DE10325279A1

DE10325279A1 - Calibration device for adjusting the measurement accuracy of a torque measurement arrangement on a suspended electrical motor, comprises a lever arm for application of a reference force to the motor stator

Info

Publication number: DE10325279A1
Application number: DE2003125279
Authority: DE
Inventors: Uwe Oehme
Original assignee: Schenck Pegasus GmbH
Current assignee: Horiba Europe GmbH
Priority date: 2003-06-03
Filing date: 2003-06-03
Publication date: 2005-01-05

Abstract

Calibration device for adjusting the measurement accuracy of a torque measurement arrangement on a suspended electric motor, which has at least an additional lever arm (1, 2) that is mounted radially on the stator housing of the motor and can have a reference force applied via it to the motor. At least one spring (7, 8), connection means (6) and a reference force measurement device (9) are arranged between an additional system part (2) and the lever arm, whereby the reference force is applied by displacement of the stator relative to the additional system part.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kalibriervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The The invention relates to a calibration device according to the preamble of the claim 1.

Bei Vorrichtungen zur Messung von Kräften oder Momenten müssen diese mindestens vor der ersten Inbetriebnahme kalibriert werden. Dazu wird die Vorrichtung meist mit Referenzkräften oder Momenten belastet und dahingehend eingestellt, dass der angezeigte Messwert den entsprechenden Referenzwerten entspricht. Dies ist insbesondere aufwendig, wenn die Referenzkräfte nicht direkt eingeleitet werden können, Hilfsvorrichtungen notwendig sind oder die Krafteinleitung nur an schwer zugänglichen Stellen erfolgen kann. Eine derartige Kalibrierung ist in der Regel bei Drehmomentmessvorrichtungen schwierig durchführbar, da dort meist nicht direkt Referenzmomente in die Messvorrichtung einleitbar sind, sondern zusätzliche Hilfsvorrichtungen zur Belastung mit Referenzkräften an der Messvorrichtung montiert werden müssen. So ist es häufig der Fall, dass über das Antriebsmoment von elektrischen Maschinen andere Messgrößen abgeleitet werden, wie beispielsweise bei der Förderstärkenmessung von Schüttgütern mit Coriolisdurchflussmessgeräten oder bei der Leistungsmessung auf Fahrzeugprüfständen und dergleichen. Diese Drehmomentmessvorrichtungen an elektrischen Maschinen verfügen in der Regel über einen pendelnd aufgehängten Generator oder Motor, der sich gegenüber einem ortsfesten Geräteteil über eine Kraftmessvorrichtung abstützt.at Devices for measuring forces or Moments have to These are calibrated at least before the first start-up. For this purpose, the device is usually loaded with reference forces or moments and adjusted so that the displayed measured value corresponding to the Reference values. This is particularly costly, though the reference forces can not be initiated directly, auxiliary devices necessary or the force can only be applied in hard to reach places. Such calibration is usually difficult with torque measuring devices feasible Since there usually not directly reference moments in the measuring device are introductory, but additional Auxiliary devices mounted for loading with reference forces on the measuring device Need to become. That's the way it is the case that over the drive torque derived from electrical machines other measurands be, as for example in the delivery of bulk solids Coriolis flowmeters or in the performance measurement on vehicle test stands and the like. These Torque measuring devices on electric machines have in the Usually over a pendulum suspended Generator or motor, which is opposite to a fixed part of the device via a Force measuring device supported.

