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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Messgerät im Zusammenhang mit einem
Getriebe.
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Die
Erfindung betrifft die Messung der Höhe und Richtung der Axialkraft
einer Welle in einem Stirnradsatz. Ein industrieller Zannradsatz
wird dazu verwendet, die Rotationsgeschwindigkeit und das Drehmoment
einer Antriebsvorrichtung wie z. B. eines Elektromotors zu ändern, damit
sie sich für
eine anzutreibende Maschine eignen. Die Änderung erfolgt unter Verwendung
mindestens eines Paars mit Wellen verbundener Zahnräder. Der
Aufbau des Getriebes wird vorteilhafter, wenn es möglich ist,
Stirnräder
zu verwenden. Die Schrägverzahnung
führt dazu,
dass in den Zahnradwellen Axialkräfte erzeugt werden. Um die
Dauerhaltbarkeit und das Wartungsintervall des Getriebes zu bestimmen,
wäre es
außerdem
gut, die Axialkraft zu wissen, die übertragen wird.
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Es
ist eine Anordnung bekannt, bei der ein wellenmontiertes Getriebe
auf der Welle einer anzutreibenden Maschine montiert worden ist.
Um das Getriebe an Ort und Stelle zu halten, muss es mittels einer
Halterung an einem Körper
befestigt werden. Mittels einer Messvorrichtung wie z. B. einem
Dehnungsmesser, der auf einem Stift der Halterung vorgesehen ist,
lässt sich
eine Kraft messen. Ein Nachteil dieses Verfahrens ist, das es sich
nur für
ein wellenmontiertes Getriebe eignet.
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Es
ist außerdem
bekannt, eine Messvorrichtung zwischen einem Motor und einem Getriebe
vorzusehen. Diese Art von Messvorrichtung enthält eine Messwelle, an der ein
Messelement befestigt ist. Das Messergebnis wird zu einer umgebenden,
sich nicht drehenden Außenhülle übertragen.
Nachteile dieses Messverfahrens sind die Verlängerung des Aufbaus, zusätzliche
Kopplungen und ein Verschleiß von
Gleitringen, die kontinuierlich angetrieben werden. Diese Messvorrichtung
lässt sich
auch schwer nachrüsten.
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Es
ist außerdem
bekannt, Axialkräfte
mit einem Sensor zu messen, der nur Druckkräfte aufnimmt. Ein Nachteil
dieser Messung ist, dass sich mit einem einzelnen Sensor nur eine
Kraftrichtung messen lässt.
Wenn die Welle eine so genannte Antriebswelle ist, kann an dem anderen
Ende der Welle kein zweiter Sensor platziert werden.
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Diese
Anmeldung offenbart ein neuartiges Messgerät im Zusammenhang mit einem
Getriebe. Das Messgerät
ist innerhalb eines Getriebegehäuses aufgebaut.
Erfindungsgemäß werden
die Axialkräfte F1
oder F2, die erzeugt werden, wenn sich Stirnräder des Getriebes in Kontakt
befinden, von einem Ende einer Welle aus gemessen. Die Erfindung
verwendet mindestens ein erstes Lager auf der Welle, das die Radialkräfte aufnimmt,
die erzeugt werden, wenn sich die Zahnräder in Verzahnungskontakt befinden, und
mindestens ein zweites Lager, das die Axialkräfte aufnimmt, die erzeugt werden,
wenn sich die Zahnräder
in Verzahnungskontakt befinden. Die Erfindung verwendet einen Stab,
der zwischen dem Lager, das die Axialkräfte aufnimmt, und dem Getriebegehäuse platziert
ist, und zu dem die Axialkräfte
vom Axiallager aus unverfälscht übertragen
werden. In dem erfindungsgemäßen Aufbau
werden Axialkräfte
vorteilhafter Weise von der Welle über eine Buchse zu dem die
Axialkräfte
aufnehmenden Lager und weiter über seine
Rollelemente, etwa Kugeln, zu einem inneren Lagerring und von dort
zu einem Endstück übertragen,
an dem der Stab befestigt ist. Der Stab und das Endstück drehen
sich nicht. Das Endstück
befindet sich innerhalb der am Ende der Welle gelegenen Buchse.
