DE1232369B - Hydrostatische Drehmoment-Messeinrichtung - Google Patents

Hydrostatische Drehmoment-Messeinrichtung

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DE1232369B
DE1232369B DER37730A DER0037730A DE1232369B DE 1232369 B DE1232369 B DE 1232369B DE R37730 A DER37730 A DE R37730A DE R0037730 A DER0037730 A DE R0037730A DE 1232369 B DE1232369 B DE 1232369B
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DE
Germany
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measuring device
transformer
pressure
torque measuring
displacement
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DER37730A
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Georg Wiggermann
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Reiners & Wiggermann Fa
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Reiners & Wiggermann Fa
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/14Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/1485Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element is other than a torsionally-flexible shaft involving fluidic means
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers

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Description

  • Hydrostatische Drehmoment-Meßeinrichtung Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Drehmoment-Meßeinrichtung, bei der zwei gleichachsig und drehbar ineinander gelagerte Rotationskörper unter sich über ein hydrostatisches Verdrängersystem drehfest verbunden sind und eine Kupplung bilden, welche, in eine Antriebsverbindung, Transmission, ein Getriebe od. dgl. eingebaut, ständig das übertragene Drehmoment mittels eines Druckmittelübertragers an einem ortsfesten Druckmeßgerät oder Druckschreiber anzeigt.
  • Drehmoment-Meßeinrichtungen dieser Art, im folgenden Meßkupplungen genannt, besitzen zur Obere tragung des Meßdruckes vom rotierenden zum stillstehenden bzw. ortsfesten Teil der Meßeinrichtung einen nicht umlaufenden sogenannten Übertrager, der im wesentlichen ein Gleitlager darstellt, welches einen zylindrischen Lagerzapfen der Meßkupplung mit geringem Laufspiel umfaßt und eine Ringnut aufweist, welche sich mit passend angeordneten radialen Mündungen zu den Verbindungskanälen so deckt, daß in allen Verdrängerzellen stets der in der Ringnut bestehende Flüssigkeitsdruck gegeben ist. Die Ringnut des Übertragers steht dann unter Zwischenschaltung von flexiblen und gegebenenfalls auch ortsfesten Leitungsteilen sowohl mit der Quelle des hydraulischen Druckmittels als auch mit der ortsfesten Druckmeßeinrichtung in ständiger hydraulischer Verbindung (vgl. deutsches Patent 1 097717).
  • Das Meßprinzip dieser hydrostatischen Meßkupplungen ist im Vergleich zu anderen, beispielsweise zu dem der elektrischen Drehmoment-Meßeinrichtungen, sehr vorteilhaft. Es gewährleistet eine stets gleichbleibende hohe Ansprechempfindlichkeit und Meßgenauigkeit, einen dem Drehmoment genau proportionalen Meßdruck und dadurch einfache Meß- und Registriergeräte, Unempfindlichkeit gegen Temperatur- und Witterungseinflüsse, einfachen Ein- und Ausbau und Wartung durch ungeschulte Personen.
  • Wenn trotzdem hydrostatische Meßkupplungen bisher in der Praxis nicht die zu erwartende Verbreitung gefunden haben, so ist das nur damit zu erklären, daß die bekannten Ausführungen neben den genannten Vorteilen auch gewisse Nachteile aufweisen. Zum Beispiel ist deren Einbaulänge unverhältnismäßig groß, so daß sie nicht einfach gegen eine normale Kupplung ausgetauscht werden können. Ferner ist deren Außendurchmesser und damit auch deren Schwungmoment für viele Fälle unerwünscht groß.
  • Außerdem lassen sie nur eine Verwendung bei horizontaler Einbaulage zu, weil die Ausbildung des Übertragers sonst keinen leckireien Ablauf der Druck- flüssigkeit gewährleistet, und es tritt bei ihnen ein in seiner Größe drehzahlabhängiger Meßfehler auf. Viele Einbaufälle scheiden auch dadurch aus, daß wegen den am Gleitlager des Übertragers gegebenen Bedingungen dessen Ausführung keine genügend hohe Drehzahl zuläßt.
  • Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die hydrostatische Meßkupplung zu einem universal einbaufähigen, auch bei hoher Drehzahl betriebssicher und mit hoher Meßgenauigkeit arbeitenden Maschinenelement bzw. Meßgerät auszubilden. Die labyrinthartigen Dichtungen des Übertragers werden durch ein berührungslos und reibungslos arbeitendes und für den vorliegenden Zweck besonders gestaltetes Schleuder- und Fangsystem ersetzt derart, daß erfindungsgemäß die beiden Rotationskörper mit je einer Schleuderscheibe im Übertrager ausgerüstet sind, deren jede einen einer scheibenförmigen tÇbertragermittelwand abgewandten, sich trichterförmig erweiternden, scharfkantigen Schleuderrand aufweist, und daß erfindungsgemäß der Übertrager beiderseits seiner Mittelwand Fangräume aufweist, deren Seitenwände der Ubertragermittelwand zugewandte, sich ebenfalls trichterförmig erweiternde und in die Hohlseiten der zugeordneten Schleuderscheiben hinein stehende Innenborde mit scharfen Randkanten besitzen, deren Niveau bei vertikaler Einbaulage der Meßeinrichtung jeweils über dem der dabei wirksamen Abflußöffnung liegt. Ferner besitzen die Fangräume des Übertragers weiterbildend für die zum Vorratsraum bzw. zur Pumpe zurückfließende Flüssigkeit mindestens eine Ablauföffnung, deren Außenrand mit den Seitenwänden des zugeordneten Fangraumes identisch ist.