Aus der DE 197 16 782A12 ist eine derartig pendelnd aufgehängte Maschine bekannt, dessen Antriebsmoment mit einer Kraftmessvorrichtung ermittelt wird. Dazu ist die elektrische Maschine auf ihrer Drehachse drehbar gelagert und über einen Hebelarm auf einer Kraftmessvorrichtung abgestützt. Da über die Kraftmessvorrichtung das Reaktionsmoment der elektrischen Maschine gemessen wird, ist eine reibungsarme, hydrostatische Lagerung vorgesehen. Eine derartige Drehmomentmessvorrichtung wird mindestens vor der ersten Inbetriebnahme einmal kalibriert, um im späteren Betriebsablauf genaue Messwerte zu gewährleisten. Dazu wird an dem Motor eine Kalibriervorrichtung angebaut, durch die bekannte Referenzkräfte in die Kraftmessvorrichtung eingeleitet werden. Diese Kalibriervorrichtung besteht meist aus einem horizontalen Hebelarm bekannter Länge, der horizontal an das Statorgehäuse der elektrischen Maschine angeschraubt wird. Auf diesen Hebelarm werden dann manuell verschiedene Referenzgewichte aufgesetzt. Eine derartige Auflagerung von Referenzgewichten erzeugt nun ein vorgegebenes Moment auf die Kraftmessvorrichtung, die dann mit dem angezeigten Moment verglichen und entsprechend dem Referenzmoment nachgestellt wird. Um eine möglichst genaue Kalibrierung durchzuführen werden in der Praxis mehrere Kalibriervorgänge mit unterschiedlich großen Referenzgewichten durchgeführt, die insbesondere bei den hohen Referenzgewichten mit speziellen Fahrzeugen aufgesetzt werden müssen und so zeitaufwendig und damit kostenintensiv sind. Derartige Kalibrierverfahren müssen nicht nur in regelmäßigen Zeitabständen wie beispielsweise monatlich, sondern immer auch bei einer funktionalen oder örtlichen Änderung an der elektrischen Maschine sowie bei der Änderung der Umgebungsbedingungen durchgeführt werden. Dabei ist es insbesondere schwierig, wenn eine derartige elektrische Maschine in Unterflurprüfständen vorgesehen ist, bei der die Kalibriervorrichtung nur mit erheblichem Monatageaufwand angebracht werden kann.From the DE 197 16 782A12 is such a pendulum suspended machine known whose drive torque is determined by a force measuring device. For this purpose, the electric machine is rotatably mounted on its axis of rotation and supported by a lever arm on a force measuring device. Since the reaction torque of the electric machine is measured via the force measuring device, a low-friction, hydrostatic bearing is provided. Such a torque measuring device is calibrated once, at least before the first start-up, in order to ensure accurate measured values in later operation. For this purpose, a calibration device is attached to the motor, are introduced by the known reference forces in the force measuring device. This calibration device usually consists of a horizontal lever arm of known length, which is screwed horizontally to the stator housing of the electric machine. Different reference weights are then manually placed on this lever arm. Such a Auflagerung of reference weights now generates a predetermined moment on the force measuring device, which is then compared with the displayed moment and readjusted according to the reference moment. In order to carry out a calibration which is as accurate as possible, several calibration processes are carried out in practice with reference weights of different sizes, which in particular must be set up with special vehicles in the case of the high reference weights and are thus time-consuming and thus cost-intensive. Such calibration methods must not only be carried out at regular intervals, for example on a monthly basis, but always also during a functional or local change to the electrical machine and during the change of the ambient conditions. It is particularly difficult when such an electrical machine is provided in underfloor test stands, in which the calibration can be attached only with considerable monthly expenditure.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kalibriervorrichtung für eine Drehmomentmessvorrichtung an pendelnd gelagerten elektrischen Maschinen zu schaffen, die ohne Referenzgewichtsauflagerungen auskommt und mit der auch im laufenden Messbetrieb ohne großen Aufwand Kalibrierungen wiederholbar sind.Of the The invention is therefore based on the object, a calibration device for one Torque measuring device on oscillating mounted electrical machines to create that works without reference weight deposits and with the even in the current measuring operation without great effort calibrations are repeatable.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.These The object is achieved by the invention specified in claim 1 solved. Further developments and advantageous embodiments are specified in the subclaims.

Die Erfindung hat den Vorteil, dass die Kalibriervorrichtung schnell und an gut zugänglichen Stellen der elektrischen Maschine anbringbar ist, auch wenn nur ein Teil des Statorgehäuses zugänglich ist. Dadurch wird auch eine rasche Wiederholbarkeit der Kalibrierung gewährleistet und deshalb ist diese insbesondere bei mobilen Prüfständen vorteilhaft.The The invention has the advantage that the calibration device is fast and easily accessible Make the electrical machine attachable, even if only a part of the stator housing accessible is. This also gives a quick repeatability of the calibration guaranteed and therefore this is particularly advantageous in mobile test benches.

