DE102011106600A1

DE102011106600A1 - Schlupf-Messgerät

Info

Publication number: DE102011106600A1
Application number: DE102011106600A
Authority: DE
Inventors: Jan Lukas Hilgermann
Original assignee: Technische Universitaet Clausthal
Current assignee: Technische Universitaet Clausthal
Priority date: 2011-06-16
Filing date: 2011-06-16
Publication date: 2012-12-20

Abstract

Schlupf-Messgerät mit einer Wellenverbindung (12), die ausgebildet ist zum Verbinden mit einer Welle (26), einer Nabenverbindung (14), die ausgebildet ist zum Verbinden mit einer auf der Welle (26) angeordnete Nabe (28), und einer Messvorrichtung (16) zum Messen einer Verdrehung zwischen Wellenverbindung (12) und Nabenverbindung (14), wobei die Messvorrichtung (16) zumindest ein Federelement (18.1, 18.2, 18.3), das ein erstes Ende (20), das an der Wellenverbindung (12) befestigt ist, und ein vom ersten Ende beabstandetes zweites Ende (22), das an der Nabenverbindung (14) befestigt ist, aufweist, und zumindest ein Deformationsmesselement, das zum Messen einer Deformation des zumindest einen Federelements (18.1, 18.2, 18.3) ausgebildet ist, aufweist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zumindest ein Federelement (18.1, 18.2, 18.3) die Welle (26) zumindest über einen halben Umfang, insbesondere zumindest einmal vollständig, umgibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Schlupf-Messgerät mit (a) einer Wellenverbindung, die ausgebildet ist zum Verbinden mit einer Welle, (b) einer Nabenverbindung, die ausgebildet ist zum Verbinden mit einer auf der Welle angeordnete Nabe, und (c) einer Messvorrichtung zum Messen einer Verdrehung zwischen Wellenverbindung und Nabenverbindung, wobei (d) die Messvorrichtung ein Federelement, das ein erstes Ende, das an der Wellenverbindung befestigt ist, und ein vom ersten Ende beabstandetes zweites Ende, das an der Nabenverbindung befestigt ist, aufweist, und ein Deformationsmesselement, das zum Messen einer Deformation des Federelements ausgebildet ist, aufweist.
Derartige Schlupf-Messgeräte werden verwendet, um einen Schlupf zwischen einer Welle und einer darauf befestigten Nabe zu messen. Der Schlupf bezeichnet dabei eine Relativbewegung von Welle und Nabe zueinander. Schlupf-Messgeräte sollen in der Lage sein, schnelle Relativbewegung zwischen der Welle und Nabe zu erfassen. Gleichzeitig soll das Schlupf-Messgerät einer Relativbewegung zwischen der Welle und der Nabe einen möglichst geringen Widerstand entgegensetzen, damit das Messergebnis nicht verfälscht wird. Bei bekannten Schlupf-Messgeräten ist jeweils nur eine der beiden Forderungen erfüllt, was unbefriedigend ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Nachteile im Stand der Technik zu vermindern.
Die Erfindung löst das Problem durch ein gattungsgemäßes Schlupf-Messgerät, bei dem das Federelement die Welle zumindest über einen halben Umfang, insbesondere einmal vollständig umgibt.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass das erfindungsgemäße Schlupf-Messgerät einer Relativbewegung zwischen Welle und Nabe nur einen sehr geringen zusätzlichen Widerstand entgegensetzt. Gleichzeitig besitzt das erfindungsgemäße Schlupf-Messgerät eine hohe Eigenfrequenz so dass auch dynamische Messungen möglich sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein um die Welle verlaufendes Federelement einer Torsionsbewegung zwischen Welle und Nabe nur einen geringen Widerstand entgegensetzt, gleichzeitig kann der Schlupf zwischen Welle und Nabe mit einer hohen Frequenz erfasst werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umgibt das Federelement die Welle spiralförmig. Auf diese Weise setzt das Federelement einer Relativbewegung zwischen Welle