  • Die am Übertragerlager axial entweichende und die aus dem Meßsystem zurückfließende Flüssigkeit wird von den Schleuderscheiben infolge der Zentrifugalkraft gegen die Außenwand des Übertragers bzw. der Fangräume geschleudert und muß bei jeder Einbaulage der eben erwähnten Ablauföffnung zufließen. Um dies auch bei vertikaler Einbaulage zu sichern, wirken die obenerwähnten Innenborde als Staurändern indem deren der zugeordneten Schleuderscheibe benachbarter Bordrand um ein bestimmtes Maß höher liegt als das Abflußniveau der zugeordneten Ablauföffnung. Bei horizontalem Einbau fließt die abgeschleuderte Flüssigkeit teils direkt am Umfang der Fangräume entlang, teils deren Seitenwand entlang nach unten. Hierbei wirken die trichterförmigen Innenborde der Fangräume des Übertragers als Sammelrinne zur Ableitung nach unten und verhindern, daß die Flüssigkeit zu den äußeren, zwischen dem Übertrager und der sogenannten Nabe und zwischen dem Übertrager und dem sogenannten Gehäuse bestehenden berührungslosen Ringspalten und von dort ins Freie gelangen kann.
  • Eine gewisse Schwierigkeit tritt bei horizontaler Einbaulage der Meßkupplung während des Anlaufens und des Stillsetzens und kurz nach dem Stillsetzen auf, weil bei ungenügender oder fehlender Schleuderwirkung die den trichterförmigen Schleuderrand der Schleuderscheibe und die den trichterförmigen Innenbord der Fangräume benetzende Flüssigkeit um deren scharfkantigen Ränder herumkriechen und schließlich durch die bereits erwähnten Ringspalte entweichen kann. Dem abzuhelfen dient ebenfalls der trichterförmige Innenbord der Fangräume, und außerdem ist am Umfang des sich innerhalb der Innenborde befindenden Teils der Schleuderscheibe mindestens eine scharfkantige Ringschneide vorgesehen, welche die bei ihr ankriechende Flüssigkeit axial sperrt und nach unten ableitet, wo sie über die Innenseite des Innenbordes und des Schleuderrandes der Schleuderscheiben zum Sammelraum bzw. zur Ablauföffnung des Fangraumes bzw. des Übertragers geleitet wird.
  • Als weiteres Mittel zur universalen Einbaumöglichkeit der Meßkupplung weist diese für die Rückführung der Flüssigkeit zum ortsfesten Vorratsbehälter einen am Umfang des Übertragers angeflanschten Sammler mit einem zur Rotationsachse um 450 geneigten Ablaufstutzen auf, wobei die Befestigung des Sammlers es zuläßt, daß derselbe bei jeder möglichen vertikalen Einbaulage stets so angebaut werden kann, daß der Ablaufstutzen nach unten zeigt.
  • Die bereits erwähnten und als Staurand wirksamen Innenborde der Fangräume verlangen bei der notwendigen Stauhöhe eine gewisse axiale Mindesthöhe des Übertragers. Um eine dadurch notwendige Verlängerung der Meßkupplung zu vermeiden, wird der weitere Vorschlag gemacht, mindestens den dem sogenannten Gehäuse mit den Verdrängerzellen benachbarten Fangraum des Übertragers im Durchmesser so groß auszubilden, daß er den das diesseitige Wälzlager enthaltenden Hals des zugeordneten Rotationskörpers vollständig umgibt und sich seiner Seitenwand bis auf einen engen Spalt nähert.
  • Weitere Verbesserungsvorschläge dienen gleichzeitig sowohl der angestrebten Verkleinerung der Einbauabmessungen als auch der Erhöhung der zulässigen Drehzahl. Hier wird von der Feststellung ausgegangen, daß die bisher übliche beiderseitige Flanschverbindung eine wesentliche Ursache der unerwünscht großen Einbaulänge darstellt, und zur Abhilfe der Vorschlag gemacht, den einen Rotationskörper als hohlgebohrte Nabe und den anderen Rotationskörper wie bisher mit Flanschanschluß auszuführen.
  • Hierdurch ist es möglich, die Meßkupplung selbst auf den freien Wellenstummel einer Antriebs- oder Arbeitsmaschine aufzustecken, und der Wegfall des bisher notwendigen Zwischenflansches ergibt eine optimale Kürzung der Einbaulänge. Die Kupplung selbst tritt dann sozusagen an die Stelle des üblichen Kupplungsflansches und ermöglicht sogar einen Umfangsantrieb mittels Zahntrieb, Kette, Riemen od. dgl.
  • Eine Minderung des Schwungmomentes und der Kosten sind ein weiterer Vorteil der hohlgebohrten Nabe.