Durch die wegübersetzenden Federelemente können auch vorhandene größere Verschiebewege der Maschine vorteilhaft genutzt werden, um auf einfache Weise Kräfte in die Drehmomentmesseinrichtung und die Referenzmesseinrichtung einzuleiten. Durch Ausnutzung unterschiedlicher Wege können auch unterschiedliche Kräfte eingeleitet werden, was eine hohe Genauigkeit der Kalibrierung gewährleistet.By the way translating Spring elements can also existing larger displacement routes The machine can be advantageously used to easily force in the Initiate torque measuring device and the reference measuring device. By using different ways can also different personnel be initiated, which ensures a high accuracy of the calibration.

Bei einer besonderen Ausführung der Erfindung ist bei einem verschiebbar angeordneten Zweiachsprüfstand vorgesehen, dass beide Statorgehäuse über Hebelarme miteinander und der Referenzmesseinrichtung verbunden werden, wodurch vorteilhafterweise gleichzeitig zwei Drehmomentmesseinrichtungen kalibriert werden können. Da diese Kalibriervorrichtung auch auf unterflur angeordneten Maschinen durchgeführt werden kann, ist auch bei Unterflurprüfständen verschiedenster Ausführungen eine rasche und kostengünstige Kalibrierung gewährleistet.at a special design the invention is provided in a displaceably arranged Zweachsprüfstand, that both stator housing via lever arms connected to each other and the reference measuring device, whereby advantageously at the same time two torque measuring devices can be calibrated. As this calibration device also on underfloor arranged machines carried out can be, is also at Unterflurprüfständen various designs a fast and inexpensive Calibration guaranteed.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:The Invention is based on an embodiment, which is shown in the drawing, explained in more detail. Show it:

1: eine Kalibriervorrichtung für einen Zweiachsfahrzeugprüfstand, und 1 a calibration device for a two-axle vehicle test bench, and

2: einen Zweiachsfahrzeugprüfstand mit einer darauf montierten Kalibriervorrichtung. 2 A two-axle vehicle test bench with a calibration device mounted thereon.

In 1 der Zeichnung ist eine Kalibriervorrichtung für einen Zweiachsfahrzeugprüfstand im Detail dargestellt, die aus zwei hebelarmartigen Lagerböcken 1, 2 und dazwischen angeordneten Federelementen 7, 8 sowie einer Verbindungsstange 6 und einer Referenzkraftmessvorrichtung 9 besteht.In 1 The drawing shows a calibration device for a two-axle vehicle test bench is shown in detail, consisting of two levers like bearing blocks 1 . 2 and interposed spring elements 7 . 8th and a connecting rod 6 and a reference force measuring device 9 consists.

Die dargestellte Kalibriervorrichtung ist für einen gegeneinander verschiebbar angeordneten Zweiachsfahrzeugprüfstand vorgesehen, wie er für die Abgasmessung von Kraftfahrzeugen eingesetzt wird. Diese Kalibriereinrichtung enthält linksseitig einen Lagerbock 1, der als vertikaler zusätzlicher Hebelarm angeordnet ist. Dazu ist eine horizontale Grundplatte 5 mit vier Bohrungen vorgesehen, die horizontal auf ein Statorgehäuse einer elektrischen Maschinen montierbar ist. An die Grundplatte 5 ist ein vertikaler Fortsatz 3 angebracht, der vorzugsweise eine Hebelarmlänge von 381 mm aufweist, die in etwa der Hebelarmlänge der Kraftmessvorrichtung der elektrischen Maschine 17 entspricht, so dass vergleichbare Ergebnisse erzielbar sind.The illustrated calibration device is provided for a mutually displaceably arranged Zweiachsfahrzeugprüfstand, as it is used for the exhaust gas measurement of motor vehicles. This calibration device contains a bearing block on the left side 1 , which is arranged as a vertical additional lever arm. This is a horizontal base plate 5 provided with four holes, which is horizontally mounted on a stator housing of an electrical machine. To the base plate 5 is a vertical extension 3 attached, which preferably has a lever arm length of 381 mm, which is approximately the lever arm length of the force measuring device of the electric machine 17 corresponds, so that comparable results can be achieved.

