DE1120754B

DE1120754B - Schubkraftmesser fuer Kraftuebertragungsmittel

Info

Publication number: DE1120754B
Application number: DEP25372A
Authority: DE
Inventors: Robert Ziggel
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1960-07-18
Filing date: 1960-07-18
Publication date: 1961-12-28
Also published as: GB966713A

Description

Schubkraftmesser für Kraftübertragungsmittel Bei den bisher bekannten Maschinenüberwachungsanlagen, mit denen unter anderem eine Schubmessung möglich ist, erfolgt die Abnahme der Zustandsgröße mit Hilfe von Druckdosen. Derartige Meßverfahren besitzen den Nachteil, daß sie Eingriffe in das Kraftübertragungssystem erfordern, die aus Konstruktionsgründen nicht immer zu verantworten sind.
Es kommt hinzu, daß nach dem Einbau im allgemeinen die Druckdosen nur sehr schwer zugänglich sind, wodurch z. B. Reparaturen erschwert sind.
Es ist ferner bekannt, die bei der Kraftübertragung auftretende Stauchung der Schiffswelle auszunutzen und mit auf ihr angebrachten elektromagnetischen oder elektrostatischen Verlagerungsaufnehmern zu messen. Wegen der unvermeidlichen Fliehkräfte erfordern derartige Meßgeräte und -verfahren eine sehr sorgfältige Anbringung und Justierung der Meßaufnehmer, abgesehen von der besonderen Wartung und der Notwendigkeit einer nachfolgenden hohen elektronischen Verstärkung. Diese bekannten Geräte sind daher als Betriebsmeßgeräte kaum geeignet. Bei drehenden Wellen kommt erschwerend hinzu, daß ein zusammengesetzter Spannungszustand aus Normalkraft und Drehmoment auf der Welle besteht, der klar getrennt werden muß.
Der Schubkraftmesser für Kraftübertragungsmittel, insbesondere für drehende Wellen vermeidet diese Nachteile nach der Erfindung dadurch, daß ein die Längenänderung zwischen zwei Punkten des Kraftübertragungsmittels transformierendes System in Form einer oder mehrerer längs des Kraftübertragungsmittels angebrachter Elemente vorgesehen ist, die sich einerseits am Kraftübertragungsmittel abstützen und andererseits mit quer zur Achse des Kraftübertragungsmittels angeordneten und an ihm befestigten Biegegliedern verbunden sind, deren Biegung als Maß für den Schub dient.
Der neue Schubmesser gestattet es, die Zustandsgröße unmittelbar am kraftübertragenden Bauteil der Maschine abzunehmen. Er kann an einer bestehenden Konstruktion angebracht werden, ohne daß diese verändert werden muß. Es ist ferner ohne nennenswerten Aufwand an Zeit und Kosten montierbar und gibt überdies wartungsfrei eine hohe Nutz- bzw. Meßspannung ab.
Die Zeichnung stellt ein Ausführungsbeispiel dar.
Es zeigt Fig. 1 das Transformationssystem an einer Welle, Fig. 2 a bis 2e Möglichkeiten des Kräfte angriffs bei dem Transformationsglied, Fi. 3 ein Schaltschema der Dehnungsmeßstreifen.
Die Welle 1, die nach Fig. 1 mit dem Drehmoment MD und der Normalkraft P belastet ist, erhält zwei mit ihr starr verbundene Scheiben 2 und 3 oder RingBansche. An der Scheibe 3 stützen sich zwei Stangen 4 und 5 ab. Diese Stangen 4 und 5 sind am anderen Ende mit Biegegliedern 6 und 7 verbunden, die von den Teilen 2' abgedeckt an beiden Enden eingespannt sind und somit hohen Formänderungswiderstand besitzen. Dieser Umstand ist wichtig, da bei vorgegebener Durchbiegung eine möglichst hohe Spannung und damit Dehnung (Transformation) erreicht werden soll. Als Biegeglieder eignen sich am besten Hohlrohre. Jeder Biegebalken ist mit vier Dehnungsmeßstreifen 8 versehen, die insgesamt vier Halbbrücken bilden. Je eine Halbbrücke wird auf jeder Seite der Einspannungspunkte 9 der Biegebalken 6 angeordnet. Da alle Dehnungsrneßstreifen unter gleichen Bedingungen sowie an rotationssymmetrischen Orten untergebracht sind, ist eine Kompensation gegen Temperatureinflüsse vorhanden.
Die elektrische Kompensation kann auf an sich bekannte Art und Weise erfolgen.
Wie sich die Diagonalspannung bei Kräften und Momenten verhält, die aus unbeabsichtigten Richtungen bzw. Ebenen einwirken, zeigen die Fig. 2 a bis 2 e.
Hierzu wird eine Vollbrücke betrachtet. Fig. 2 a zeigt den erwünschten Fall, bei dem auf die Stange 4 oder den Hebel die Kraft in Pfeilrichtung einwirkt, was eine Diagonalspannung ergibt. Fig. 2 b zeigt die Einwirkung eines Momentes in der Betrachtungsebene, was keine Diagonalspannung ergibt. Nach Fig. 2 c ist die Einwirkung einer Kraft in der Ringebene dargestellt, was ebenfalls keine Diagonalspannung ergibt.
Fig. 2 d zeigt die Einwirkung einer Querkraft am Hebelarm. Dies ist eine Überlagerung aus den Einwirkungen nach Fig. 2 b und 2 c und ergibt ebenfalls keine Diagonalspannung. Fig. 2e zeigt die Einwirkung einer Kraft senkrecht zur Betrachtungsebene, was auch keine Diagonalspannung ergibt, da hier bereits innerhalb jedes Streifens eine Kompensation auftritt.
