DE10238077B4

DE10238077B4 - Drehmoment-Normalmesseinrichtung

Info

Publication number: DE10238077B4
Application number: DE2002138077
Authority: DE
Inventors: Klaus Achterfeld; Dr. Gaßmann Helmut
Original assignee: GTM Gassmann Testing and Metrology GmbH
Current assignee: GTM Testing and Metrology GmbH
Priority date: 2002-08-21
Filing date: 2002-08-21
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2022-08-22
Also published as: DE10238077A1

Abstract

Drehmoment-Normalmesseinrichtung mit einem Maschinenrahmen, in dem eine erste, messseitige Spanneinrichtung und eine zweite, belastungsseitige Spanneinrichtung gelagert sind, zwischen denen ein Prüfling aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, messseitige Spanneinrichtung (9) einen mit einem Spannflansch (10) für den Prüfling (7) versehenen Hebel (11, 11') aufweist, von dem mindestens ein erster Arm (12) über ein dehnungskontrolliertes Federgelenk (14) und einen Zug-Druck-Kraftaufnehmer (15) mit im wesentlichen tangentialer Wirkrichtung spielfrei mit dem Maschinenrahmen (1) verbunden ist, dass ein zweiter Arm (13) des Hebels (11, 11') über ein dehnungskontrolliertes Federgelenk (16) spielfrei mit dem Maschinenrahmen (1) verbunden ist, und dass die Federgelenke (14, 16) beiderseits Dehnungsmessstreifen tragen, die mit einer Auswerteschaltung verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehmoment-Normalmesseinrichtung mit einem Maschinenrahmen, in dem eine erste, messseitige Spanneinrichtung und eine zweite, belastungsseitige Spanneinrichtung gelagert sind, zwischen denen ein Prüfling aufnehmbar ist.
Drehmoment-Normalmesseinrichtungen werden in Ausführungen mit höchster Präzision als Primärnormal bei nationalen metrologischen Institutionen als Referenz für alle anderen hierauf zurückgeführten Drehmoment-Messmittel verwendet. Darüber hinaus werden Ausführungen mit verringerter Anforderung an die Messgenauigkeit bei der Kalibrierung industrieller Drehmomentaufnehmer eingesetzt.
Bei einer bekannten Drehmoment-Normalmesseinrichtung ( DE 100 32 978 A1 ) ist die Spanneinrichtung für die Messseite des Prüflings in einem Kreuzfedergelenk mit dehnungskontrollierten Gelenken gelagert. Die gegenüber liegende Seite des Prüflings ist in einem herkömmlichen Wellenlager gelagert. Das Drehmoment wird über einen Gegenmomenthebel aufgebracht. Auf der Messseite des Prüflings wirken über einen Hebel Einzelmassen aus einem Massestapel ein.
Aus der Veröffentlichung DE 33 31 708 C3 ist es bekannt, einen Zug-Druck-Kraftaufnehmer am Hebel einer Drehmoment-Normalmesseinrichtung zu verbinden.
Der konstruktive Aufwand und der Arbeitsaufwand bei der Durchführung eines Messvorgangs sind bei derartigen Drehmoment-Normalmesseinrichtungen verhältnismäßig hoch.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Drehmoment-Normalmesseinrichtung der eingangs genannten Gattung zu schaffen, die bei einfacher und kompakter Bauweise die Durchführung des Messvorgangs mit verhältnismäßig geringem Arbeitsaufwand ermöglicht. Insbesondere soll auf die Verwendung von Massestapeln verzichtet werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die erste, messseitige Spanneinrichtung einen mit einem Spannflansch für den Prüfling versehenen Hebel aufweist, von dem mindestens ein erster Arm über ein dehnungskontrolliertes Federgelenk und einen Zug-Druck-Kraftaufnehmer mit im wesentlichen tangentialer Wirkrichtung spielfrei mit dem Maschinenrahmen verbunden ist, dass ein zweiter Arm des Hebels über ein dehnungskontrolliertes Federgelenk spielfrei mit dem Maschinenrahmen verbunden ist, und dass die Federgelenke beiderseits Dehnungsmessstreifen tragen, die mit einer Auswerteschaltung verbunden sind.
