DE1103632B

DE1103632B - Device for the hydraulic measurement of the torque of rotating shafts

Info

Publication number: DE1103632B
Application number: DEV16463A
Authority: DE
Inventors: Heinrich Enderlen
Original assignee: ENTWICKLUNGSBAU PIRNA VEB
Current assignee: ENTWICKLUNGSBAU PIRNA VEB
Priority date: 1959-04-30
Filing date: 1959-04-30
Publication date: 1961-03-30

Description

Vorrichtung zur hydraulischen Messung des Drehmomentes umlaufender Wellen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur hydraulischen Messung des Drehmomentes umlaufender Wellen mittels einer hydraulischen Wellenkupplung.Device for hydraulic measurement of rotating torque Shafts The invention relates to a device for hydraulic measurement the torque of rotating shafts by means of a hydraulic shaft coupling.

Es ist bereits bekannt, das Drehmoment mit Hilfe hydraulischer Wellenkupplungen, bestehend aus tangential angeordneten Zylindern und inidiesen gegen eine Druckfiüssigkeit verschiebbaren Kolben, zu messen. Derartige Drehmoment-Meß einrichtungen arbeiten nach dem Prinzip der Umsetzung der in den Zyrindern auftretenden tangentialen Druckkräfte in axiale Druckkräfte. Nach einem ;bekannten Vorschlag werden die tangential angeordneten Zylinder solcher Wellenkupplungen mit einem in Wellenmitte befindlichen Kanal verbunden, so daß bei Verschiebung der Kolben in den Zylindern die Flüssigkeit aus dem Kanal verdrängt wird. Diese Ausführunlg ist insofern nachteilig, als der gemessene Druck nicht nur von dem zu übertragenden Drehmoment, sondern auch von den mit veränderlicher Drehzahl wechselnden ;7entrifngalkräften abhängt und die Welle selbst als Teil des Meßgerätes dienen muß. Bei einer anderen Ausführung stehen die mit Flüssigkeit gefüllten tangential angeordneten Zylinder der Wellenkupplung mit einem oder mehreren außerhalb der Wellenmitte 1 legenden axial angeordneten Zylindern in Verbindung, deren Kolben ihrerseits eine Meßdose betätigen. Von den mit der Welle umlaufenden Meßdosen werden die Meßwerte über ein Kugellager auf nicht mit der Welle umlaufende Meß,dosen übertragen. Durch die Verbindung der tangential angeordneten Zylinder ruder Wellenkupplung mit den außerhalb der Wellenmitte liegenden axial angeordneten Zylindern ergeben sich lange Förderwege, die den Meßvorgang beeinträchtigen. Ebenso ist die Vielzahl der Geräteteile von Nachteil. Eine feststehende Meßdose hat zwar den Vorteil der günstigeren ÖIzu- und -ableitung, aber die nötigen Kraftübertragungselem,ente, wie Keile Hebel, Muffen usw., beeinträchtigen das Meßergebnis durch zusätzliche Reibung. Es ist daher angestrebt worden, das Drehmoment ohne Zwischenschaltung weiterer Bauelemente unmittelbar auf mit der Welle rotierende Meß'dosen wirken zu lassen. Eine solche Anordnung fand bisher leine Anwendung, weil durch die drehzahlabhän.gige Fliehkraft und durch die fliehkraftabhängige Wandreibung der Kolben Meßfehler entstanden. It is already known to increase the torque with the help of hydraulic shaft couplings, consisting of tangentially arranged cylinders and inidies against a pressure fluid sliding piston to measure. Such torque measuring devices work according to the principle of implementing the tangential pressure forces that occur in the Cyrinds in axial compressive forces. According to a known proposal, the tangential Cylinders of such shaft couplings are connected to a channel located in the center of the shaft, so that when the piston is moved in the cylinder, the liquid out of the channel is displaced. This embodiment is disadvantageous insofar as the measured pressure not only from the torque to be transmitted, but also from those with variable Speed changing; 7 depends on centrifugal forces and the shaft itself as part of the Must serve measuring device. In another version, those filled with liquid are standing tangentially arranged cylinder of the shaft coupling with one or more outside the shaft center 1 laying axially arranged cylinders in connection, their pistons in turn actuate a load cell. The load cells rotating with the shaft are The measured values are transferred via a ball bearing to measuring cells that do not rotate with the shaft. By connecting the tangentially arranged cylinder rudder shaft coupling with the axially arranged cylinders outside of the shaft center result long conveying paths that affect the measuring process. Likewise is the multitude of Device parts disadvantageous. A fixed load cell has the advantage of being cheaper Oil supply and drainage, but the necessary power transmission elements, such as wedges, levers, Sleeves, etc., impair the measurement result due to additional friction. It is therefore been aimed at, the torque without the interposition of further components directly to act on measuring cells rotating with the shaft. Found such an arrangement So far no application, because of the speed-dependent centrifugal force and the Centrifugal force-dependent wall friction of the pistons resulted in measurement errors.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, eine Vorrichtung ohne die angeführten Nachteile zu schaffen, bei der die Zylinder und Kolben der hydraulischen Wellenkupplung selbst als Meßdosen dienen. The object of the invention is therefore to provide a device without creating the disadvantages mentioned, in which the cylinders and pistons of the hydraulic shaft coupling itself serve as load cells.