Der Stab ist gelenkig mit dem Endstück verbunden, wobei das andere
Ende des Stabs entweder über
ein zweites Endstück
mit dem Getriebegehäuse oder
aber direkt mit dem Getriebegehäuse,
beispielsweise mit seiner Endabdeckung, verbunden ist. Entweder
direkt auf der Oberfläche
des Stabs oder aber in dem zum Getriebegehäuse gehörenden Endstück, beispielsweise
in seiner Bohrung, ist ein Sensor platziert. Die Längsachse
des Stabs verläuft
vorteilhafter Weise parallel zur Achse der Getriebewelle und vorteilhafter
Weise auf der gleichen Linie oder in ihrer Nachbarschaft. Da der
Stab mit den zugehörigen Strukturen
gelenkig verbunden ist, wird die Entstehung von schädlichen
Biegemomenten verhindert und wird die Axialkraft so unverfälscht wie
möglich zum
Sensor übertragen.
Die Vorrichtungsanordnung ermöglicht
es, dass ein und derselbe Sensor Axialkräfte F1 oder F2, d. h. zueinander
gegensätzliche Axialkräfte, überwacht.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtungsanordnung
ermöglicht
es, die Höhe
der Axialkraft, d. h. ihren Absolutwert, und zusätzlich die Richtung der Axialkraft
zu messen, d. h. der Sensor überwacht
die Rotationsrichtung der Welle und die Richtung der dadurch erzeugten
Axialkraft. In einer Bremssituation bleibt die Rotationsrichtung
die gleiche, während
sich die Richtung der Axialkraft ändert. Mit anderen Worten ermöglicht ein
und dieselbe Vorrichtung es, vom Ende der Welle aus die Axialkraft
zu überwachen,
die bei Belastung in der Welle oder dem Getriebe auftritt, wenn
sich die Zahnräder
in Kontakt befinden. Der Sensor ist außerdem mit einer Zentraleinheit 50 verbunden,
in der die Messinformationen weiterverarbeitet werden können. Die
Zentraleinheit 50 leitet Informationen über die Axialkraft während der
Arbeit des Getriebes und Informationen über ihre Richtung an den Benutzer
weiter.
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Das
mit einem Getriebe im Zusammenhang stehende Messgerät gemäß der Erfindung
ist durch das gekennzeichnet, was in den Ansprüchen angegeben ist.
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Im
Folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf einige vorteilhafte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung beschrieben, die in den Figuren der beigefügten Zeichnungen
gezeigt sind, doch bedeutet dies nicht, das die Erfindung ausschließlich auf
diese Ausführungsbeispiele
beschränkt
wäre.
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1 zeigt
ein erstes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Messgeräts. Das
Getriebe ist im Längsschnitt
gezeigt.
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2 zeigt
ein zweites vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Geräts, bei dem
ein Messsensor direkt mit einem Stab verbunden ist und der Stab
mit einem Getriebegehäuse,
z. B. mit seiner Endabdeckung, verbunden ist.
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3 ist
eine separate Darstellung des Stabs im Zusammenhang mit seinen Endstücken.
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4 zeigt
eine alternative Lage für
den Sensor in einem ersten Endstück,
das zum Stab gehört.
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1 zeigt
ein Getriebe 10, das mindestens eine erste Welle 11 mit
einem Zahnrad 12 darauf und ein funktionell mit diesem
Zahnrad 12 verbundenes zweites Zahnrad 13 und
eine zweite Welle 14 in dem zweiten Zahnrad umfasst. In
der erfindungsgemäßen Vorrichtungsanordnung
haben die Zahnräder 12 und 13 des
Getriebes eine Schrägverzahnung.
Der Steigwinkel ist in der Figur mit β angegeben. Das Getriebe 10 umfasst
Lager 15a1, 15a2 auf der ersten Welle 11 und
Lager 16a1, 16a2 auf der zweiten Welle 14.
Von einer Vorrichtungsanordnung, die sich innerhalb eines Getriebegehäuses 100 des
Getriebes 10 befindet, wird ein Messgerät 200 zum Messen einer
Axialkraft und zur Identifizierung ihrer Richtung gebildet, wobei
die Vorrichtungsanordnung unter anderem einen Sensor 25,
einen Stab 20 und ein Lager 17 enthält, das
die Axialkraft aufnimmt. Für
das die Axialkraft F1 oder F2 messende Messgeräte 200 ist es erfindungsgemäß vorteilhaft,
wenn die Lager 15a1 und 15a2 Rollenlager, vorteilhafter
Weise Zylinderrollenlager sind, die die Radialkräfte aufnehmen, die erzeugt
werden, wenn sich die Zahnräder 12 und 13 in Verzahnungskontakt
befinden, die aber dennoch eine Axialbewegung erlauben und sie zum
Lager 17 übertragen.
