DE1275306B

DE1275306B - Torque meter

Info

Publication number: DE1275306B
Application number: DET12439A
Authority: DE
Inventors: Reuel Duncan Van Millingen
Original assignee: Torquemeters Ltd
Current assignee: Torquemeters Ltd
Priority date: 1955-07-11
Filing date: 1956-07-11
Publication date: 1968-08-14

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

GOIlGOIl

Deutsche KL: 42 k-1/03German KL: 42 k-1/03

Nummer: 1275 306Number: 1275 306

Aktenzeichen: P 12 75 306.9-52 (T 12439)File number: P 12 75 306.9-52 (T 12439)

Anmeldetag: 11. Juli 1956 Filing date: July 11, 1956

Auslegetag: 14. August 1968Opening day: August 14, 1968

Die Erfindung betrifft einen Drehmomentmesser mit einer zentralen Welle und mit einer gleichachsigen, die zentrale Welle mit Spiel umgebenden Hohlwelle, bei dem eine Welle durch das zu messende Drehmoment auf Torsion beansprucht wird, während die andere hiervon unbelastet bleibt, und bei dem beide Wellen an ihrem einen Ende fest miteinander verbunden, an dem anderen Ende gegeneinander tordierbar und mit einer Vorrichtung zur Dämpfung von Torsionsschwingungen zwischen den Wellen, sowie mit Meßgliedern zum Erfassen der an dieser Stelle durch das übertragene Drehmoment bewirkten winkelmäßigen Verdrehung der belasteten gegenüber der unbelasteten Welle versehen sind.The invention relates to a torque meter with a central shaft and with an equiaxed, the central shaft with clearance surrounding the hollow shaft, in which a shaft passes through the to be measured Torque is stressed on torsion, while the other remains unloaded by this, and in which Both shafts are firmly connected to one another at one end and can be twisted against one another at the other end and with a device for damping torsional vibrations between the shafts, as well with measuring elements to detect the angular caused at this point by the transmitted torque Rotation of the loaded versus the unloaded shaft are provided.

Es ist ein Drehmomentmesser bekannt (deutsche Patentschrift 683 054), der eine durch das zu messende Drehmoment tordierbare zentrale Welle und eine um die zentrale Welle koaxial angeordnete Hohlwelle aufweist. Beide Wellen sind an einem Ende miteinander verbunden. Am anderen Ende sind die beiden Wellen gegeneinander verdrehbar. Bei der Drehmomentübertragung wird nur die zentrale Welle belastet und einer Torsion unterworfen. Die Hohlwelle bleibt dagegen unbelastet und tordiert nicht. Bei der Übertragung eines Drehmomentes tritt infolgedessen zwischen den beiden Wellen eine winkelmäßige Verdrehung auf, die an dem verdrehbaren Ende der beiden Wellen am größten ist. Der Wert der winkelmäßigen Verdrehung wird durch eine Anzeigevorrichtung angezeigt und ist ein Maß für das übertragene Drehmoment. Da bei einer Drehmomentübertragung Torsionsschwingungen auftreten können, ist bei dem bekannten Drehmomentmesser noch eine Dämpfungsvorrichtung vorgesehen, die vibrationsartige Verdrehungen zwischen den beiden Wellen dämpft und so die Ablesung eines Mittelwertes möglich macht. Die Dimensionierung der Dämpfungsvorrichtung hängt u. a. von dem zu übertragenden Drehmoment und von dem Torsionsschwingungshub ab. Sind große Drehmomente zu übertragen und treten dabei starke Torsionsschwingungen auf, so muß die Dämpfungsvorrichtung den erhöhten Belastungen angepaßt und sehr massiv und robust ausgeführt sein. Die Verwendung einer weniger kompakten Dämpfungsvorrichtung schränkt den Arbeitsbereich des Drehmomentmessers entsprechend ein.There is a torque meter known (German Patent 683 054), the one to be measured by the Torque twistable central shaft and a hollow shaft arranged coaxially around the central shaft having. Both shafts are connected to each other at one end. At the other end are the two Shafts can be rotated against each other. When transmitting torque, only the central shaft is loaded and subjected to torsion. The hollow shaft, on the other hand, remains unloaded and does not twist. In the As a result, when a torque is transmitted, an angular rotation occurs between the two shafts which is largest at the rotatable end of the two shafts. The value of the angular Twist is indicated by a display device and is a measure of what is transmitted Torque. Since torsional vibrations can occur during torque transmission, is at the known torque meter still provided a damping device, the vibration-like Rotation between the two shafts is dampened and a mean value can be read off power. The dimensioning of the damping device depends, among other things. of the torque to be transmitted and from the torsional vibration stroke. If large torques are to be transmitted and strong torsional vibrations occur, see below the damping device must be adapted to the increased loads and very massive and robust be executed. The use of a less compact damping device limits the Working range of the torque meter accordingly.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehmomentmesser so auszubilden, daß die Dämpfungsvorrichtung gegenüber den bekannten Ausführungsformen weniger kompakt und robust und mit verringerten Abmessungen ausgeführt sein kann, ohne DrehmomentmesserThe invention is based on the object of designing a torque meter so that the damping device compared to the known embodiments less compact and robust and with reduced dimensions can be performed without a torque meter