Dies wird erfindungsgemäß durch Anbringung eines einen einseitig offenen Ringraum bildenden Flan- sches an dem die Zylinder tragenden Kupplungsteil in der Weise erreicht, Idaß der Ringraum die Zylinder übergreift und die Eintrittsöffnung der das druckbelastete Arbeitsmedium zuführenden Kanäle sowie die Kante Ider kreisförmigen tSffnung des Ringraumes den gleichen radialen Abstand von der Umlaufachse aufweisen, während die die Größe des Querschnittes einer Ablauföffnung in den Zylindern ändernden Kolben an Idem anderen Kupplungsteil an drehbar gelagerten, mit ihrem freien Ende den Masseausgleich bewirkenden zweiarmtgen Hebeln angelenkt sind Durch die Anordnung nach der Erfindung ist erreicht, daß die drehzahl abhängige Fliehkraft auf die 01-füllung in den Zylindern und die fliehkraftabhängige Wandreibung der Kolben keinen Einfluß auf das Meßergehnis haben. Vorzugsweise ist tder die Zylinder tragende Kupplungsteil im Bereich der das A.rbeitsmedium zuführenden Kanäle verstärkt, so daß keine zusätzlichen Druckleitungen angeordnet zu werden brauchen. According to the invention, this is achieved by attaching one on one side open annular space forming flange sches on the coupling part carrying the cylinder achieved in such a way that the annular space overlaps the cylinder and the inlet opening the channels supplying the pressurized working medium and the circular edge the opening of the annular space have the same radial distance from the axis of rotation, while changing the size of the cross section of a drain opening in the cylinders Pistons on the other coupling part on rotatably mounted, with their free end the two-armed levers causing the mass balancing are articulated by the arrangement according to the invention it is achieved that the speed-dependent centrifugal force on the 01 filling in the cylinders and the centrifugal force-dependent wall friction of the pistons have no influence have on the fair result. Preferably t is the coupling part carrying the cylinders Reinforced in the area of the working medium supplying channels, so that no additional Need to be arranged pressure lines.

In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt Abb. 1 die Wellenkupplung im Längsschnitt, Abb. 2 die Wellenkupplung nach Abb. 1 im Schnitt nach Linie A-A. In the drawing, the subject matter of the invention is based on an exemplary embodiment explained. Fig. 1 shows the shaft coupling in longitudinal section, Fig. 2 shows the shaft coupling according to Fig. 1 in section along line A-A.