  • Weitere Verbesserungen in dieser Richtung lassen sich durch ein möglichst hohes Druckniveau des hydraulischen Arbeitsmittels in den Verdrängerräumen erzielen, weil dann die zur Übertragung eines bestimmten Drehmomentes notwendigen Druckflächen und damit die Außenabmessungen des Verdrängungssystems kleiner sind. Die damit verbundene Zunahme des Verlustes an Druckflüssigkeit am Gleitlager des Übertragers müßte durch ein besonders enges Lagerspiel ausgeglichen werden. Die bei der neuen Meßkupplung angestrebte Erhöhung der zulässigen Drehzahl verlangt aber im Gegensatz dazu aus Gründen der Betriebssicherheit eine Vergrößerung des Lagerspiels. Es müssen also bauliche Mittel gefunden werden, die beiden Wünschen entgegenkommen, und in diesem Sinne wird ein Hauptteil der die Höhe der Leckverluste bestimmenden Drosselung vom Querlager weg zu den beiden stirnseitigen Führungsflächen des Gleitlagers verlegt, und es werden dort axial bewegliche und vom Meßdruck belastete Führungs- und Dichtmittel angeordnet. Diese bestehen aus mindestens einer, besser aber aus zwei Lagerbüchsen, die von der bzw. den Stirnseiten des Übertragerlagers her in dessen Lagerbohrung mit Schiebesitz eingeführt, an ihrem Umfang in der Lagerbohrung mittels elastischen Dichtungen, beispielsweise O-Ringe aus gummiähnlichem Werkstoff, axial beweglich abgedichtet sind, je einen radialen Außenbund aufweisen, welcher im eingebauten Zustand sich zwischen der Stirnfläche des Übertragerlagers und der zugeordneten axialen Führungsfläche an der sogenannten Nabe der Meßkupplung befindet. Die Lagerbreite des Übertragers einschließlich der Außenbunde der Lagerbüchsen ist so abgestimmt, daß deren Gesamtbreite zwischen den beiden axialen Führungsflächen des Rotationskörpers ein auch bei hohen Drehzahlen ausreichendes axiales Führungsspiel ergibt. Gleichzeitig wird dieses Führungsspiel jedoch vom Meßdruck beeinflußt, indem dieser von der Ringnut des Übertragerlagers her auf die innere Stirnfläche der Lagerbüchse(n) drückt.
  • Das Verhältnis der vom Meßdruck beaufschlagten inneren Lagerbüchsenstirnfläche zur gleitenden Anlagefläche am Außenbund der Lagerbüchsen ist so abgestimmt, daß der Meßdruck selbsttätig die Spaltweite der axialen Führungslager auf eine notwendige Schmierfilmstärke einschränkt.
  • Dadurch wird die Aufgabe der Kleinhaltung des axialen Flüssigkeitsdurchsatzes in der Hauptsache von den stirnseitigen Führungsflächen des tJbertragerlagers übernommen, und der zylindrische Teil des Gleitlagers ist mit dem zur Betriebssicherheit bei hoher Drehzahl notwendigen Lagerspiel ausgeführt.
  • Die Anzeige des Meßdruckes und damit des Drehmomentes erfolgt über Druckmeßgeräte, wie z. B.
  • Manometer od. dgl., und die Meßgenauigkeit der Meßkupplung ist direkt von der Empfindlichkeit dieser Druckmeßgeräte abhängig. Letztere beträgt bekanntlich stets einen bestimmten Prozentsatz vom Endwert der Manometerskala, und somit wird der absolute Meßfehler mit abnehmendem Drehmoment bzw. Meßdruck immer größer und umgekehrt. Man hat sich schon dadurch geholfen, daß mehrere Manometer verschiedenen Meßbereichs wahlweise mit dem Meßdruck verbunden werden. Dieser Weg ist aber teuer und umständlich, und als weitere Verbesserung wird die Meßkupplung mit einer Schalteinrichtung versehen die eine wahlweise Veränderung der Zahl der vom Meß druck beaufschlagten Verdrängungszellen ermöglicht. Hierzu ist in den einzelnen zu den Verdrängerzellen führenden Bohrungen je ein 3-Weg-Kolbenschieber vorgesehen, welcher die zugeordnete Verdrängerzelle entweder mit den zum Übertrager führenden Druckmittelkanal oder mit dem drucklosen Abflußkanal verbindet. Bei einer Mehrzahl von Verdrängerzellen kann damit bei gleichem Druckmeßgerät der Gesamtmeßbereich in mehrere Teilbereiche gleicher Anzeigegenauigkeit aufgeteilt werden. Wenn beispielsweise eine Meßkupplung für max. 100 kpm bei 20 atü Anzeigedruck ausgelegt ist und fünf Verdrängerzellen aufweist, so mindert sich bei gleichbleibendem Meßdruck von 20 atü der Meßbereich mit jeder abgeschalteten Verdrängerzelle um 20 kpm, und mit einer einzigen eingeschalteten Verdrängerzelle kann dann bei gleicher Auslastung des Manometers der Meßbereich von 4 bis 20 kpm mit der gleichen Genauigkeit gemessen werden, wie der Bereich von 20 bis 100kpm bei Einschaltung sämtlicher Verdrängerzellen.