Am oberen Endabschnitt des Fortsatzes 3 ist ein horizontaler Lagerbolzen 4 als Lagerstelle angeordnet, der eine Querbohrung besitzt, durch die eine horizontale Verbindungsstange 6 als Verbindungsmittel geführt ist. Die Verbindungsstange 6 ist auf Zug- oder Druck beanspruchbar und durch ein Spiralfederpaket 7, 8 als Federelemente am linken Lagerbock 1 fixiert. Dazu ist eine linksseitige Spiralfeder 7 und eine gleichartige Feder 8 rechtsseitig vom Lagerbolzen 4 montiert und über zwei Klemmmuttern spielfrei am Lagerbock 1 fixiert. Die gegenüberliegende Seite der Verbindungsstange 6 ist an einer Referenzkraftmessvorrichtung 9 befestigt, die als geeichte Kraftmessdose ausgebildet ist. Rechtsseitig ist die Kraftmessdose 9 über ein Zwischenstück 10 an einem rechtsseitigen Lagerbock 2 befestigt. Dieser Lagerbock 2 verfügt ebenfalls über eine anschraubbare Grundplatte 5, einen vertikalen Fortsatz 3 von einer Hebelarmlänge von 381 mm und einem horizontalen Lagerbolzen zur Abstützung der Verbindungsstange 6 bzw. der Kraftmessdose.At the upper end portion of the extension 3 is a horizontal bearing pin 4 arranged as a bearing, which has a transverse bore through which a horizontal connecting rod 6 is performed as a connecting means. The connecting rod 6 is claimed on tensile or compressive and by a coil spring package 7 . 8th as spring elements on the left bearing block 1 fixed. This is a left-sided coil spring 7 and a similar spring 8th right side of the bearing pin 4 mounted and via two clamping nuts clearance on the bearing block 1 fixed. The opposite side of the connecting rod 6 is at a reference force measuring device 9 attached, which is designed as a calibrated load cell. Right side is the load cell 9 over an intermediate piece 10 on a right side bearing block 2 attached. This bearing block 2 also has a screw-on base plate 5 , a vertical extension 3 of a lever arm length of 381 mm and a horizontal bearing pin for supporting the connecting rod 6 or the load cell.

Die Funktion der Kalibriervorrichtung wird anhand der Einbaulage in einem Zweiachsfahrzeugprüfstand entsprechend 2 beschrieben. Dort ist ein kompakter Fahrzeugprüfstand dargestellt, der vorzugsweise zur Abgasprüfung von ein oder zweiachsig angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt wird. Dieser besteht aus zwei Doppelrolleneinheiten 11, 15, die zur Achsabstandseinstellung in Längsrichtung verschieblich angeordnet sind. Am Doppelrollenprüfstand sind beide Doppelrolleneinheiten 11, 15 auf einem Unterrahmen 12 angeordnet, dessen Teile über einen nicht dargestellten Spindelantrieb gegeneinander verschiebbar sind. Der gesamte Prüfstand ist mit Abdeckblechen 14 zur Überfahrt der Fahrzeuge verschlossen und kann übererdig oder Unterflur in einer Grube angebracht sein. Für Wartungs- und Einstellarbeiten sind deshalb die Mittelmotorantriebe jeder Doppelrolleneinheit 11, 15 über eine Abdeckklappe 13 zugänglich. Auf jedem zugänglichen Statorgehäuse 16 des Mittelmotors 17 wird deshalb zur Kalibrierung jeweils ein Lagerbock 1, 2 aufgeschraubt. Dazu sind bereits Gewindebohrungen auf der horizontalen Seite des Mittelmotors 17 vorgesehen, die eine schnelle Montage ermöglichen.The function of the calibration device is based on the mounting position in a two-axle vehicle test bench accordingly 2 described. There, a compact vehicle dynamometer is shown, which is preferably used for exhaust gas testing of one or two-axis driven vehicles. This consists of two double roller units 11 . 15 , Which are arranged for axial distance adjustment in the longitudinal direction displaceable. At the double roller dynamometer both double roller units are 11 . 15 on a subframe 12 arranged, the parts of which are displaceable against each other via a spindle drive, not shown. The entire test stand is with cover plates 14 closed to the passage of the vehicles and may be mounted on the ground or underground in a pit. For maintenance and adjustment work, therefore, the mid-motor drives each dual roller unit 11 . 15 via a cover flap 13 accessible. On every accessible stator housing 16 of the middle engine 17 Therefore, a bearing block is used for calibration 1 . 2 screwed. There are already tapped holes on the horizontal side of the center motor 17 provided, which allow a quick installation.