Die Vorrichtung ist als nydraulische Wellenkuppiung ausgebildet, die aus den Kupplungsteilen 3 und 4 besteht. Am Ende des Kupplungsteiles 3 ist ein Flansch 5 in der Weise angebracht, daß ein einseitig offener Ringraum 6 gebildet wird. Die Öffnung dieses Ringraumes 6 ist kreisförmig und von der Kante 7 begrenzt. Am Kuppiungsteil 3 sind innerhalb des Ringraumes 6 zwei oder mehr Zylinder 8 tangential angeordnet, die über Kanäle 9 mit dem Arbeitsmedium beaufschlagt werden. Die ringförmige Eintrittsöffnung 10 im Kupplungsteil 3 befindet sich im gleichen radialen Abstand von der Umlaufachse wie die Kante 7 der kreisförmigen Öffnung des durch den Flansch 5 gebildeten Ringraumes 6. Im Bereich der Kanäle 9 sind sowohl der Kupplungsteil 3 als auch der Flansch 5 verstärkt. Eine in den Zylindern 8 vorgesehene Abfluß öffnung 11 vorgegebener bzw. veränderlicher Größe mündet in den Ringraum 6. Am Kupplungsteil 4 - und zwar vorzugsweise an dessen freiem Ende sind sternförmig angeordnete Arme 12 i-orgesehen, an denen auf Bolzen 13 zweiarmige Hebel 14 drehbar gelagert sind. An dem einen Ende der Nebel 14 sind die mit den Zylindern 8 in Eingriff befindlichen Kolben 16 angelenkt. Das freie Ende 15 der Hebel 14 dient zum Masseausgleich und ist entsprechend ausgebildet. Durch die Umwälzpumpe 17 wird die umlaufende Ävellenkupplung über die fieststehende Leitung 18, die gegenüber dem Eupplungsteil 3 entsprechend abgedichtet ist, mit dem Arbeitsmedium, z. B. Öl, beaufschlagt. Das Manometer 19 dient zum Ablesen des jeweils herrschenden Förderdruckes. The device is designed as a hydraulic shaft coupling, which consists of the coupling parts 3 and 4. At the end of the coupling part 3 is a Flange 5 attached in such a way that an annular space 6 open on one side is formed will. The opening of this annular space 6 is circular and delimited by the edge 7. On the coupling part 3, two or more cylinders 8 are tangential within the annular space 6 arranged, which are acted upon via channels 9 with the working medium. The ring-shaped Inlet opening 10 in coupling part 3 is located in same radial distance from the axis of rotation as the edge 7 of the circular opening of the Annular space 6 formed by the flange 5. In the area of the channels 9 are both the coupling part 3 and the flange 5 are reinforced. One provided in the cylinders 8 Outflow opening 11 of predetermined or variable size opens into the annular space 6. On the coupling part 4 - and preferably at its free end are star-shaped arranged arms 12 i-provided on which two-armed levers 14 rotatable on bolts 13 are stored. At one end of the mist 14, the cylinders 8 are in engagement located piston 16 is articulated. The free end 15 of the lever 14 is used for mass balancing and is designed accordingly. By means of the circulation pump 17, the rotating Ävellenkupplung via the fixed line 18, which is opposite to the coupling part 3 accordingly is sealed with the working medium, e.g. B. oil applied. The pressure gauge 19 serves to read off the prevailing delivery pressure.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach der Erfindung ist folgende: Das von der Zahnradpumpe 17 geförderte Öl beaufschlagt über die feststehende Förderleitung 18, die ringförmige Eintrittsöffnung 10 und die Kanäle 9 die am rotierenden Kupplnugsteil 3 befindlichen Zylinder 8. Hierdurch werden die Kolben 16 in den Zylindern 8 in eine solche Stellung bewegt, daß der volle Querschnitt der Abflußöffnung 11 freigelegt ist. Das Öl gelangt somit in den Ringraum 6 und wird von einer bestimmten Drehzahl an unter .der Wirkung der Fliehkraft nach außen geschleudert. Sobald der Ringraum 6 mit Öl angefüllt ist, tritt die jeweils noch zu-8!.eßellde Ölmenge, die der Ringraum 6 nicht mehr faßt. über die Kante 7 der kreisförmigen Öffnung des Flansches 5, wird ebenfalls unter der Wirkung der Fliehkraft vom Flansch 5 abgeschleuldert und in einer dafür vorgesehenen, auf der Zeichnung nicht dargestellten Vorrichtung gesammelt. Dadurch, daß die Kante 7 der kreisförmigen Öffnung am Flansch 5 und die Eintrittsöffnung 10 am Kupplungsteil 3 den gleichen radialen Abstand von der Umlaufachse haben, herrscht im Ringraum 6 sowie in der Leitung 18 und damit also auch vor und hinter den Kolben 16 Gleichgewicht, und zwar hydraulisches Gleichgewicht, d. h., daß durch diesen gleichen Abstand die Wirkung der Fliehkraft aufgehoben ist. Sobald dieser Beharrungszustand bei einer Änderung der Belastungsverhältnisse, also z. B. durch Vergrößerung des Drehmomentes, gestört wird, überdeckt die Kante der Kolben 16 mehr oder weniger die Abflußöffnung 11 je nach der Größe dieses Drehmomentes in der Weise, daß sich der Ablaufquerschnitt 11 mit zunehmendem Drehmoment verkleinert. Da Förderpumpe 17 eine Verdrängerpumpe darstellt, muß über die Abflußöffnung 11 - unabhängig von der jeweiligen Größe ihres Querschnittes - auch immer die geförderte Öl menge abfließen. Mit größer werdendem Drehmoment. also mit kleiner werdendem Abflußquerschnitt, steigt somit der Druck in den Zylinderräumen und in der Leitung 18, dessen Größe am Manometer 19 abgelesen wird und ein Maß für die Größe des Drehmomentes ist. im Augenblick der Messung herrscht somit auch Gleichgewicht, und zwar zwischen der aus dem Drehmoment resultierenden Umfangskraft auf der einen, durch den Suppluntgsteil 4 gebildeten Seite und dem Förderdruck hinter der Pumpe 17 in der Leitung 18 auf der anderen, durch den Kupplungsteil 3 gebildeten Seite. Der Gesamtdruck in den Zylinderränmen ist zwar um die Größe des aus der Fliehkraft herrührenden Druckes größer, der jedoch infolge des - während des Umlaufes - nach der Erfindung jederzeit bestehenden hydraulischen Gleich.gewichtes nicht in Erscheinung tritt. Die Fliehkraftabhängigkeit der Wandreibung der Kolben wird durch das Gegen gewicht 15 an den angelenkten zweiarmigen Heheln 14 aufgehoben. The operation of the device according to the invention is as follows: The oil delivered by the gear pump 17 is applied via the stationary delivery line 18, the annular inlet opening 10 and the channels 9 on the rotating coupling part 3 located cylinder 8. This causes the pistons 16 in the cylinders 8 in moved to such a position that the full cross-section of the drain opening 11 is exposed is. The oil thus reaches the annular space 6 and is at a certain speed thrown outwards under the effect of centrifugal force. Once the annulus 6 is filled with oil, the amount of oil still to be added to the annular space 6 no longer holds. over the edge 7 of the circular opening of the flange 5 is also swept off the flange 5 under the effect of centrifugal force and in a device provided for this purpose, not shown in the drawing. In that the edge 7 of the circular opening on the flange 5 and the inlet opening 10 on the coupling part 3 have the same radial distance from the axis of rotation, there is in the annular space 6 and in the line 18 and thus also in front of and behind the piston 16 equilibrium, namely hydraulic equilibrium, i.e. that is, through this the same distance the effect of the centrifugal force is canceled. As soon as this steady state when there is a change in the load conditions, e.g. B. by enlarging the Torque, is disturbed, covers the edge of the piston 16 more or less the drainage opening 11 depending on the Size of this torque in such a way that the drainage cross-section 11 is reduced with increasing torque. There delivery pump 17 represents a positive displacement pump, must through the drain opening 11 - regardless of the respective size of their cross-section - regardless of the amount of oil pumped out. With increasing torque. so as the drainage cross-section becomes smaller, it increases thus the pressure in the cylinder chambers and in the line 18, its size on the pressure gauge 19 is read and is a measure of the magnitude of the torque. at the moment the measurement is thus also in equilibrium, namely between that from the torque resulting circumferential force on the one formed by the Suppluntgteil 4 Side and the delivery pressure behind the pump 17 in the line 18 on the other, side formed by the coupling part 3. The total pressure in the cylinder rims is greater by the size of the pressure resulting from the centrifugal force, but it is as a result of - during the circulation - according to the invention existing at any time hydraulic Equilibrium does not appear. The centrifugal force dependence of the wall friction the piston is by the counter weight 15 on the hinged two-armed handles 14 repealed.