  • Für die Anordnung der Steuerkolben werden zwei Möglichkeiten aufgezeigt. Bei der einen sind die Steuerschieber im achsparallel verlaufenden Teil der einzelnen Druckmittelbohrungen des als Nabe ausgebildeten Rotationskörpers angeordnet, und es besteht die Möglichkeit, die Einstellung der Steuerkolben von der dem Übertrager gegenüberliegenden Stirnseite der Meßkupplung her vorzunehmen, indem jeder Steuerschieber ein Gewinde und einen Schlitz od. dgl. besitzt, der mit einem Steckwerkzeug erreicht und durch ein axiales Verschrauben in die eine oder in die andere Schaltstellung bewegt werden kann.
  • Wenn die Ableitung oder Zuleitung des Drehmomentes bei der Meßkupplung über einen Umfangsantrieb erfolgt, beispielsweise durch Zahnrad, Ketten oder Riemen irgendwelcher Art, so ist die vorgeschlagene Anordnung sehr praktisch zu bedienen, da in diesem Falle die Stirnseite der Meßkupplung stets zugänglich ist. Voraussetzung dazu ist allerdings, daß die öldichte Abdeckung dieser Stirnseite der Meßkupplung als abnehmbarer Deckel ausgebildet ist.
  • In Fällen, wo die Meßkupplung in eine durchgehende Transmission eingebaut ist, ist die Zugänglichkeit zu der Meßkupplungsstirnseite nur durch Entfernung des einen Kupplungsanschlusses zu erreichen. Um auch bei solcher Anordnung der Meßkupplung die Umschaltung der Verdrängerzellen ohne große Umstände vornehmen zu können, wird der weitere Vorschlag gemacht, dieselben Steuerschieber im radial verlaufenden Teil der Druckmittelbohrungen der Nabe anzuordnen und sieht an geeigneter Stelle am Umfang der Rotationskörper, d. h. in diesem Fall am Umfang des Gehäuses durch Gewindestopfen oder Schrauben verschlossene Bohrungen vor, durch welche das zum Verstellen der Steuerkolben notwendige Steckwerkzeug, Schraubenzieher od. dgl. eingeführt werden kann. Bei derartiger Aus- bildung kann die wahlweise Zu- und Abschaltung der Verdrängerzellen bei jedem Einbaufall schnell und ohne viel Aufwand vorgenommen werden.
  • Es ist ohne Belang und nur eine Frage der gewünschten Meßgenauigkeit, ob sämtliche Verdrängerzellen oder nur ein Teil mit Steuerkolben zu- und abschaltbar einzurichten sind.
  • Ein weiterer Verbesserungsvorschlag dient ebenfalls einer Erhöhung der Meßgenauigkeit. Oberlegungen über noch mögliche Ursachen von Meßfehlern ergaben, daß die Lage der Ein- und Auslaßöffnung bei den einzelnen Verdrängerzellen nicht beliebig gewählt werden darf, und es wird der Vorschlag gemacht, dieselben möglichst weitgehend auf gleichem radialen Abstand von der Drehachse anzuordnen. Wenn diese Bedingung nicht beachtet wird und beispielsweise die Ein- und Auslaßöffnungen der einzelnen Verdrängerzellen auf ungleichem Radius liegen, so unterliegt der die Zelle durchfließende Flüssigkeitsstrom einer größenmäßig mit dem Quadrat der Drehzahl zunehmenden Coriolis-Beschleunigung und übt dadurch auf die eine Wandung der Verdrängerzellen eine tangentiale Kraft aus, die als Fehler in das Meßergebnis eingeht.
  • Hydrostatische Meßkupplungen mit den beschriebenen Verbesserungen genügen allen Einbaubedingungen, besitzen kleine Einbauabmessungen und Schwungmomente, lassen hohe Drehzahlen zu und gewährleisten eine hohe Meßgenauigkeit unter allen Umständen und über den ganzen Meßbereich. Außerdem bedürfen sie dank der besonderen Ausbildung der Übertragerlagerung auf kleinsten Flüssigkeitsdurchsatz nur eines kleinen Umlaufstromes an flüssigem Druckmittel.
  • Im Vergleich mit den bisher bekannten Ausführungen von hydrostatischen Meßkupplungen kann die neue Meßkupplung viel universaler eingesetzt werden und besitzt den weiteren Vorteil, daß sie trotz der Verbesserungen eher billiger herzustellen ist.
  • In den Fig. 1 bis 6 sind Ausführungsbeispiele schematisch dargestellt. Es zeigt F i g. 1 eine Meßkupplung im Längsschnitt, F i g. 2 dieselbe Meßkupplung in Stirnansicht und zwei Teilschnitten, F i g. 3 eine Einzelheit von F i g. 1, F i g. 4 eine Meßkupplung im Längsschnitt, F i g. 5 dieselbe Meßkupplung in Stirnansicht und zwei Teilschnitten, F i g. 6 eine Einzelheit von F i g. 4.
  • Gleichwirkende Teile tragen in allen Figuren die gleichen Bezugszeichen. Unter sich einstückige oder fest verbundene Einzelheiten eines kompletten Teiles tragen zur Unterscheidung neben den Bezugszeichen als weiteren Index einen Buchstaben.
