Verfahren und Einrichtung zum Messen von Schubkräften Die Erfindung
bezieht sich auf Verfahren zum Messen von Schubkräften an rotierenden Wellen mit
Hilfe von Meßelementen sowie auf Einrichtungen zur Ausübung des Verfahrens. Es sind
Einrichtungen dieser Art bekannt, bei denen die axialen Schubkräfte durch einen
Drucklagerkörper an die Meßelemente übertragen werden, der gleitend auf dem Lagerfundament
angeordnet ist. Die bekannte Einrichtung bedingt damit eigenartige Lagerbauformen
und außerdem Maßnahmen zur Ausgleichung der Wärmedehnungen des Drucklagerkörpers.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Verfahrens bzw. einer Einrichtung, mit
der ein exaktes Erfassen der Schubkräfte und ihrer Schwankungen auch bei wechselnder
Richtung der Kräfte mit geringsten Mitteln erreichbar ist, ohne daß das Lager selbst
anomale Bauformen erhalten muß und ohne daß besondere Maßnahmen zur Ausgleichung
der Wärmedehnungen erforderlich werden.Method and device for measuring thrust forces The invention
relates to methods of measuring thrust forces on rotating shafts with
The help of measuring elements as well as facilities for carrying out the procedure. There are
Devices of this type are known in which the axial thrust forces by a
Thrust bearing body are transferred to the measuring elements, sliding on the bearing foundation
is arranged. The known device thus requires peculiar bearing designs
and also measures to compensate for the thermal expansion of the thrust bearing body.
The invention aims to create a method and a device with
the exact recording of the shear forces and their fluctuations even with changing
Direction of forces can be achieved with the least amount of resources, without the bearing itself
anomalous designs must receive and without special measures for compensation
the thermal expansions are required.
Die Erfindung schlägt hierzu vor, die den auf den Lagerkörper von
den rotierenden Wellen ausgeübten Schubkräften und ihren Schwankungen proportionalen
Kräfte zwischen Lagerkörper und Auflagefläche zu messen. Die Beziehung zwischen
den Schubkräften einerseits und den Kräften zwischen Lagerkörper und Auflagefläche
andererseits folgt aus der Gleichung S h = P a, in der S die Schubkräfte, h der
Abstand der Wellenmitte von der Bodenfläche des Lagerkörpers, a der Abstand zwischen
den Meßstellen und P die durch die Meßeinrichtungen angezeigten Kräfte sind. Bei
Kenntnis der Hebelarme h und a ergeben sonach die von der Meßeinrichtung angezeigten
Kräfte ein exaktes Bild der jeweils auftretenden Schubkräfte. Um Schubkräfte wechselnder
Richtung zu messen, genügt es nunmehr, mindestens je eine Meßstelle, z. B. elektrische
oder hydraulische Meßdosen, Dehnungsmeßstreifen, Meßbolzen od. dgl., zwischen der
Bodenfläche des Lagergehäuses und der Auflagefläche anzuordnen, von denen jeweils
eine die positiven, die andere die negativen Werte der auftretenden Kräfte zwischen
Lagerkörper und Auflagefläche zur Anzeige bringt. Um das aus der Drehung der Welle
in den Lagerstellen resultierende Reibungsmoment auszugleichen, schlägt die Erfindung
vor, jeweils mindestens eine Meßstelle in jeder Ecke der Bodenfläche der Grundplatte
des Lagergehäuses und/oder je eine Meßstelle auf der Oberfläche der Grundplatte
des Lagergehäuses vorzusehen, deren Werte durch Ausmittelung die tatsächlichen Kräfte
zwischen Grundplatte und Auflagefläche ergeben. Zur Verminderung der Reibung zwischen
den Seitenflächen der Grundplatte des Lagergehäuses und den seitlichen Anschlagflächen
zur Aufnahme der horizontalen Kräfte schlägt die Erfindung vor, Rollen
an den Seiten
der Grundplatte des Lagergehäuses anzuordnen. Dies hat den Vorteil, daß vertikale
Bewegungen des Lagerkörpers gegenüber der seitlichen Anschlagfläche durch rollende
und nicht gleitende Reibung übertragen werden. The invention proposes that the on the bearing body of
the thrust forces exerted by the rotating shafts and their fluctuations are proportional
To measure forces between the bearing body and the contact surface. The relationship between
the shear forces on the one hand and the forces between the bearing body and the support surface
on the other hand, it follows from the equation S h = P a, in which S the thrust forces, h the
Distance between the center of the shaft and the bottom surface of the bearing body, a is the distance between