Die Aufhängung des messseitig mit dem Prüfling verbundenen Hebels an mindestens an einem Zug-Druck-Kraftaufnehmer und an einem Federgelenk des Hebels, vorzugsweise ebenfalls über einen Zug-Druck-Kraftaufnehmer mit im wesentlichen tangentialer Wirkrichtung oder über ein Lenkerbauteil, ermöglicht es, auf eine gesonderte Drehlagerung zu verzichten und zugleich das übertragene Moment mit hoher Genauigkeit zu erfassen. Das übertragene Drehmoment ergibt sich aus der im Zug-Druck-Kraftaufnehmer ermittelten Kraft und dem Abstand der beiden dehnungskontrollierten Federgelenke, der konstruktionsbedingt festliegt und mit hoher Genauigkeit vermessen werden kann. Die möglicherweise über die Federgelenke übertragenen, die Messung beeinflussenden Störmomente werden durch die an den Federgelenken beiderseits angebrachten Dehnungsmessstreifen erfasst und können zur Korrektur des Messsignals herangezogen werden.
Die Länge des zweiten Arm des Hebels kann dabei beliebig gewählt werden und sogar zu Null werden, wenn nämlich das Gelenk in die Mittelachse des Prüflings gelegt wird.
Das zweite Gelenk kann über ein Lenkerbauteil mit dem Maschinenrahmen verbunden werden.
Es ist auch möglich, die Wirkrichtung des Zug-Druck-Kraftaufnehmers so zu verändern, dass das von den Dehnungsmessstreifen der Federgelenke gelieferte Signal auf Null gebracht wird. Hierzu ist in weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens vorgesehen, dass der Zug-Druck-Kraftaufnehmer des ersten Arms und/oder das Lenkerbauteil des zweiten Arms jeweils über einen Lenker mit dem Maschinenrahmen verbunden sind und dass an den Lenkern jeweils eine steuerbare Schwenkeinrichtung angreift. Dadurch wird jeweils der auf der Seite des Maschinenrahmens liegende Gelenkpunkt des Zug-Druck-Kraftaufnehmers bzw. des Lenkerbauteils verlagert, bis die Ausgangssignale der Dehnungsmessstreifen an den dehnungskontrollierten Federgelenken ergeben, dass kein störendes Moment mehr über die Federgelenke übertragen wird.
In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist vorgesehen, dass die zweite belastungsseitige Spannvorrichtung einen mit einem Spannflansch für den Prüfling versehenen Belastungshebel aufweist, von dem mindestens zwei Arme ausgehen, an denen jeweils ein steuerbarer Belastungsantrieb im wesentlichen tangential angreift.
Damit wird auf der Belastungsseite die Einleitung des Drehmoments ebenfalls mit verhältnismäßig einfachen baulichen Mitteln so durchgeführt, dass auch hier auf eine gesonderte Drehlagerung verzichtet werden kann. Insgesamt ergibt sich dadurch für die Drehmoment-Normalmesseinrichtung eine kompakte, platzsparende Bauweise.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand weiter Unteransprüche.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind. Es zeigt:
1 eine Drehmoment-Normalmesseinrichtung in einer Seitenansicht,
2 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie II-II in 1,
3 einen vergrößerten Schnitt längs der Linie III-III in 1,
4 in einem Schnitt entsprechend der 2 eine abgewandelte Ausführungsform mit nur einem Zug-Druck-Kraftaufnehmer,
5 in einem Schnitt entsprechend der 2 eine weitere abgewandelte Ausführungsform mit drei Zug-Druck-Kraftaufnehmern und
6 in einem Schnitt entsprechend der 3 eine abgewandelte Ausführungsform mit drei Belastungsantrieben.
Die in den 1–3 dargestellte Drehmoment-Normalmesseinrichtung weist einen Maschinenrahmen 1 auf, der im wesentlichen aus drei Rahmensäulen 2 besteht, die zwei stirnseitige Wangen 3, 4 verbinden. Jeweils eine weitere Wange 5 bzw. 6 ist ebenfalls starr mit den Rahmensäulen 2 verbunden und im Abstand zu den äußeren Wangen 3 bzw. 4 angeordnet. Die Drehmoment-Normalmesseinrichtung dient zur Aufnahme und Prüfung eines in 1 mit strichpunktierten Linien nur angedeuteten Prüflings 7, beispielsweise eines Drehmomentaufnehmers oder einer Drehmoment-Messwelle.
Eine entlang den Rahmensäulen 2 längsverschiebbare und sich an den Rahmensäulen 2 in Umfangsrichtung abstützende, ggf. klemmbare Stützplatte 8 trägt eine erste, messseitige Spanneinrichtung 9 für den Prüfling 7 und weist einen Spannflansch 10 auf, an dem die Messseite des Prüflings 7 angebracht wird. Der Spannflansch 10 ist mit einem Hebel 11 verbunden, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Arme 12, 13 aufweist (2).
Der erste Arm 12 ist über ein dehnungskontrolliertes Federgelenk 14 und einen Zug-Druck-Kraftaufnehmer 15 mit im wesentlichen tangentialer Wirkrichtung mit der Stützplatte 8 des Maschinenrahmens 1 verbunden.