  • Bei dem Beispiel der F i g. 1 bis 3 sind die beiden von der Nabe 1 ud von dem Gehäuse 2 gebildeten Rotationskörper über Wälzlager 3 gleichachsig drehbar ineinander gelagert. Die Nabe 1 besitzt eine zentrale Mittelbohrung la und kann unmittelbar auf einen Wellenstummel 4 einer Antriebsmaschine od. dgl. aufgesteckt werden, während das Gehäuse 2 einen Anschlußflansch 2 a besitzt, über den das Drehmoment beispielsweise an die Antriebsmaschine weitergeleitet wird, deren Drehmoment gemessen werden soll. Die Nabe 1 (F i g. 2) mit ihren radial nach außen stehenden Flügeln 1b bildet mit dem Gehäuse 2 und dessen nach innen stehenden Flügeln 2 b Verdrängungsräume 5, 5', welche sich bei einer Relativdrehung zwischen Nabe 1 und Gehäuse 2 durch die Verdrängerwirkung der Nabenflügel lb stets einander entgegengesetzt vergrößern bzw. verkleinern.
  • Zur Versorgung der Verdrängungsräume 5, 5' von einer nicht gezeichneten ortsfesten Druckmittelquelle aus dient ein auf der Nabe 1 mittels Gleitlager 6 drehbar gelagerter Übertrager 7. Das ihm über eine nur angedeutete flexible Leitung 8 zugeleitete Druckmittel fließt durch eine Bohrung 9 und eine Ringnut 10 des Übertragers 7, Bohrungen 11 der Nabe 1 und in die Seitenwände des Gehäuses 2 eingefräste Einlaßschlitze 12 zu den Verdrängungsräumen 5, 5'.
  • Alle Bohrungen 11 münden so in die Ringnut 10, daß eine dauernde hydraulische Verbindung von der flexiblen Leitung 8 am nicht umlaufenden Übertrager 7 zum rotierenden Verdrängungssystem gegeben ist.
  • Das den Verdrängungsräumen 5, 5' zugeführte Druckmittel fließt über Bohrungen 13 und einen Hohlraum 14 der Nabe 1 und durch das Wälzlager 3 zu einer mit dem Gehäuse 2 über einen rohrförmigen Hals 2 c fest verbundenen tellerförmigen Schleuderscheibe 2d und wird von deren sich von der Mittelscheibe 7 a des Übertragers 7 abwendenden und trichterförmig erweiternden scharfkantigen Schleuderrand 2e in einen ringförmigen Fangraum 15 des obere tragers 7 geschleudert. Die dem Gehäuse2 benachbarte Seitenwand 7 b des Übertragers 7 ist vom Gehäuse 2 nur durch einen schmalen Luftspalt getrennt, umfaßt das Wälzlager 3 und den Hals 2 c mit geringem Spiel und besitzt auf der der Ubertragermittelwand 7a zugewandten Seite einen sich trichterförmig erweiternden und in die Hohlseite der Schleuderscheibe 2d hinein stehenden Innenbord 7c mit scharfer Kante am Außenrand. In ähnlicher Ausbildung besitzt die Nabe 1 auf der dem Gehäuse 2 abgewandten Seite eine mit ihr über einen rohrförmigen Hals 1 c einstückige oder fest verbundene tellerförmige Schleuderscheibe ld mit einem sich von der Übertragermittelwand 7 a abwendenden und trichterförmig erweiternden scharfkantigen Schleuderrand 1 e und außerdem der übertrager 7 auf der dem Anschlußflansch 2 a des Gehäuses 2 gegenüberliegenden Seite einen weiteren Fangraum 15', dessen Außenwand 7 b den Hals 1 c mit engem Spiel umfaßt und ebenfalls einen der Übertragermittelwand 7 a zugewandten, sich trichterförmig erweiternden und in die Hohlseite der Schleuderscheibe 1 d hinein stehenden Innenbord 7c mit scharfer Kante am Außenrand aufweist.
  • Die am Gleitlager 6 axial austretende Druckflüssigkeit fließt teils mit dem Rückstrom des Verdrängersystems der Schleuderscheibe 2 d, teils der Schleuderscheibe ld zu und wird dadurch in die Fangräume 15', 15 befördert. Der Übertrager 7 besitzt an seinem Umfang unmittelbar an seine Seitenwände 7b angrenzende Ablauföffnungen 16 und einen dort angeflanschten Sammelstutzen 17, welcher einen zur Drehachse um 450 geneigten rohrförmigen Ablaufstutzen 17 a aufweist und wahlweise so angeschraubt werden kann, daß er (vgl. F i g. 1) entweder nach der Wellenseite oder nach der Flanschseite zeigt.