the measuring points and P are the forces indicated by the measuring devices. at
Knowledge of the lever arms h and a therefore result in those indicated by the measuring device
Forces an exact picture of the respective occurring shear forces. Changing by thrust
To measure direction, it is now sufficient to have at least one measuring point, e.g. B. electrical
Or hydraulic load cells, strain gauges, measuring bolts or the like. Between the
To arrange the bottom surface of the bearing housing and the bearing surface, each of which
one the positive, the other the negative values of the forces occurring between
Brings bearing body and support surface to the display. To that from the rotation of the shaft
To compensate for friction torque resulting in the bearing points, the invention proposes
before, at least one measuring point in each corner of the bottom surface of the base plate
of the bearing housing and / or one measuring point each on the surface of the base plate
of the bearing housing, the values of which are determined by averaging the actual forces
result between the base plate and the support surface. To reduce friction between
the side surfaces of the base plate of the bearing housing and the side stop surfaces
to absorb the horizontal forces, the invention proposes rollers
on the sides
the base plate of the bearing housing to be arranged. This has the advantage that vertical
Movements of the bearing body relative to the lateral stop surface by rolling
and non-sliding friction are transmitted.
Die Zeichnung zeigt in schematischen Skizzen Ausführungsbeispiele
der Erfindung. The drawing shows exemplary embodiments in schematic sketches
the invention.
Die Welle 2 ist in an sich bekannter Weise in dem Drucklager 1 gelagert.
Das Drucklager 1 ruht mit seiner Grundplatte 3 auf der Auflagefläche 4. Zwischen
der Bodenfläche der Grundplatte 3 des Lagerkörpers 1 und der Auflagefläche 4 sind
an beiden Enden der Fläche Meßdosen 5 vorgesehen, und zwar derart, dall die Bodenfläche
der Grundplatte 3 des Lagerkörpers 1 auf den Meßdosen 5 ruht. Die Meßdosen 5 können
entweder in die Bodenfläche der Grundplatte 3 des Lagergehäuses 1 oder aber in die
Auflagefläche 4 eingelassen sein. Die positiven Schubkräfte S ebenso wie die negativen
Schubkräfte S wirken in einem Abstand A, das ist die Entfernung zwischen der Wellenmitte
und der Bodenfläche der Grundplatte 3 des Lagergehäuses 1. Die Meßdosen 5 sind in
einem Ab -stand a voneinander angeordnet. Es gilt also hier die Gleichung S h z
= P a, so daß also Pa S= h wird. Die von der einen Meßdose 5 angezeigten Werte ergeben
damit ein genaues Bild der von der Welle auf das Lager ausgeübten positiven Schubkräfte,
während die andere Meßdose 5 die negativen Schubkräfte anzeigt. In Fig. 2 ist zwischen
der Anschlagfläche 7 und der Grundplatte 3 des Lagergehäuses 1 jeweils ein Rollenpaar
6 auf jeder Seite des Lagerkörpers 1 angeordnet. Außerdem ist zwischen der Bodenfläche
der Grundplatte 3 des Lagerkörpers 1 und der Auflagebäuche
4 an
jedem Ende jeweils ein Meßdosenpaar vorgesehen, derart, daß in jeder Ecke der Bodenfläche
eine Meßdose 5 liegt. Durch die Anordnung je einer Meßdose an jeder Ecke der Bodenfläche
der Grundplatte ist erreicht, daß das aus der Drehung der Welle 2 in den Lagerstellen
resultierende Reibungsmoment durch Mittelung der Werte jeweils eines NIefidosenpaares
eliminiert ist und so die tatsächlichen Schubwerte erfaßt werden. Die Anordnung
der Rollen 6 zwischen den Anschlagflächen 7 auf den Seiten der Grundplatte 3 des
Lagergehäuses 1 vermindert insofern die Reibung zwischen der Grundplatte 3 des Lagerkörpers
1 und den Anschlagflächen 7, als nunmehr bei Vertikalbewegungen des Lagerkörpers
1 die auftretenden Kräfte durch rollende und nicht durch gleitende Reibung auf die
Anschlagflächen 7 übertragen werden. Um die Meßergebnisse weiter zu verfeinern,
kann es von Vorteil sein, weitere Meßdosen 5 nicht nur unter, sondern auch auf der
Grundplatte 3 des Lagergehäuses 1 vorzusehen. Dies wird sich besonders dann empfehlen,
wenn Schubkräfte wechselnder Richtung gemessen werden sollen, die verhältnismäßig
kleinen, aber häufig auftretenden Schwankungen unterworfen sind. Durch Ausmittelung
der von der Summe aller Meßdosen aufgezeigten Werte wird dann der exakte jeweils
auftretende Schub einschließlich seiner Schwankungen erfaßbar. The shaft 2 is mounted in the thrust bearing 1 in a manner known per se.