und Nabe einen besonders geringen Widerstand entgegen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Federelement so an der Welle und/oder der Nabe befestigt, dass ein Schlupf zwischen Welle und Nabe zu einer Biegedehnung am ersten Ende und/oder am zweiten Ende des Federelements führt. Es hat sich gezeigt, dass eine Biegedehnung besonders leicht erfasst werden kann, beispielsweise mit einem Drehnungsmessstreifen. Bei dem genannten Aufbau ergibt sich zudem eine hochgradig lineare Abhängigkeit zwischen dem Schlupf zwischen Welle und Nabe einerseits und der Dehnung andererseits, so dass eine hoch lineare Abhängigkeit eines elektrischen Signals erreicht werden kann, das das Deformationselement, gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ein Dehnungsmessstreifen, abgibt.
Vorzugsweise hat das Federelement eine Breite, die zumindest dem Fünffachen seiner Höhe entspricht. Es ergibt sich so eine hohe Steifigkeit gegen axiale Vibrationen bei hoher Empfindlichkeit bei der Erfassung des Schlupfs.
Vorzugsweise umfasst das Deformationselement zumindest einen Dehnungsmessstreifen und eine Brückenschaltung zum Erfassen einer Dehnung des zumindest einen Dehnungsmessstreifens. Es hat sich gezeigt, dass auf diese Weise sehr hohe Messgenauigkeiten erreicht werden können.
Günstig ist es, wenn das Federelement eine Eigenfrequenz von zumindest 25 Hertz, insbesondere von zumindest 150 Hz, hat. Beispielsweise besteht das Federelement aus Aluminium. Aluminium besitzt eine hohe innere Dämpfung und zudem eine geringe Dichte, was zu einer hohen Eigenfrequenz führt. Es sind aber auch andere Werkstoffe denkbar, beispielsweise Messing oder faserverstärkter Kunststoff.
Günstig ist es, wenn die Eigenfrequenz des Schlupf-Messgeräts bezüglich der Bewegung, die einem Schlupf zwischen Welle und Nabe entspricht, zumindest 100 Hertz beträgt. So hohe Eigenfrequenzen werden mit bekannten Schlupf-Messgeräten nicht erreicht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen Querschnitt durch das erfindungsgemäße Schlupf-Messgerät und
2 mit den Teilfiguren a), b), c) und d) perspektivische Ansichten von Komponenten des Schlupf-Messgeräts gemäß 1.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Schlupf-Messgerät 10, das eine Wellenverbindung 12, eine Nabenverbindung 14 und eine Messvorrichtung 16 aufweist. Die Messvorrichtung 16 besitzt ein erstes Federelement 18.1, das ein erstes Ende 20 und ein zweites Ende 22 besitzt. Mit dem ersten Ende 20 ist das Federelement 18.1 an der Wellenverbindung 12 befestigt, mit dem zweiten Ende 22 an der Nabenverbindung 14. Das Federelement 18.1 ist mittels einer Schraube 19 an der Wellenverbindung 12 befestigt
Die Messvorrichtung 16 umfasst zudem ein erstes Deformationsmesselement 24.1a, das in 1 schematisch eingezeichnet ist. Das Deformationsmesselement 24.1a ist durch einen Dehnungsmessstreifen gebildet, der auf einer Außenseite dem Federelement 18.1 befestigt ist. Die Messvorrichtung 16 umfasst zudem ein zweites Deformationsmesselement 24.1b, das ebenfalls durch einen Dehnungsmessstreifen gebildet, der auf einer Innenseite dem Federelement 18.1 befestigt ist. Ein drittes Deformationselement und ein viertes Deformationselement sind am zweiten Ende 22 angeordnet und in 1 nicht sichtbar.
Neben dem ersten Federelement 18.1 besitzt die Messvorrichtung 16 in der vorliegenden Ausführungsform zwei weitere Federelemente 18.2, 18.3, die gleich aufgebaut sind und ebenfalls jeweils vier Deformationselemente aufweisen, die in 1 nicht sichtbar sind. Die Federelemente 18.2, 18.3 besitzen ebenfalls ein erstes und ein zweites Ende und an beiden Enden jeweils auf beiden Seiten angeordnete Deformationselemente, die der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet sind.