  • Bei horizontaler Einbaulage wird der Übertrager 7 von den angeschlossenen Schläuchen und eventuell auch von einem speziellen Gestänge so gehalten, daß sich der Sammelstutzen 17 unten befindet. Die von den Schleuderscheiben id, 2d abgeschleuderte Flüssigkeit läuft teils dem inneren Umfang, teils den Seitenwänden 7b des Übertragers entlang nach unten zu den Ablauföffnungen 16 und von dort durch den Sammelstutzen 17 und den Ablaufstutzen 17 a und eine nicht gezeichnete flexible Leitung zum Vorratsbehälter bzw. zur Pumpe zurück. Hierbei verhindern zunächst die trichterförmigen und die Innenborde 7c überdeckenden Schleuderränder le, 2 e, daß Tropfen oder Spritzer der Flüssigkeit den Innenraum der Innenborde 7c erreichen und von dort durch die engen Ringspalte zwischen dem Übertrager 7 und der Nabe 1 bzw. dem Gehäuse 2 entweichen. Den gleichen Weg könnte auch die an den Seitenwänden 7b herunterfließende Flüssigkeit nehmen, doch die trichterförmigen Innenborde 7c bilden Sammelrinnen und verhindern das Umströmen ihrer scharfen Außenkanten.
  • Es könnte aber doch vorkommen, daß beim Stillsetzen oder kurz danach der an den Schleuderrändern usw. haftende Ölfilm wegen Fehlens der Fliehkraft der inneren Trichterfläche der Innenborde 7c bzw. der Schleuderränder 1 e, 2e entlangkriecht und an den beiden bereits erwähnten Ringspalten als Leckflüssigkeit austritt. Dies zu verhindern, besitzen die beiden rohrförmigen Teile 1 c, 2 c der Nabe 1 und des Gehäuses 2 am Außendurchmesser zwei ringförmige Schneiden 18 (s. Fig. 1), welche bewirken, daß die nach außen strebende Flüssigkeit gesperrt und nach unten den Ablauföffnungen 16 des Gehäuses 2 zugeleitet wird.
  • Beim vertikalen Einbau der Meßkupplung sind zwei Einbaulagen möglich. Der Übertrager 7 kann sich z. B. auf der oberen Seite oder auf der unteren Seite befinden. In beiden Fällen überdeckt die jeweils unterhalb der Obertragermittelwand 7 a liegende Schleuderscheibe ld bzw. 2d zusammen mit ihrem Schleuderrand 1 e bzw. 2 e den Staurand des darunterliegenden Innenbordes 7c, so daß die abgeschleuderte Flüssigkeit nur in den jeweils untenliegenden Fangraum 15 gelangen kann. Der Staurand von 7c liegt so hoch über dem Ablaufniveau der Ablauföffnung 16 desselben Fangraumes 15, daß sich dort die abzuführende Flüssigkeit etwas stauen kann, ohne daß solche über den Staurand nach unten ins Freie gelangen kann. Die gleichzeitig an der jeweils obenliegenden Stirnfläche des Gleitlagers 6 entweichende Druckflüssigkeit fließt an der Lagernabe und der Mittelwand 7 a entlang den dort angebrachten Bohrungen 19 zu und gelangt so ebenfalls in den jeweils untenliegenden Fangraum.
  • Bei den in F i g. 1, 2, 4 und 5 gezeigten Meßkupplungen liegen die Einlaßschlitze 12 ganz an der inneren Peripherie der Verdrängungsräume 5, 5' und liegen somit auf etwa gleichem Abstand von der Rotationsachse wie die von den Flügeln 2 b gesteuerten Mündungen der Auslaßbohrungen 13. Dieses Gestaltungsmerkmal dient zur Beseitigung von Meßfehlern, die dann auftreten, wenn der die Verdrängungsräume 5, 5' durchfließende Flüssigkeitsstrom in diesen einen radialen Weg zurücklegt und dadurch einer Coriolis-Beschleunigung unterliegt.
  • Es bedarf für den Fachmann keines weiteren Beweises, daß der neue Übertrager 7 mit seiner auf Schleuderwirkung, Niveauunterschied, Ringschneiden 18 und trichterförmigen Kragen 7c an den Übertragerwänden und Schleuderscheiben beruhenden Wirkungsweise allen gestellten Anforderungen gerecht wird. Zu erwähnen ist nur noch, daß der am Übertrageraußendurchmesser angeflanschte Sammler 17 jeweils in solcher Lage angeschraubt wird, daß dessen Ablaufstutzen 17 a schräg nach unten zeigt.
  • Derselbe Sammelstutzen 17 ist also bei allen Einbaulagen verwendbar.
  • Bei dem Beispiel F i g. 1 bis 3 sind in Verlängerungen 11 b der achsparallel verlaufenden Bohrungen 11 Steuerkolben 20 so eingeschraubt, daß dieselben von der Stirnseite der Meßkupplung her beispielsweise mit einem Schraubenzieher von der in F i g. 1 gezeigten Stellung in die in Fig. 3 gezeigte Stellung und umgekehrt verschraubt werden können. Sie wirken hierbei im Sinne einer 3-Wege-Steuerung und verbinden bei der Einstellung gemäß F i g. 1 die Verdrängungsräume 5, 5' mit dem Ringkanal 10 des Übertragers 7 und bei der Einstellung gemäß F i g. 3 mit den in den Hohlraum 14 der Nabe 1 mündenden Seitenbohrungen 21. Bei Stellung des Steuerkolbens 20 gemäß F i g. 1 nimmt die betreffende Verdrängerzelle an der Drehmoment-Übertragung teil, bei der Stellung gemäß F i g. 3 ist sie ständig mit der Rücklaufleitung fur das Druckmittel verbunden und dadurch ohne Wirkung.