Die Rollelemente d1, d2... sind z. B. Zylinderrollen. Sie nehmen
die Axialkraft F1 oder F2 nicht auf. Neben den die Radialkräfte aufnehmenden Lagern 15a1, 15a2 umfasst
das Gerät
also ein Lager 17, das die Axialkräfte aufnimmt und das mit dem Ende
der ersten Welle 11, vorzugsweise mit ihrem Endstück, d. h.
einer Buchse 18, verbunden ist. Die Buchse 18 ist
ein kurzes wellenförmiges
Teil, das mit Befestigungsmitteln, vorzugsweise mit Schrauben R1,
R2..., am Ende der Welle 11 befestigt ist. Es ist auch
ein Ausführungsbeispiel
praktikabel, in dem es keine separate Buchse 18 gibt, sondern
bei dem ein ähnlich
geformtes Teil einstückig
mit der Welle 11 ausgeführt
ist. Der Stab 20 befindet sich zwischen dem Lager 17 und
dem Getriebegehäuse.
Ein zu einem Ende des Stabs 20 gehörendes Endstück 21 ist in
einem Innenraum O der Buchse 18 platziert. Zu dem Endstück 21 gehört ein innerer
Lagerring 22 des Lagers 17. Das Lager 17 ist
mittels eines Befestigungsteils 30 an der Buchse 18 befestigt.
Bei der Vorrichtungsanordnung drehen sich das Endstück 21 und
der Stab 20 nicht. An der Innenfläche der Buchse 18 ist
der äußere Lagerring
des Axiallagers 17, d. h. ein äußerer Lagerring 23,
befestigt. Das Lager 17 ist vorteilhafter Weise ein Kugellager,
das die von der Welle 11 übertragene Axialkraft F1 oder
F2 aufnimmt und sie über
das Endstück 21 zum
Stab 20 überträgt. Die
Rollelemente des Lagers 17 sind vorzugsweise Kugeln c1,
c2... mit einem bestimmten Durchmesser. Es ist wichtig, dass das
Lager 17 Axialkräfte überträgt. In diesem
Zusammenhang können
die Rollelemente auch eine Anordnung aus zwei Lagerringen mit konischen
Rollenlagern darin umfassen. Der Stab 20 ist an seinem äußeren Ende
mit einem zweiten Endstück 24 verbunden,
das seinerseits fest an dem Gehäuse 100 des
Getriebes befestigt ist. Die Längs- und
Mittelachse X1 des Stabs 20 liegt auf der Mittellinie,
d. h. auf der Längsachse
X der Welle 11 des Getriebes 10 oder in ihrer
Nachbarschaft. Die Achsen X und X1 verlaufen im Wesentlichen parallel
zueinander. Allerdings kann eine kleine Neigung zugelassen werden.
Der Stab 20 ist an seinen beiden Enden mit Hilfe von Gelenkverbindungen 26a und 26b gelenkig mit
zu diesen Enden gehörenden
Strukturen verbunden, etwa mit den Endstücken 21 und 24.
Die Axialkräfte
in den Richtungen F1 und F2 werden somit von der Welle 11 auf
die Buchse 18 und weiter zum Lager 17 und über dieses
zum Endstück 21 des
Stabs 20 und weiter zum Stab 20 übertragen.
Das andere Ende des Stabs 20 befindet sich in dem anderen Endstück 24,
das im Getriebe 100 platziert ist, etwa in dessen Abdeckung 101.
Der Stab 20 selbst dreht sich nicht, aber es ist ihm möglich, sich
an seinen beiden Enden mit den zu den Enden gehörenden Teilen, etwa mit den
oben beschriebenen Endstücken 21 und 24,
zu bewegen. Der Stab 20 ist mittels eines Befestigungsteils 27 mit
dem Endstück 21 und
mittels eines Befestigungsteils 28 mit dem Endstück 24 verbunden.
In der Vorrichtungsanordnung wird sowohl die Höhe der Axialkraft als auch
die Richtung der Axialkraft überwacht/gemessen.
