stand der Technik

Bei den bekannten Verfahren zur Drehmomentenmessung an rotierenden Wellen wird auf Basis unterschiedlicher Meßprinzipien die, infolge des auf die Welle wirkenden Drehmomentes im torsionselastischen Bereich, resultierende Verdrehung der Welle erfaßt und bewertet.

Neben dem Einsatz von Dehnmeßstreifen, bei denen die aus der Verdrehung resultierende Oberflächenspannungsänderung der Welle ein zum wirkenden Drehmoment proportionales Signal erzeugen (DMS-Verfahren), können Drehmomente auch mit Hilfe von tangential zum Wellenumfang vorgespannten und in Schwingung gesetzten Saiten erfaßt werden (Maihak-Verfahren). Beiden, in unterschiedlichen Ausführungen bekannten Verfahrensansätzen ist gemeinsam, daß die erforderlichen Komponenten zur Signalerfassung, -verarbeitung und - übertragung auf der Welle befestigt werden und über Funk oder Schleifringe die Meßergebnisse von der Welle abgeführt werden müssen.

Darüber hinaus sind eine Vielzahl unterschiedlicher mechanische, induktive, optische und elektromagnestische Meßverfahren zur Bestimmung des Verdrehwinkels über die Auswertung digitaler Signalinformationen bekannt. Zur Sicherung der Genauigkeit sind jedoch aufwendige konstruktive Maßnahmen zu realisieren, um Meßfehler durch Relativbewegungen der Sensoren zum Meßobjekt minimieren zu können.

Aufgabe und Zielstellung der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Verfahrens, mit dem stationär, kostengünstig und einfach im Aufbau das Drehmoment an einer rotierenden Welle berührungslos bestimmt werden kann.

Mit vorliegendem Patent wurde diese Aufgabe gelöst.

Ausführungsbeispiel

Beispielhaft wird das Verfahren an einer Schiffsantriebsanlage erläutert. Die Schiffsantriebsanlage erzeugt ein Drehmoment, das über die rotierende Welle auf den Schiffspropeller als Antriebskraft auf das Schiff übertragen wird. Die daraus resultierende torsionselastische Belastung der Welle führt zwischen zwei oder mehreren axial voneinander entfernten Meßebene zu einer Verdrehung der Welle, welche in Abhängigkeit vom Abstand der Meßebene zueinander, vom Wellendurchmesser sowie vom Schermodul des Wellenmaterials, proportional dem wirkenden Drehmoment ist. Die Verdrehung wird über magnetoresistive Sensoren, die in jeder Meßebene außerhalb des Antriebswelle angebracht sind dadurch ermittelt, daß durch ein oder mehrere an jedem Meßpunkt auf dem Wellenumfang angebrachte Signalgeber (Permanentmagnete, Spulen) Magnetfelder erzeugt werden, die durch die Sensoren als analoge Signalverläufe erfaßt werden (Bild 1). Die belastugsbedingte Verdrehung der Welle führt zu einer Lageänderung der auf der Welle erzeugten Magnetfeldlinien. Die zeitliche Differenz zwischen den erfaßten Magnetfeldlinien der jeweiligen Meßebene beschreibt die Verdrehung der Welle und damit das wirkende Drehmoment (Bild 2, Bild 3).

Die analogen Meßsignale werden für die Weiterverarbeitung verstärkt und mit geeigneten Meßwerterfassungs- und -auswertesystemen dargestellt, normiert und bewertet.

Die Erfindung wird an Hand der nachfolgenden Bilder erläutert.

Bild 1 - Prinzipdarstellung des Meßverfahrens an einer Schiffsantriebsanlage

Bild 2 - Meßsignalverläufe, aufgenommen mit magnetoresitiven Sensoren an zwei axial voneinander entfernten Meßebene der Schiffsantriebswelle - ohne wirkendes Drehmoment

Bild 3 - Meßsignalverläufe, aufgenommen mit magnetoresitiven Sensoren an zwei axial voneinander entfernten Meßebene der Schiffsantriebswelle - mit wirkendem Drehmoment

Claims (3)

1. Verfahren zur Bestimmung eines an rotierenden Wellen von Maschinen und Anlagen wirkenden Drehmomentes gekennzeichnet dadurch, daß infolge des auf die Welle wirkenden Drehmomentes im torsionselastischen Bereich, die resultierende Verdrehung der Welle zwischen zwei oder mehreren axial voneinander entfernten Punkten unter Nutzung des magnetoresistiven Effekts berührungslos erfaßt und bewertet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Meßebene auf dem Wellenumfang ein oder mehrere Elemente angebrachte werden, die Magnetfelder erzeugen, die durch die magnetoresistiven Sensoren als analoge Signalverläufe erfaßt werden, so daß die Lageänderung der Magnetfeldlinien zueinander die Verdrehung der Welle zwischen den Meßebenen beschreibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß durch das gewählte Verfahren ein großer Abstand zwischen rotierender Welle und Meßsensor realisiert werden kann und damit die Relativbewegung zwischen Meßobjekt und Sensor nur geringen Einfluß auf die Meßgenauigkeit hat.