  • Zu messende Drehmomente, welche im unteren Bereich des Manometers und dadurch ungenauer angezeigt würden, können durch die wahlweise mögliche Abschaltung einzelner Verdrängerzellen im Bereich eines höheren Meßdruckes und dadurch entsprechend genauer gemessen werden.
  • Das Gehäuse der Meßkupplung besitzt auf der Flanschseite einen Abschlußdeckel 22 und dieser ist abschraubbar ausgebildet, um den Zugang zu den Steuerkolben zu ermöglichen.
  • Das in den Fig.4 bis 6 gezeigte Beispiel einer hydrostatischen Meßkupplung stimmt im wesentlichen mit der bisher behandelten Meßkupplung überein, und die Beschreibung beschränkt sich daher auf einige zusätzliche Neuerungen bzw. Verbesserungen.
  • Zunächst weist deren Übertrager 7 eine andere Ausbildung seiner Gleitlager auf. Zwei Lagerbüchsen 25 mit Außenbund sind von beiden Seiten her mit Schiebesitz in die Lagerbohrung des Ühertragers 7 eingeschoben und an ihrem zylindrischen Außendurchmesser mittels je eines sogenannten O-Ringes 26 aus elastischem Kunststoff abgedichtet. Der radiale Bund der Lagerbüchsen 25 dient der seitlichen Führung des Ühertrngers 7 und übernimmt gleichzeitig einen wesentlichen Teil der zur Begrenzung des Druckmittelverlustes notwendigen Drosselung des entlang den Gleitflächen auftretenden Flüssigkeitsdurchsatzes, indem der in der Ringnut 10 wirksame Meßdruck die innere Stirnfläche der Lagerbüchsen 25 axial gegen die seitlichen Führungsflächen belastet.
  • Das Verhältnis der letzteren zur inneren Stirnfläche der Lagerbüchsen 25 ist so abgestimmt, daß der Meßdruck stets selbsttätig die Stärke des ölfilm der seitlichen Führungslager auf ein zur Wahrung der Betriebssicherheit ausreichendes Maß begrenzt. Demzufolge ist die Drosselung des Öldurchsatzes entlang dem zylindrischen Teil der Gleitlager von geringerer Bedeutung und dementsprechend das Lagerspiel so groß gewählt, daß die Meßkupplung ohne Gefahr eines Lagerschadens mit hoher Drehzahl arbeiten kann. Es ist bei der neuen Lagerung des Übertragers 7 bei gleichem oder sogar kleinerem Druckmittelstrom möglich, die Meßkupplung mit höherem Meßdruck zu betreiben und entsprechend für ein höheres Drehmoment einzusetzen. Hierdurch ergibt sich bei der Meßkupplung eine Minderung des auf das Maxirnaldrehmoment bezogenen Gewichtes, Raumbedarfes und Schwungmomentes.
  • Das gleiche Ausführungsbeispiel zeigt auch eine andere Anordnung der bereits beschriebenen Steuerkolben 20. Diese sind hier in eine radiale Verlängerung der zu den Verdrängerzellen führenden Bohrung 11 eingeschraubt und zur Verstellung über in gleicher Flucht liegende Bohrungen des Gehäuses 2 mit Verschlußschraube 27 bei jeder Einbaulage zugänglich.
  • Auch sie wirken als 3-Weg-Schieber, indem sie bei der in den F i g. 4 und 5 gezeigten Stellung die Verbindung der Verdrängerzellen 5, 5' zu der Ringnut 10 des Übertragers 7 freigeben und gleichzeitig durch ihren zylindrischen Kopf 20a eine die Verdrängerzellen 5, 5' verbindende Kurzschlußbohrung 28 sperren, so daß die Verdrängerzellen an der Drehmoment-Übertragung mitwirken. Bei der in F i g. 6 gezeigten Stellung des Steuerkolbens 20 verbindet dieser die beiden Verdrängungsräume 5, 5' unter sich und dadurch auch dauernd mit den Rücklaufbohrungen 13 der Nabe 1, während sein Kopf 20 a den Zustrom aus dem Kanal 11 sperrt. Bei dieser Einstellung sind wiederum die zugeordneten Verdrängungsräume 5, 5' von einer Drehmoment-Übertragung ausgeschaltet, und es kann also auch hier im unteren Teil des Meßbereiches die bereits beschriebene wahlweise Erhöhung des angezeigten Meßdrucks vorgenommen werden.
  • Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die Zahl der Verdrängerräume, der maximale Meßdruck und das ihm entsprechende übertragbare Drehmoment so aufeinander abgestimmt, daß bei jeder einstellbaren Anzahl an wirksamen Verdrängerzellen der jeweils angezeigte Meßdruck zum ihm entsprechenden Drehmoment in einem ganzzahligen Verhältnis steht.