Anmelder:Applicant:

Torquemeters Limited,
Ravensthorpe, Northamptonshire
(Großbritannien)Torquemeters Limited,
Ravensthorpe, Northamptonshire
(Great Britain)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Ing. F. Weickmann, Patentanwalt,Dipl.-Ing. F. Weickmann, patent attorney,

8000 München 27, Möhlstr. 228000 Munich 27, Möhlstr. 22nd

Als Erfinder benannt:
Reuel Duncan van Millingen,
Ravensthorpe, Northamptonshire
(Großbritannien)Named as inventor:
Reuel Duncan van Millingen,
Ravensthorpe, Northamptonshire
(Great Britain)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Großbritannien vom 11. Juli 1955 (19 980)Great Britain 11 July 1955 (19 980)

daß dadurch der Arbeitsbereich des Drehmomentmessers eingeschränkt wird.that this limits the working range of the torque meter.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die unbelastete Welle eine geringere Torsionssteifigkeit hat als die durch das Drehmoment belastete Welle.The object is achieved according to the invention in that the unloaded shaft has a lower torsional stiffness than the shaft loaded by the torque.

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß die unbelastete Welle nunmehr schnelle Drehmomentänderungen durch Torsion elastisch abfängt und ihren untordierten Zustand wieder einnimmt, wenn die Dämpfungsvorrichtung nachgefolgt ist.The measure according to the invention ensures that the unloaded shaft is now fast Elastically absorbs torque changes due to torsion and resumes its untwisted state, when the dampening device has succeeded.

Dadurch ist die Dämpfungsvorrichtung einer weniger starken Belastung ausgesetzt und kann infolgedessen auch weniger robust und massiv ausgebildet sein.As a result, the damping device is exposed to a less severe load and can as a result also be less robust and solid.

Um die zentrale Welle gegen Verbiegen zu schützen, kann der erfindungsgemäße Drehmomentmesser dadurch gekennzeichnet sein, daß die zentrale Welle von einer Hülse koaxial umgeben ist. Die Hülse kann an einem Ende fest und am anderen Ende durch ein Lager mit der zentralen Welle verbunden sein.To protect the central shaft against bending, the torque meter according to the invention be characterized in that the central shaft is coaxially surrounded by a sleeve. The sleeve can be fixed at one end and connected to the central shaft by a bearing at the other end.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. In der nachfolgenden Beschreibung ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird.Further details of the invention emerge from the claims. In the description below an exemplary embodiment is shown, reference being made to the drawings.