The thrust bearing 1 rests with its base plate 3 on the support surface 4
the bottom surface of the base plate 3 of the bearing body 1 and the support surface 4 are
Load cells 5 are provided at both ends of the surface in such a way that the floor surface
the base plate 3 of the bearing body 1 rests on the measuring cells 5. The load cells 5 can
either in the bottom surface of the base plate 3 of the bearing housing 1 or in the
Support surface 4 should be embedded. The positive shear forces S as well as the negative ones
Shear forces S act at a distance A, which is the distance between the center of the shaft
and the bottom surface of the base plate 3 of the bearing housing 1. The load cells 5 are in
a distance a from each other arranged. The equation S h z applies here
= P a, so that Pa S = h. The values displayed by one load cell 5 result
so that an accurate picture of the positive thrust forces exerted by the shaft on the bearing,
while the other load cell 5 shows the negative thrust forces. In Fig. 2 is between
the stop surface 7 and the base plate 3 of the bearing housing 1 each have a pair of rollers
6 arranged on each side of the bearing body 1. Also is between the floor area
the base plate 3 of the bearing body 1 and the support bulges
4 at
at each end a pair of load cells is provided in such a way that in each corner of the floor area
a load cell 5 is located. By arranging a load cell at each corner of the floor area
the base plate is achieved that from the rotation of the shaft 2 in the bearings
resulting frictional torque by averaging the values of one pair of negative doses
is eliminated and so the actual thrust values are recorded. The order
of the rollers 6 between the stop surfaces 7 on the sides of the base plate 3 of the
Bearing housing 1 reduces the friction between the base plate 3 of the bearing body
1 and the stop surfaces 7, than now with vertical movements of the bearing body
1 the forces that occur due to rolling and not sliding friction on the
Stop surfaces 7 are transferred. To further refine the measurement results,
It may be advantageous to have more load cells 5 not only under, but also on the
Provide base plate 3 of the bearing housing 1. This is particularly recommended
if thrust forces in alternating directions are to be measured, the relative
are subject to small but frequent fluctuations. By averaging
the values shown by the sum of all load cells then become the exact one in each case
occurring thrust including its fluctuations detectable.
Die praktische Durchführung des von der Erfindung vorgeschlagenen
Verfahrens und ihre Übertragung insbesondere auf Lagergehäuse, beispielsweise von
Antriebswellen für Schiffe oder auf Gebläsekörper, bei denen die Kenntnis der auftretenden
Schubkräfte von wesentlicher Bedeutung ist, läßt sich in verschiedenster Weise konstruktiv
lösen. Practical implementation of the proposed by the invention
Method and its transfer in particular to bearing housing, for example from
Drive shafts for ships or on fan bodies, where the knowledge of the occurring
Thrust is essential, can be constructed in a variety of ways
to solve.
Die Meßeinrichtungen selbst können dabei die verschiedensten an sich
bekannten und im Handel erhältlichen Ausführungsformen, wie z. B. elektrische oder
hydraulische Meßdosen, Dehnungsmeßstreifen, Meßbolzen usw. sein; wesentlich ist,
daß sie in ihren Abmessungen so gehalten sind, daß sie dem Konstruktionselement
sinnvoll eingefügt werden können. The measuring devices themselves can be very different per se
known and commercially available embodiments such. B. electrical or
hydraulic load cells, strain gauges, measuring bolts, etc .; is essential
that they are kept in their dimensions so that they are the structural element
can be inserted sensibly.