PATENTANSPROCHE: 1. Vorrichtung zur hydraulischen Messung des Drehmomentes umlaufender Wellen mittels einer hydraulischen Wellenkupplung, bestehend aus tangential angeordneten Zylindern und Kolben, gekennzeichnet durch Anbringung eines einen einseitig offenen Ringraum (6) bildenden Flansches (5) an dem die Zylinder (8j tragenden Supplungsteil (3) in der Weise, daß der Ringraum (6) die Zylinder (8) übergreift und die Eintrittsöffnung (10) der das druckbelastete Arbeitsmedium zuführenden Kanäle (9) sowie die Kante (7) der kreisförmigen Öffnung des Ring-raumes (6) den gleichen radialen Abstand von der Umlaufachse aufweisen, während die die Größe des Querschnittes einer Ablauföff.nung (.11) in den Zylinder (8) ändernden Kolben (16) an dem anderen Kupplungsteil (4) an drehbar gelagerten,. mit i'hrem freien Ende (15) den .Masseausgleich bewirkenden zweiarmigen Hebeln (14) angelenkt sind. PATENT CLAIM: 1. Device for hydraulic measurement of torque rotating shafts by means of a hydraulic shaft coupling, consisting of tangential arranged cylinders and pistons, characterized by the attachment of a one on one side open annular space (6) forming flange (5) on the cylinder (8j supporting supplementary part (3) in such a way that the annular space (6) overlaps the cylinder (8) and the inlet opening (10) the channels (9) supplying the pressurized working medium and the edge (7) the circular opening of the annular space (6) the same radial distance from the axis of rotation, while the size of the cross section of a drain opening (.11) in the cylinder (8) changing piston (16) on the other coupling part (4) on rotatable. with their free end (15) effect the mass compensation two-armed levers (14) are articulated.

Claims

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the the coupling part (3) carrying the cylinder (8) in the area of the one supplying the working medium Channels (9) is reinforced.