809 590/190809 590/190

Der in den Zeichnungen dargestellte Drehmomentmesser besitzt eine elastische Hohlwelle 10, die an jedem Ende einen Flansch 11 aufweist, durch welche der Drehmomentmesser in einen Trieb eingebaut wird, dessen Drehmoment gemessen werden soll. Die Welle weist ferner an einem Ende einen inneren Flansch 12 auf. An dem entgegengesetzten Ende ist sie glockenförmig erweitert und bildet einen Abschnitt 10 a mit vergrößertem Durchmesser. Den Übergang zwischen der Hohlwelle 10 und dem erweiterten Abschnitt 10 α bildet eine radiale Schulter 13.The torque meter shown in the drawings has an elastic hollow shaft 10 which has a flange 11 at each end, through which the torque meter is installed in a drive whose torque is to be measured. The shaft also has an inner flange 12 at one end. At the opposite end it is widened in the shape of a bell and forms a section 10 a with an enlarged diameter. A radial shoulder 13 forms the transition between the hollow shaft 10 and the widened section 10 α.

In dem Teil 10 α der Welle ist ein Hohlkörper 14 (F i g. 1 und 2) vorgesehen. Er wird durch Schrauben 15 in seiner Lage gehalten, die durch einen inneren Flansch 16 an dem Körper hindurchgehen und ihn an der Schulter 13 halten. Der Körper 14 hat eine innere Höhlung 17, in welche ein Ende eines Spiegelträgers 18 hineinragt, der einen ebenen Spie-Der Weg des reflektierten Lichtes ist in der F i g. 2 durch die strichpunktierte Linie 31 angegeben.A hollow body 14 (FIGS. 1 and 2) is provided in part 10 α of the shaft. He is screwed 15 held in place which pass through an inner flange 16 on the body and hold him by shoulder 13. The body 14 has an inner cavity 17 into which one end of a Mirror carrier 18 protrudes into it, which has a flat mirror. The path of the reflected light is shown in FIG. 2 indicated by the dash-dotted line 31.

Wenn das Drehmoment gleichmäßig ist, besteht keine Schwierigkeit bei der Beobachtung der Größe der Ablenkung. Wenn indessen, wie beispielsweise bei einer Kolbenmaschine, Schwankungen des Drehmomentes auftreten, so ist die Ablesung erschwert.When the torque is uniform, there is no difficulty in observing the size the distraction. If, however, as in the case of a piston machine, there are fluctuations in the torque occur, reading is more difficult.

Aus diesem Grund sind bei dem erfindungsgemäßen Drehmomentmesser zwischen dem Gehäuse 21 und dem Körper 14 Dämpfungsmittel vorgesehen, die ohne mechanische Reibung arbeiten und bei denen der Dämpfungseffekt durch eine hochviskose Flüssigkeit erzielt wird.For this reason are in the torque meter according to the invention between the housing 21 and the body 14 provided damping means that work without mechanical friction and at which the dampening effect is achieved by a highly viscous liquid.

Die Scheibe 26 ist an dem einen Ende einer dünnen zentralen Welle 32 mit geringer Torsionssteifigkeit befestigt. Das andere Ende der zentralen Welle weist einen breiten radialen Flansch 33 auf, der an seinem Umfang durch einen Satz Schrauben 34 an dem Ende einer Ubertragungsröhre 35 befestigt ist.The disc 26 is at one end of a thin central shaft 32 with low torsional rigidity attached. The other end of the central shaft has a wide radial flange 33 that on its periphery is attached to the end of a transmission tube 35 by a set of screws 34.

gel 19 trägt. Der Träger wird in seiner Lage durch 20 Die Röhre 35 hat eine höhere Torsionssteifigkeit alsgel 19 wears. The carrier is in its position by 20 The tube 35 has a higher torsional rigidity than