Zur Kalibrierung werden nun die beiden Doppelrolleneinheiten 11, 15 mittels des vorhandenen Spindelantriebs gegeneinander verschoben, wobei der Verschiebeweg je nach Federsteifigkeit vorzugsweise etwa 120 mm beträgt. Durch die beiden pendelnd gelagerten elektrischen Maschinen 17 des Prüfstandes wird nun über die Verbindungsstange 6 eine Kraft in die Referenzmessdose 9 und die beiden Drehmomentmessvorrichtung der Mittelmotoren 17 eingeleitet, die ebenfalls aus einer Kraftmesszelle und einem darauf abgestützten Hebelarm bestehen. Dabei ist die Größe der eingeleiteten Kraft hauptsächlich von der Federsteifigkeit und dem gewählten Verschiebeweg abhängig. Durch die doppelseitige Federanordnung 7, 8 ist sowohl eine Druck- als auch eine Zugbelastung bei unterschiedlichen Verschieberichtungen möglich und vorteilhaft auswertbar. Durch unterschiedliche Verschiebewege kann auch eine Kalibrierung mit unterschiedlichen Belastungshöhen durchgeführt werden, um eine Kalibrierung in allen möglichen Lastbereichen durchzuführen.The two double roller units will now be calibrated 11 . 15 shifted by means of the existing spindle drive against each other, wherein the displacement is preferably about 120 mm, depending on the spring stiffness. By the two oscillating mounted electrical machines 17 The test bench is now over the connecting rod 6 a force in the reference load cell 9 and the two torque measuring device of the center motors 17 introduced, which also consist of a load cell and a lever arm supported thereon. The size of the force introduced depends mainly on the spring stiffness and the selected displacement. Due to the double-sided spring arrangement 7 . 8th Both a compressive and a tensile load at different displacement directions is possible and advantageous evaluated. By different displacement paths, a calibration with different load levels can be performed to perform a calibration in all possible load ranges.

Zur Auswertung der Kalibrierung ist die Referenzmessdose 9 vorzugsweise mit einer programmgesteuerten Auswertevorrichtung des Prüfstandes verbunden, so dass gleich alle Ergebnisse nebeneinander ablesbar sind. Da alle Hebelarme 1 vom Drehpunkt gleich gewählt sind, ist eine direkter Vergleich der drei Messwerte möglich. Zur Kalibrierung müssen dann die Messwerte der beiden Prüfstandsteile 11, 15 jeweils auf die geeichten Werte der Referenzmessdose 9 eingestellt werden. Bei dem dargestellten Prüfstand in dies besonders vorteilhaft, da dieser zum mobilen Einsatz an verschiedenen Prüforten vorgesehen ist, wo unterschiedliche Gravitation und Temperaturen herrschen, so dass dort stets eine neue Kalibrierung notwendig ist. Bei der vorstehend beschriebenen Kalibrierung ist eine Doppelrolleneinheit ortsfest und die andere gegen diese verschiebbar.For evaluation of the calibration is the reference load cell 9 preferably connected to a program-controlled evaluation of the test stand, so that all the results are readable side by side. Because all lever arms 1 are chosen equal from the pivot point, a direct comparison of the three measured values is possible. The measured values of the two test bench parts must then be calibrated 11 . 15 each to the calibrated values of the reference load cell 9 be set. In the illustrated test bench in this particularly advantageous, since this is intended for mobile use at different Prüfforten where different gravity and temperatures prevail, so that there is always a new calibration is necessary. In the calibration described above, a double roller unit is fixed and the other against these slidable.