In diesem Zusammenhang nimmt der Stab 20 abhängig von
der Richtung der Axialkraft sowohl eine Zugkraft als auch eine Druckkraft
auf. Die Gelenkverbindung gestattet es, dass die Axialkraft F1 oder
F2 unverfälscht
vom Lager 17 zum Stab 20 übertragen wird, wobei an der Gelenkverbindung
keine Biegemomente erzeugt werden. In dem Ausführungsbeispiel von 1 umfasst
das zweite Endstück 24 einen
Sensor 25, vorzugsweise einen Dehnungsmesser, der die Wirkung der
Axialkraft F1 oder die Wirkung der Axialkraft F2 überwacht,
die der Stab 20 erfährt
und die durch ihn übertragen
wird, wobei in diesem Zusammenhang Dehnungsinformationen über eine
vom Sensor 25 ausgehende und Messdaten übertragende Leitung/Leitungen
e zu einer Zentraleinheit 50 weitergeleitet werden, wo
die Messdaten verarbeitet und weiter in Informationen über die
Axialkraft und Informationen über
die Richtung der Axialkraft F1 oder F2 umgewandelt werden können. Auf
diese Weise ist die Axialkraft F1 oder F2 während der Arbeit des Getriebes 10 unabhängig von
der Arbeitsrichtung des Zahnradsatzes ablesbar. Der Messsensor 25 ist
vorzugsweise ein Dehnungsmesser. Andere Sensoren können aber
ebenfalls verwendet werden. In den Ausführungsbeispielen 1 und 2 ist
die Endabdeckung 101 des Getriebegehäuses 100 durch Schrauben
N1 mit dem Rest des Gehäuserahmens
verbunden. Das Endstück 24 ist
mit Schrauben U1, U2 ... an der Abdeckung 101 des Getriebegehäuses 100 befestigt. Die
Messinformationen vom Sensor 25 werden über eine Leitung und eine Öffnung J
in der Endabdeckung 101 zur Zentraleinheit 50 weitergeleitet.
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Wenn
sich die Welle 11 in 1 in der
Richtung S1 dreht, wird eine Axialkraft in der Richtung F1 erzeugt,
und wenn sich die Welle in der Richtung S2 dreht, wird während der
Drehung der Welle 11 eine Axialkraft in der Richtung F2
erzeugt. Die Welle 11 des zum Messgerät gehörenden Zahnradsatzes muss eine
kleine Bewegung in Axialrichtung zulassen.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung, in dem sich der Sensor 25, der vorzugsweise ein
Dehnungsmesser ist, direkt auf dem Stab 20 befindet. Das
Ausführungsbeispiel
von 2 entspricht ansonsten dem Ausführungsbeispiel 1.
Ein Ende des Stabs 20 ist mit dem Gehäuse 100 des Getriebes 10 und
mit seiner Endabdeckung 101 verbunden, die eine Durchgangsöffnung J
und eine diese verschließende
Abdeckung 102 umfasst. Die Abdeckung 102 kann über Schrauben
T1, T2 geöffnet
werden. Die Endabdeckung 101 ist mit Schrauben N1, N2...
am Rest des Getriebegehäuses 100 befestigt. In
dem Ausführungsbeispiel
von 2 klemmt ein Klemmteil 28 den Stab 20 an
seinem einen Ende an der Endabdeckung 101 des Gehäuses 100 fest.
Das andere Ende des Stabs 20 ist wie in dem Ausführungsbeispiel
von 1 mit Hilfe eines Befestigungsteils 27 an
dem Endstück 21 befestigt.
Der innere Lagerring 22 des die Axialkräfte aufnehmenden Lagers 17 ist
mit dem Endstück 21 verbunden.
Der äußere Lagerring 23 des
Axiallagers 17 ist mit der Buchse 18 verbunden,
die ihrerseits wie in dem Ausführungsbeispiel
von 1 mit Schrauben R1, R2... mit dem Ende der Welle 11 verbunden
ist.
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Das
Endstück 21 befindet
sich bei dem erfindungsgemäßen Aufbau
also bezüglich
des Lagers 17, das die Axialkräfte aufnimmt, und der Buchse 18 in
einer vorgegebenen Axiallage. Die Axialkraft wird von der Welle 11 zur
Buchse 18, von dort weiter zum äußeren Lagerring 23,
weiter über
die Lagerkugeln c1, c2... zum inneren Lagerring 22, über diesen
weiter zum Endstück 21 und
von diesem weiter zum Stab 20 übertragen. Der Stab 20 ist
wie bei dem Ausführungsbeispiel
von 1 mit Hilfe einer Gelenkverbindung 26a gelenkig
mit dem Endstück 21 verbunden,
wobei sein anderes Ende mit Hilfe einer Gelenkverbindung 26b gelenkig
mit dem Gehäuse 100,
und zwar mit seiner Endabdeckung 101 verbunden ist. Die
Gelenkverbindungen 26a und 26b ermöglichen es,
dass keine schädlichen
Biegemomente erzeugt werden, sondern dass anstelle dessen die Axialkraft F1
oder F2 unverfälscht
zum Stab 20 übertragen wird.