1 zeigt zudem gestrichelt eine Welle 26 und eine Nabe 28. Die Wellenverbindung 12 ist eine Hülse, die zum Umfassen der Welle 26 ausgebildet ist und besitzt eine Aufdickung 30, in der eine kraftschlüssige Verbindung mit der Welle 26 besteht. Die Kraft für diese kraftschlüssige Verbindung wird durch eine Schraube 32 zwischen einer radial zuäußerst liegenden Spannhülse 34 und der Wellenverbindung 12 aufgebaut. Dadurch sind die Spannhülse 34, die Schraube 32 sowie die Wellenverbindung 12 drehfest mit der Welle 26 verbunden. Die Federelemente 18.1, 18.2, 18.3 umgeben die Welle 26 einmal vollständig.
Die Nabenverbindung 14 besitzt eine Spitze 36, die an der Nabe 28 angreift und so eine kraftschlüssige Verbindung mit der Nabe 28 herstellt. Kommt es zu einer Relativbewegung zwischen Welle 26 und Nabe 28, so bewegt sich die Spitze 36 relativ zur Wellenverbindung 12. Das führt zu einer Verdrillung des Federelements 18. Die Verdrillung ihrerseits führt zu einer Dehnung des Deformationsmesselements 24 in Form des Dehnungsmessstreifens.
Das Schlupf-Messgerät 10 umfasst eine nicht eingezeichnete Auswerteeinheit, die mit dem zumindest einen Deformationsmesselement, im Vorliegenden den vier Deformationsmesselement des Federelements 18.1, den vier Deformationsmesselement des Federelements 18.2 und den vier Deformationsmesselement des Federelements 18.3, verbunden ist und eine Brückenschaltung umfasst.
Die Brückenschaltung ist so mit dem zumindest einen Deformationsmesselement verbunden, dass aus einer dehnungsbedingten Änderung einer elektrischen Eigenschaft des Deformationsmesselements auf die Deformation des Federelements und damit den Winkel zwischen Welle 26 und Nabe 28 sowie gegebenenfalls die Änderungsgeschwindigkeit dieses Winkel oder höhere zeitliche Ableitungen geschlossen werden kann. Die Auswerteeinheit ist, beispielsweise über ein Kabel oder eine Funkverbindung, mit einer Dokumentiervorrichtung verbunden, so dass die gemessenen Schlupf-Werte dauerhaft gespeichert und ausgewertet werden können.
Das Schlupf-Messgerät 10 besitzt eine Abdeckplatte 38, die mit Spiel zur Welle 26 an der Spannhülse 34 mittels Schrauben 40 befestigt ist. Das verhindert ein Verkanten oder Verkippen des Schlupf-Messgeräts im Betrieb.
2 zeigt perspektivisch einzelne Bestandteile des Schlupf-Messgeräts 10. Das Teilbild a) zeigt die Federelemente 18.1, 18.2 und 18.3, die jeweils mit einem Ende an der Wellenverbindung 12 und mit dem anderen Ende an der Nabenverbindung 14 befestigt sind.
Die Messvorrichtung 16 umfasst für jedes der Federelemente 18.1, 18.2, 18.3, vier nicht eingezeichnete Deformationsmesselemente. An jedem Federelement sind an jedem Ende sowohl auf der Außenseite als auch auf der Innenseite ein Deformationsmesselement angeordnet. Die vier Deformationsmesselemente jedes Federelements sind zu einer Brückenschaltung verschaltet. Die drei Brückenschaltungen für die drei Federelemente liefern drei Messwerte für die Dehnung, die kombiniert werden, beispielsweise gewickelt werden. Dadurch wird das Messsignal geglättet.
Die Wellenverbindung 12 besitzt an der Seite der Platte 38 (vgl. 1) zumindest einen Kabelkanal, durch den die Messkabel zu den einzelnen Deformationselementen geführt werden. Es ist auch möglich, dass die Brückenschaltung im Schlupf-Messgerät aufgenommen ist und beispielsweise von der Spannhülse 34 (vgl. 1) umgeben ist.
Die Teilfigur b) zeigt die Wellenverbindung 12.
Die Teilfigur c) zeigt die Spannhülse 34 und die Teilfigur d) das Schlupf-Messgerät 10 in einer perspektivischen Ansicht. Es ist zu erkennen, dass nabenseitig neben der Spitze 36 (= 36.1) drei weitere Spitzen 36.2, 36.3 vorhanden sind.
Bezugszeichenliste