In gleicher Weise ist auch der zweite Arm 13 über ein dehnungskontrolliertes Federgelenk 16 und einen Zug-Druck-Kraftaufnehmer 17 mit der beweglichen Wange 8 des Maschinenrahmens 1 verbunden.
Beide Zug-Druck-Kraftaufnehmer 15, 17 bilden hierbei zugleich ein Lenkerbauteil. Sie sind auf der dem jeweils zugeordneten Arm 12 bzw. 13 abgekehrten Seite über ein Gelenk 18 bzw. 19 jeweils mit einem schwenkbaren Lenker 20 bzw. 21 verbunden, der in einem Gelenk 22 bzw. 23 mit der Wange 8 verbunden ist. Alle Gelenke 14, 16, 18, 19, 22 und 23 sind spielfrei ausgeführt. Die dehnungskontrollierten Federgelenke 14, 16 tragen beiderseits Dehnungsmessstreifen, die mit einer (nicht dargestellten) Auswerteschaltung verbunden sind und ein Signal liefern, das dem über das jeweilige Federgelenk 14 bzw. 16 eingeleiteten Moment entspricht.
An den Lenkern 20 bzw. 21 greift jeweils eine steuerbare Schwenkeinrichtung an, die beim dargestellten Ausführungsbeispiel einen mit dem Lenker 20 bzw. 21 biegesteif verbundenen Schwenkhebel 24 bzw. 25 aufweist, an dem ein Schwenkantrieb 26 bzw. 27 angreift. Die Schwenkantriebe 26 und 27 können wie dargestellt jeweils eine gelenkig am Schwenkhebel 24 bzw. 25 angreifende Schubstange 28 aufweisen, die mit einem Exzenterantrieb 29 verbunden ist. Damit können die Lenker 20 bzw. 21 gesteuert verschwenkt werden. Die Auswerteschaltung der dehnungskontrollierten Federgelenke 18, 19 ist mit einer (nicht dargestellten) gemeinsamen Steuereinrichtung für die Schwenkeinrichtungen 26, 27 der Lenker 20, 21 verbunden.
Eine zweite, belastungsseitige Spanneinrichtung 30 (3) weist einen Spannflansch 31 auf, der zur Verbindung mit dem belastungsseitigen Ende des Prüflings 7 bestimmt ist. Von einem mit dem Spannflansch 31 versehenen Belastungshebel 32 gehen mindestens zwei Arme 33 aus, an denen jeweils ein steuerbarer Belastungsantrieb 34 im wesentlichen tangential angreift.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht der Belastungsantrieb 34 jeweils aus einem schwenkbar an einem Lager 35 der Wange 5 des Maschinenrahmens 1 gelagerten Spindeltrieb 36, dessen Gewindespindel 37 mit einer schwenkbar am Arm 33 gelagerten Spindelmutter 38 in Eingriff steht.
Ein an dem einen Arm 33 radial angreifender Stellantrieb 39 dient zur seitlichen Ausrichtung des Hebels 32 im Maschinenrahmen 1.
Mittels der steuerbaren Belastungsantriebe 34 wird über den zweiarmigen Hebel 32 ein Drehmoment auf den Prüfling 7 aufgebracht, das auf der Messseite in der schon beschriebenen Weise durch die im wesentlichen tangential angreifenden Zug-Druck-Kraftaufnehmer 15, 17 erfasst wird und das mit dem gleichzeitige gewonnenen Messsignal des Prüflings 7 verglichen wird.
Die in 4 in einem Schnitt entsprechend der 2 dargestellte abgewandelte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführung nach 2 nur dadurch, dass anstelle des einen Zug-Druck-Kraftaufnehmers des zweiten Arms 13 nur ein Lenkerbauteil 40 vorgesehen ist, das in im wesentlichen tangentialer Richtung am dehnungskontrollierten Federgelenk 16 angreift. Für die Ermittlung des übertragenen Drehmoments genügt das aus dem einzigen Zug-Druck-Kraftaufnehmer 15 am ersten Arm 12 gewonnene Messsignal, das in der schon beschriebenen Weise durch die an den Federgelenken 14 und 16 gewonnenen Signalen korrigiert wird.
Gemäß der in 5 dargestellten Ausführungsform weist der Hebel 11' der messseitigen Spanneinrichtung 9' zusätzlich zu den zwei Armen 12 und 13 einen dritten Arm 41 auf, der ebenso wie die Arme 12 und 13 über ein dehnungskontrolliertes Federgelenk 14 und ein Lenkerbauteil, das auch dort von einem Zug-Druck-Kraftaufnehmer 15 gebildet wird, spielfrei mit der Wange 8 des Maschinenrahmens 1 verbunden ist. Das Federgelenk 14 trägt auch hier beiderseits Dehnungsmessstreifen, die mit Auswerteschaltung verbunden sind.
Eine weitere abgewandelte Ausführungsform auf der Belastungsseite zeigt 6 in einem Schnitt entsprechend der 3. Die belastungsseitige Spanneinrichtung 30' weist hierbei einen dreiarmigen, mit dem Spannflansch 31 verbundenen Belastungshebel 32' auf, an dessen drei Armen 33 jeweils Belastungseinrichtungen 34 angreifen, wie sie bei 3 beschrieben wurden.