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3 zeigt,
wie der Stab 20 mit den Endstücken 21 und 24 verbunden
ist. In dem Ausführungsbeispiel
der Figur ist das Endstück 24 seinerseits
mit Schrauben U1, U2... an dem Gehäuse 100 befestigt. Wie
in 3 gezeigt ist, kann sich der Sensor 25,
wie in der Figur gezeigt ist, in einer Bohrung M1 in dem Endstück 24 befinden.
Dies ermöglicht
es, dass die Kraft F1 oder F2 vom Stab 20 aus weiter zum
Sensor 25 übertragen
wird. Die Kraft F1 oder F2 wird, wie in 3 gezeigt
ist, von den Kantenbereichen des Endstücks 24 aufgenommen,
an denen das Endstück 24 an
der Endabdeckung 101 des Getriebegehäuses 100 befestigt
ist. In dem Ausführungsbeispiel
der Figur kann sich der Sensor 25 (mit Strich-Punkt-Linien markiert)
auch im Stab 20 befinden, beispielsweise auf seiner Oberfläche. Ein
Rotationsblockierstift H, der sich in einer Vertiefung N des Endstücks 21 befindet,
hindert das Endstück 21 daran
zu rotieren, doch da zwischen dem Stift H und der Vertiefung N ein
Axialversatz mit Spiel zugelassen wird, stört die Struktur nicht die Übertragung
der Axialkräfte
auf den Stab 20. Der Stift H ist an seinem einen Ende an
einem Endstück
befestigt, und zwar in dem Ausführungsbeispiel
der Figur am Endstück 24.
Der Rotationsblockierstift H führt
das Endstück 24 auch
an den richtigen Platz im Getriebeaufbau. Der Stift H verhindert,
dass sich das Endstück 21 aufgrund
der durch das Lager 17 verursachten Reibung mit der Welle 11 dreht.
Ein federnder Ring P in einer Ringnut des Stabs 20 zentriert
den Stab 20 in einer Bohrung Q des Endstücks 21/24.
Der Stab 20 kann aus zwei Teilen gebildet sein, die durch
eine Schraubverbindung miteinander verbunden werden. Dadurch können die Befestigungsteile 27 und 28 um
den Stab 20 herum platziert werden, wobei die Durchmesser
der Enden des Stabs 20 größer als die des Mittelteils
sind.
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4 zeigt
außerdem
ein Ausführungsbeispiel,
bei dem sich in einer Bohrung des ersten Endstücks 21 ein Sensor
befindet. Das Ausführungsbeispiel
entspricht ansonsten dem Ausführungsbeispiel von 2.
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Die
oben beschriebenen Ausführungsbeispiele
stellen ein einstufiges Getriebe dar, in dem die Welle 11 eine
Antriebswelle ist und die Welle 12 die Welle ist, von der
Leistung und Antrieb auf die anzutreibende Vorrichtung übertragen
werden. Das Messgerät
kann sich an einer der beiden Wellen befinden. Die Vorrichtungsanordnung
kann auch im Zusammenhang mit einem mehrstufigen Getriebe verwendet
werden, wobei sich das Messgerät
dann auf jeder beliebigen Getriebewelle befinden kann.
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ZUSAMMENFASSUNG
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(1)
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Die
Erfindung bezieht sich auf ein Messgerät (200) in Verbindung
mit einem Getriebe (10). Das Getriebe umfasst mindestens
eine erste Welle (11) und mindestens eine zweite Welle
(14) und ein Zahnrad, das sich auf der ersten Welle (11)
befindet und eine Schrägverzahnung
umfasst, wobei das Zahnrad (12) mit einem Zahnrad (13)
zusammenarbeitet, das mit einer Schrägverzahnung versehen ist und
sich auf der zweiten Welle (14) befindet. Das Getriebe
(10) umfasst in seinem Zusammenhang das Messgerät (200),
mit dessen Hilfe die auf die Welle (11) übertragene
Axialkraft gemessen werden kann. Das Messgerät (200) zum Messen
der Axialkraft umfasst ein im Zusammenhang mit der Welle (11)
im Getriebe stehendes Lager (17), das die Axialkräfte aufnimmt.
Die Axialkraft wird über
das Lager (17) weitergeleitet. Die Vorrichtungsanordnung
umfasst einen Stab (20), zu dem die Axialkraft vom Lager
(17) übertragen
wird, wobei sich der Stab (20) zwischen dem die Axialkräfte aufnehmenden
Lager (17) und dem Gehäuse (100)
des Getriebes befindet. Die Vorrichtungsanordnung umfasst einen
Sensor (25), der die auf den Stab (20) aufgebrachte
Axialkraft überwacht.