  • Je nach der gewünschten Meßgenauigkeit sind alle oder nur ein Teil der Verdrängungszellen abschaltbar eingerichtet. Oft genügt es, den maximalen Meßbereich im Verhältnis 2 1 aufzuteilen. Dazu sind dann nur die lIälfte der Verdrängerzellenpaare 5, 5' mit Steuerkolben ausgerüstet.

Claims (10)

  1. Patentansprüche: 1.HydrostatischeDrehmoment-Meßeinrichtung, bei der zwei gleichachsig und drehbar ineinander gelagerte Rotationskörper unter sich über ein hydrostatisches Verdrängersystem drehfest verbunden sind und eine Kupplung bilden, welche, in eine Antriebsverbindung, Transmission, ein Getriebe od. dgl. eingebaut, ständig das übertragene Drehmoment mittels eines Druckmittelübertragers an einem ortsfesten Druckmeßgerät oder Druckschreiber anzeigt, dadurch gekeunz e i c h n e t, daß die beiden Rotationskörper (1, 2) mit je einer Schleuderscheibe (led, 2d) im Übertrager (7) ausgerüstet sind, deren jede einen einer scheibenförmigen Übertragermittelwand (7a) abgewandten, trichterförmig sich erweiternden und scharfkantigen Schleuderrand (le, 2e) aufweist, und daß der Übertrager (7) beiderseits seiner Mittelwand (7a) Fangräume (15, 15') aufweist, deren Seitenwände (7 b) der tJbertragermittelwand (7a) zugewandte, sich ebenfalls trichterförmig erweiternde und scharfe Außenkanten besitzende und in die ihnen zugewandten Hohlräume der Schleuderscheiben (led, 2d) hinein stehende Innenborde (7c) besitzen, deren Niveau bei vertikaler Einbaulage der Meßeinrichtung jeweils über dem der dabei wirksamen Abflußöffnung (16) liegt.
  2. 2. Hydrostatische Drehmoment-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens der dem Verdrängersystem benachbarte Fangraum (15) des Übertragers (7) im Durchmesser so groß ausgebildet ist, daß er den das diesseitige Wälzlager (3) enthaltenden Hals (2c) des zugeordneten Rotationskörpers (2) umgibt und sich bis auf einen berührungslosen Mindestabstand der benachbarten Seitenwand dieses Rotationskörpers (2) nähert.
  3. 3. Hydrostatische Drehmoment-Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der die Lagerung für den Übertrager (7) aufweisende Rotationskörper als Nabe (1) ausgebildet ist und eine zentrale Mittelbohrung (1 a) aufweist.
  4. 4. Hydrostatische Drehmoment-Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (7) mindestens eine, in der Regel aber zwei in seiner Lagerbohrung radial mit Schiebesitz und axial beweglich geführte und einen radialen Außenbund aufweisende Lagerbüchsen (25) besitzt, welche außerdem über elastische Dichtringe (26) in der Lagerbohrung der Ühertragermitteiwand (7a) axial beweglich abgedichtet sind, mit ihrer äußeren Stirnfläche an den axialen Führungsflächen des zugeordneten Rotationskörpers (1) anliegen und deren innere Stirnfläche ständig von dem jeweils in einer Ringnut (10) des Übertragers (7) bestehenden Meßdruck in Richtung gegen die axiale Führungsfläche belastet wird.
  5. 5. Hydrostatische Drehmoment-Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der übertrager (7) an seinem Umfang Auslaßöffnungen (16) besitzt, die in axialer Richtung von seinen Seitenwänden (7b) begrenzt werden.
  6. 6. Hydrostatische Drehmoment-Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß am Umfang des Übertragers (7) ein Sammler (17) mit zur Rotationsachse der Meßeinrichtung um 450 geneigten Ablaufstutzen (17a) angeflanscht und so befestigt ist, daß er zwei einander um 1800 entgegengesetzte Befestigungsanlagen aufweisen kann.
  7. 7. Hydrostatische Drehmoment-Meßeinrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in Verbindungskanäle (11) zwischen Übertrager (7) und Verdrängungsräume (5, 5') hydraulische Schaltmittel eingebaut sind, welche eine wahlweise Verbindung der Verdrängungszellen (5, 5') mit dem Meßdruck oder mit der Druckmittelrücklaufleitung ermöglichen.
  8. 8. Hydrostatische Drehmoment-Meßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Teil der Verbindungskanäle (11) oder in sämtliche Verbindungskanäle (11) Steuerkolben (20) eingebaut sind, die so verstellt werden können, daß die zugeordneten Verdrängerzellen (5, 5') wahlweise mit dem Meßdruck oder mit der Rückleitung hydraulisch verbunden sind.
  9. 9. Hydrostatische Drehmoment-Meßeinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerkolben (20) im radialen Teil der Verbindungskanäle (1t angeordnet und zu ihrer Verstellung über in gleicher Flucht liegende Bohrungen mit Verschlußschrauben (27) des Rotationskörpers (2) zugänglich sind.
  10. 10. Hydrostatische Drehmoment-Meßeinrich tung nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Verdrängerzellen (5,5') die Ein- und Auslaßöffnungen für das flüssige Druckmittel in bezug auf die Drehachse in möglichst genau gleich großen radialen Abstand angeordnet sind.
    In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1097717.
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