10: Schlupf-Messgerät
12: Wellenverbindung
14: Nabenverbindung
16: Messvorrichtung
18: Federelement
19: Schraube
20: erstes Ende
22: zweites Ende
24: Deformationselement
26: Welle
28: Nabe
30: Aufdickung
32: Schraube
34: Spannhülse
36: Spitze
38: Abdeckplatte
40: Schraube

Claims

Schlupf-Messgerät mit (a) einer Wellenverbindung (12), die ausgebildet ist zum Verbinden mit einer Welle (26), (b) einer Nabenverbindung (14), die ausgebildet ist zum Verbinden mit einer auf der Welle (26) angeordnete Nabe (28), und (c) einer Messvorrichtung (16) zum Messen einer Verdrehung zwischen Wellenverbindung (12) und Nabenverbindung (14), (d) wobei die Messvorrichtung (16) (i) zumindest ein Federelement (18.1, 18.2, 18.3), das – ein erstes Ende (20), das an der Wellenverbindung (12) befestigt ist, und – ein vom ersten Ende beabstandetes zweites Ende (22), das an der Nabenverbindung (14) befestigt ist, aufweist, und (ii) zumindest ein Deformationsmesselement, das zum Messen einer Deformation des zumindest einen Federelements (18.1, 18.2, 18.3) ausgebildet ist, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass (e) zumindest ein Federelement (18.1, 18.2, 18.3) die Welle (26) zumindest über einen halben Umfang, insbesondere zumindest einmal vollständig, umgibt.
Schlupf-Messgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (18.1, 18.2, 18.3) die Welle (26) spiralförmig umgibt.
Schlupf-Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (16) – zumindest zwei Federelemente (18.1, 18.2, 18.3) und – für jedes Federelement (18.1, 18.2, 18.3) zumindest zwei Deformationsmesselemente aufweist, wobei jeweils ein Deformationselement (24) an jedem Ende befestigt ist.
Schlupf-Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Federelemente (18.1, 18.2, 18.3) flach ausgebildet sind und jeweils eine Außenseite und eine Innenseite besitzen und dass – die Messvorrichtung (16) zumindest zwei Federelemente (18.1, 18.2, 18.3) und für jedes Federelement (18.1, 18.2, 18.3) zumindest vier Deformationsmesselemente aufweist, wobei an jedem Ende jedes Federelements (18.1, 18.2, 18.3) jeweils ein Deformationselement (24) auf der Außenseite und der Innenseite befestigt ist.
Schlupf-Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (18.1, 18.2, 18.3) so an der Welle (26) und/oder der Nabe (28) befestigt ist, dass ein Schlupf zwischen Welle (26) und Nabe (28) zu einer Biegedehnung am ersten Ende und/oder am zweiten Ende des zumindest einen Federelements (18.1, 18.2, 18.3) führt.
Schlupf-Messgerät nach einem der Ansprüche 2 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Federelement (18.1, 18.2, 18.3) eine Breite hat, die zumindest dem Fünffachen seiner Höhe entspricht.
Schlupf-Messgerät nach Anspruch 2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Deformationselement (24) zumindest einen Dehnungsmessstreifen und eine Brückenschaltung zum Erfassen einer Dehnung des zumindest einen Dehnungsmessstreifens umfasst.
Schlupf-Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nabenverbindung (14) zumindest eine Spitze (36) aufweist, mittels der eine Bewegung der Nabe (28) auf das Federelement (18.1, 18.2, 18.3) übertragbar ist.
Welle-Nabe-Verbindung mit (a) einer Welle (26), (b) einer Nabe (28) und (c) einem Schlupf-Messgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dessen eine Nabenverbindung (14) mit der Nabe (28) verbunden ist und dessen Wellenverbindung (12) mit der Welle (26) verbunden ist.