Mit einer derartigen Kalibriervorrichtung kann auch ein Einachsprüfstand mit einer Doppelrolleneinheit oder einer Einrolleneinheit kalibriert werden. Dazu müsste allerdings einer der beiden Lagerböcke 2 an einem zusätzlichen Geräteteil befestigt oder als zusätzliches Geräteteil ausgebildet sein, das gegenüber dem anderen Lagerbock 1 verschiebbar angeordnet ist. Es ist auch möglich, eine Verschiebevorrichtung direkt in die Verbindungsstangen 6 zu integrieren oder zwischen der Referenzmessvorrichtung 9 und einem ortsfesten Geräteteil als zusätzliches Geräteteil anzuordnen. Eine derartige Verschiebevorrichtung kann vorteilhaft auch als Hydraulik- oder Luftdruckzylinder ausgebildet sein. Mit einer derartigen separaten Verschiebevorrichtung können nicht nur Prüfstände, sondern auch andere Drehmomentmesseinrichtungen an pendelnd aufgehängten Maschinen kalibriert werden. Es ist lediglich erforderlich, dass eine Verschiebung des Stators 16 gegenüber einem ortsfesten Geräteteil erfolgt und dass dazwischen auch die Kalibriervorrichtung angeordnet ist.With a calibration device of this type, it is also possible to calibrate a single-axis test stand with a double-roller unit or a single-roller unit. However, one of the two bearing blocks would have to be 2 attached to an additional device part or be designed as an additional device part, compared to the other bearing block 1 slidably arranged. It is also possible to have a shifting device directly into the connecting rods 6 to integrate or between the reference measuring device 9 and to arrange a stationary device part as an additional device part. Such a displacement device can advantageously also be designed as a hydraulic or air pressure cylinder. With such a separate displacement device not only test stands, but also other torque measuring devices can be calibrated on pendulum suspended machines. It is only necessary that a shift of the stator 16 takes place relative to a fixed part of the device and that in between the calibration device is arranged.

Claims

Calibration device for measuring accuracy adjustment of a torque measuring device on a pendulum-mounted electric machine ( 17 ) consisting of at least one additional lever arm ( 1 . 2 ) which radially on the stator housing ( 16 ) of the electric machine ( 17 ) and in which a detectable reference force can be introduced by means of which the measurement accuracy adjustment takes place, characterized in that between the additional lever arm ( 1 ) and an additional device part ( 2 ) at least spring elements ( 7 . 8th ), Connecting means ( 6 ) and a reference force measuring device ( 9 ), wherein the reference force by a displacement of the stator ( 16 ) opposite the additional device part ( 2 ) he follows.

Calibration device according to claim 1, characterized in that the radial end region of the additional lever arm ( 1 ) linear with the spring elements ( 7 . 8th ), the reference force measuring device ( 9 ) and the additional device part ( 2 ) by the connecting means ( 6 ) connected is.

Calibration device according to claim 1 or 2, characterized in that the additional lever arm ( 1 ) is designed as a bearing block, which consists of a base plate ( 5 ), a vertical extension ( 3 ) and a depository ( 4 ) for the connecting means ( 6 ) consists.

Calibration device according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting means ( 6 ) are designed as rods or cables, the lever arm ( 1 ), the spring elements ( 7 . 8th ), the reference load cell ( 9 ) and the additional device part ( 2 ) connect with each other.

Calibration device according to one of the preceding claims, characterized in that the spring elements ( 7 . 8th ) are formed as coil springs and a connecting rod ( 6 ) coaxially and so on the lever arm ( 1 ) are arranged such that they are at a displacement of the stator ( 16 ) opposite the additional device part ( 2 ) a tensile and / or compressive force in the reference load cell ( 9 ) and introduce the torque measuring device.

Calibration device according to one of the preceding claims, characterized in that the additional device part ( 2 ) than on a stator housing ( 16 ) mounted bearing block ( 2 ) or lever arm is formed.

Calibration device according to one of the claims 1 to 5 , characterized in that the additional device part ( 2 ) is designed as a stationary or displaceable device part, which is a linear distance from the additional lever arm ( 1 ) and is used to absorb power or for the introduction of force or is designed as such.