Claims

Drehmoment-Normalmesseinrichtung mit einem Maschinenrahmen, in dem eine erste, messseitige Spanneinrichtung und eine zweite, belastungsseitige Spanneinrichtung gelagert sind, zwischen denen ein Prüfling aufnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, messseitige Spanneinrichtung (9) einen mit einem Spannflansch (10) für den Prüfling (7) versehenen Hebel (11, 11') aufweist, von dem mindestens ein erster Arm (12) über ein dehnungskontrolliertes Federgelenk (14) und einen Zug-Druck-Kraftaufnehmer (15) mit im wesentlichen tangentialer Wirkrichtung spielfrei mit dem Maschinenrahmen (1) verbunden ist, dass ein zweiter Arm (13) des Hebels (11, 11') über ein dehnungskontrolliertes Federgelenk (16) spielfrei mit dem Maschinenrahmen (1) verbunden ist, und dass die Federgelenke (14, 16) beiderseits Dehnungsmessstreifen tragen, die mit einer Auswerteschaltung verbunden sind.
Drehmoment-Normalmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federgelenk (16) des zweiten Arms (13) über ein Lenkerbauteil (17, 40) mit dem Maschinenrahmen (1) verbunden ist.
Drehmoment-Normalmesseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Lenkerbauteil des zweiten Arms (13) des Hebels (11) ein Zug-Druck-Kraftaufnehmer (17) mit im wesentlichen tangentialer Wirkrichtung ist.
Drehmoment-Normalmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zug-Druck-Kraftaufnehmer (15) des ersten Arms (12) und/oder das Lenkerbauteil (17, 40) des zweiten Arms (13) jeweils über einen Lenker (20, 21) mit dem Maschinenrahmen (1) verbunden sind und dass an den Lenkern (20, 21) jeweils eine steuerbare Schwenkeinrichtung (26, 27) angreift.
Drehmoment-Normalmesseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkeinrichtung (26, 27) einen mit dem Lenker (20, 21) biegesteif verbundenen Schwenkhebel (24, 25) aufweist, an dem ein Schwenkantrieb (28, 29) angreift.
Drehmoment-Normalmesseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteschaltung der dehnungskontrollierten Federgelenke (14, 16) mit einer gemeinsamen Steuereinrichtung für die Schwenkeinrichtung (26, 27) der Lenker (20, 21) verbunden ist.
Drehmoment-Normalmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hebel (11') der messseitigen Spanneinrichtung (9') mindestens einen dritten Arm (41) aufweist, der über dehnungskontrolliertes Federgelenk (14) und ein Lenkerbauteil (15) spielfrei mit dem Maschinenrahmen (1) verbunden ist, wobei das Federgelenk (14) beiderseits Dehnungsmessstreifen trägt, die mit der Auswerteschaltung verbunden sind.
Drehmoment-Normalmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite, belastungsseitige Spanneinrichtung (30) einen mit einem Spannflansch (31) für den Prüfling (7) versehenen Belastungshebel (32) aufweist, von dem mindestens zwei Arme (33) ausgehen, an denen jeweils ein steuerbarer Belastungsantrieb (34) im wesentlichen tangential angreift.
Drehmoment-Normalmesseinrichtung, nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zug-Druck-Kraftaufnehmer (15 bzw. 17) und ggf. das Lenkerbauteil (40) an einer längs verstellbaren Stützplatte (8) des Maschinengestells (1) angreifen.