Dasselbe tritt bei Einwirkung eines Momentes senkrecht zur Betrachtungsebene ein.
Damit sind alle Möglichkeiten erschöpft, und es ergibt sich die Tatsache, daß nur Kräfte aus der erwünschten Richtung die Diagonalspannung bestimmen. Der Meßfehler bei schief eingeleiteter Kraft verläuft selbstverständlich mit dem cos des Winkels.
Das Zustandekommen der mechanischen Transformation beruht auf folgender Bedingung, die wohl immer als erfüllt angesehen werden kann: Das Produkt aus Querschnitt und Elastizitätsmodul der Welle 1 muß groß gegenüber dem entsprechenden Produkt des Aufnehmers sein, d. h., es darf nur ein sehr geringer Teil der in der Welle aufgespeicherten Formänderungsarbeit in den Aufnehmer abfließen.
Mit anderen Worten, der Aufnehmer darf den Formänderungswiderstand WF der Welle nicht erhöhen.
Ist diese Voraussetzung erfüllt, die durch geeignete Dimensionierung immer erreicht werden kann, so wird dem Aufnehmer eine Verkürzung bzw. Verlängerung aufgezwungen, die durch die Abmessungen und die Beanspruchung der Welle gegeben ist. An den Balkeneinspannstellen kann dabei eine bis um den Faktor l0 erhöhte Spannung zur Verfügung stehen.
Bei dem beschriebenen Schubmesser bildet die kraftübertragende Welle zusammen mit dem transformierenden System ein »statisch unbestimmtes System«, das so gestaltet ist, daß an einer vorbestimmten Stelle eine größere Dehnung zur Verfügung steht als auf der Welle.
Während bei der Drehmomentmessung die zu messende Größe mit etwa 100 bis 200 FD zur Verfügung steht und damit bei der üblichen Anordnung von vier Dehnungsmeßstreifen den Anschluß eines Kompensationsmeßgerätes bei ausreichender Nullpunktstabilität erlaubt, standen bei den bisher bekannten Schubmessern für die Schubmessung nur etwa 1061o der erstgenannten Größe zur Verfügung.
Bei einer Transformation von 1:10, die mit dem neuen Schubmesser ohne weiteres zu erreichen ist, und einer Hintereinanderschaltung von zwei Meßstellen, ergibt sich insgesamt eine Transformation von 1 : 20, die auch in schwierigsten Fällen ausreichend für eine einwandfreie Anzeige ist. Damit ergibt sich das elektrische Schaltbild nach Fig. 3. Die Brücken 10 und 11 bilden die Dehnungsmeßstreifenbrücken-Schubmessung, während die Brücke 12 die Dehnungsmeßstreifenbrücke für das Drehmoment darstellt. Mit 13 bis 17 sind die auf der Stelle befestigten Schleifringe bezeichnet, von denen die Schleifringe 14, 15 zur Zuführung der Speisespannung für die Meßbrücken 10 bis 12 dienen und der Schleifring 13 zur Abnahme der vom Schub abgeleiteten Spannung vorgesehen ist. Am Schleifring 16 kann die Meßspannung für das Drehmoment abgenommen werden. Die Zuführung der Wechselspannung für die Speisung der Meßbrücken 10 bis 12 erfolgt am zweckmäßigsten mittels eines Transformators 18, dessen Übersetzungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärwicklungen 1: 1 ist.
Es sei noch bemerkt, daß die Anwendung des Transformationsgliedes keineswegs auf Maschinenüberwachungsanlagen beschränkt zu sein braucht. Es kann überall benutzt werden, wo nur eine geringe Dehnung zur Verfügung steht und der Kraftnebenschluß von einigen kg keine Rolle spielt. Das Übersetzungsverhältnis kann durch die Längen der Stange 4 bzw. des Biegebalkens 6 beliebig gewählt werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Schubmesser für Kraftübertragungsmittel, insbesondere für drehende Wellen, der die Längenänderung des Kraftübertragungsmittels ausnutzt, dadurch gekennzeichnet, daß ein die Längenänderung zwischen zwei Punkten des Kraftübertragungsmittels transformierendes System in Form einer oder mehrerer längs des Kraftübertragungsmittels angebrachter Elemente vorgesehen ist, die sich einerseits am Kraftübertragungsmittel abstützen und andererseits mit quer zur Achse des Kraftübertragungsmittels angeordneten und an ihm befestigten Biegegliedern verbunden sind, deren Biegung als Maß für den Schub dient.
2. Schubmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den mit ihren Enden am Kraftübertragungsmittel befestigten Biegegliedern Dehnungsmeßstreifen vorgesehen sind und diese an eine Dehnungsmeßstreifenbrücke angeschlossen sind.
3. Schubmesser nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei am Umfang des Kraftübertragungsmittels einander gegenüberliegende Biegeglieder mit je vier Dehnungsmeßstreifen vorgesehen sind und die Meßstellen als Dehnungsmeßstreifenbrücken hintereinandergeschaltet sind.
4. Schubmesser nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Biegeglieder Hohlrohre sind.