Die in den Fig. 4 und 5 dargestellten Einrichtungen zur Ausübung
des Verfahrens zeigen weitere beispielhafte Lösungsmöglichkeiten, die mit einfachsten
Mitteln exakte Messungen sowohl der positiven als auch der negativen Werte zulassen.
Die Einrichtung in Fig. 4 besteht im wesentlichen in der Anordnung an sich bekannter
Dehnungsmeßstreifen 10 an den Schäften der Haltebolzen 8 für den Lagerkörper 1. The facilities shown in FIGS. 4 and 5 for exercising
of the method show further exemplary possible solutions, with the simplest
Averages allow exact measurements of both positive and negative values.
The device in FIG. 4 consists essentially in the arrangement which is known per se
Strain gauges 10 on the shafts of the retaining bolts 8 for the bearing body 1.
Die den Schubkräften 5 proportionalen Kräfte P in den Haltebolzen
8 ergeben alsdann durch die Anzeige über die Dehnungsmeßstreifen 10 ein eindeutiges
Bild sowohl der negativen als auch der positiven Schubkräfte und ihrer Schwankungen.
In ähnlicher Weise lassen sich die in den Haltebolzen 8 auftretenden. den Schubkräften
S proportionalen Kräfte P durch Meßdosen 5 ermitteln, die zwischen der Mutter der
Halteschrauben 8 und der Oberfläche der Grundplatte 3 des Lagerkörpers 1 angeordnet
sind. Um für die oben aufgezeigten Fälle der Anwendung des erfindungs
gemäßen Verfahrens
die tatsächlichen Schubwerte zu bekommen, werden die an sich bekannten seitlichen
Keilverspannungen des Lagerkörpers 1 nicht durch einfache Flachkeile, sondern durch
Keile 11 mit balligen Seitenflächen verspannt, so daß nunmehr alle vertikalen Bewegungen
des Lagerkörpers 1 in der Größe einiger tausendstel Millimeter durch Abrollen der
die Keildrücke übertragenden Flächen 12, 13 auf den balligen Flächen des Keiles
11 reibungslos verlaufen und damit das Meßergebnis nicht beeinflussen.The forces P proportional to the thrust forces 5 in the retaining bolt
8 then result in a clear display on the strain gauges 10
Picture both negative and positive shear forces and their fluctuations.
In a similar way, those occurring in the retaining bolts 8 can be. the thrust
S proportional forces P determined by load cells 5 between the mother of the
Retaining screws 8 and the surface of the base plate 3 of the bearing body 1 are arranged
are. In order for the above cases of application of the fiction
according to the procedure
to get the actual thrust values will be the known lateral ones
Wedge tensions of the bearing body 1 not by simple flat wedges, but by
Wedges 11 braced with spherical side surfaces, so that now all vertical movements
of the bearing body 1 in the size of a few thousandths of a millimeter by rolling the
the wedge pressures transmitting surfaces 12, 13 on the convex surfaces of the wedge
11 run smoothly and thus do not affect the measurement result.
Die Zahl der entweder mit einem Dehnungsmeßstreifen 10 oder einer
Meßdose 5 zu versehenden Haltebolzen 8 richtet sich dabei jeweils nach der Lagc
und der Zahl der Bolzen in der Grundplatte 3 des Lagerkörpers 1 und der gewünschten
Meßgenauigkeit.The number of either a 10 strain gauge or a
Load cell 5 to be provided retaining bolts 8 is based in each case on the Lagc
and the number of bolts in the base plate 3 of the bearing body 1 and the desired
Measurement accuracy.
PAENTANSPHCCHE. PAENTANSPHCCHE.
1. Verfahren zum Messen von Schubkräften an rotierenden Wellen, dadurch
gekennzeichnet, daß die den auf den Lagerkörper (1) von der rotierenden Welle (2)
ausgeübten Schubkräften (S) und ihren Schwankungen proportionalen Kräfte (P) zwischen
Lagerkörper (1) und Auflagefläche (4) gemessen werden. 1. Method for measuring thrust forces on rotating shafts, thereby
characterized in that the on the bearing body (1) from the rotating shaft (2)
exerted shear forces (S) and their fluctuations proportional forces (P) between
Bearing body (1) and bearing surface (4) are measured.