einen Schraubstöpsel 20 gehalten. Ein zweiter Spiegel 23 ist an einem Stöpsel 22 befestigt, der in einem Gehäuse 21 eingeschraubt ist, das aus einem massiven Stück Metall von im wesentlichen runden Querschnitt besteht. Das Gehäuse 21 weist Öffnungen 29 für den Durchgang von Licht sowie ein Loch, durch welches der Spiegelträger 18 mit genügend Spiel hindurchgeht, auf. Diese Konstruktion ist symmetrisch und äußerst massiv, so daß ein Schwanken oder Kippen des Spiegels 23 unter der Zentrifugalkraft ein Minimum wird. Das Gehäuse 21 hat an einer Seite einen Lagerzapfen 24, der in ein Lager 25 hineingeht, das koaxial mit der Welle 10 liegt. An der anderen Seite wird das Gehäuse durch eine Scheibe 26 gehalten, die mit dem Flansch 12 verbunden ist. Wird durch die Welle 10 ein Drehmoment übertragen, so erfolgt eine winkelmäßige Verdrehung des Gehäuses 21 gegenüber dem Körper 14.a screw plug 20 held. A second mirror 23 is attached to a plug 22, which is in a Housing 21 is screwed in, which is made from a solid piece of metal of substantially round cross-section consists. The housing 21 has openings 29 for the passage of light and a hole through which the mirror carrier 18 goes through with enough play on. This construction is symmetrical and extremely massive, so that swaying or tilting of the mirror 23 under the centrifugal force Becomes minimum. The housing 21 has on one side a bearing pin 24 which goes into a bearing 25, which is coaxial with the shaft 10. On the other side, the housing is supported by a washer 26, which is connected to the flange 12. If a torque is transmitted through the shaft 10, This results in an angular rotation of the housing 21 with respect to the body 14.

Diese Winkelbewegung wird durch Beobachtung einer beleuchteten Skala gemessen. Im Brennpunkt einer Collimatorlinse 27 a eines Collimators 27 ist eine Skala 27 b vorgesehen. Das Bild der Skala 27 b wird durch das eine von zwei gegenüberliegenden Fenstern 28 in dem Abschnitt 10 a der Welle und durch die eine der Öffnungen 29 in dem Körper 14 auf den einen Spiegel 19 oder 23 geworfen, von dem es so reflektiert wird, daß es auf den anderen Spiegel fällt. An dem anderen Spiegel wird das Bild schließlich so umgelenkt, daß es durch das andere FensterThis angular movement is measured by observing an illuminated scale. At the focal point of a collimator lens 27 a of a collimator 27, a scale 27 b is provided. The image of the scale 27 b is thrown through the one of two opposite windows 28 in the section 10 a of the shaft and through one of the openings 29 in the body 14 on the one mirror 19 or 23, from which it is reflected so that it falls on the other mirror. At the other mirror, the image is finally deflected so that it passes through the other window

28 und die andere Öffnung 29 wieder austritt und in 50 dem Körper 14 befestigt.28 and the other opening 29 emerges again and is fastened in 50 to the body 14.

die zentrale Welle 32 und erstreckt sich von dem Flansch 33 bis zu dem Flansch 12, an dem sie durch einen Satz Schrauben befestigt ist.the central shaft 32 and extends from the flange 33 to the flange 12 on which it passes a set of screws is attached.

Die zentrale Welle 32 ist von einer Hülse 37 umgeben, die mit der zentralen Welle an einem Ende an der Scheibe 26 befestigt ist. An dem entgegengesetzten Ende hat die Hülse 37 drei axial hervorstehende Teile 38, die frei durch die Löcher 39 in dem Flansch 33 hindurchgehen und die an einem äußeren Lagerring 40 befestigt sind; ein innerer Lagerring 41 sitzt auf einem Zapfen 42, der aus dem Flansch 33 herausragt. The central shaft 32 is surrounded by a sleeve 37 which connects to the central shaft at one end the disk 26 is attached. At the opposite end, the sleeve 37 has three axially protruding Parts 38 which pass freely through the holes 39 in the flange 33 and which are attached to an outer bearing ring 40 are attached; an inner bearing ring 41 sits on a pin 42 which protrudes from the flange 33.

An dem Ende, das an die Scheibe 26 anliegt, ist die Hülse 37 an einem Trommelglied der Dämpfungsmittel befestigt. Die Trommel besteht aus einem Nabenteil 43, einem radialen Teil 44 und aus sich in axialer Richtung erstreckenden Umfangteilen 45. Die Umfangteile weisen je einen sich axial erstreckenden ringförmigen Flansch 46 auf, von denen jeder an seinem Ende einen Ring 47 trägt, der einen dreieckigen Querschnitt hat. Die Trommelteile 45 sitzen mit geringem Spiel in einem ringförmigen Topf 48. Die Flansche 46 ragen in Kanäle, die in Labyrinth-Dichtungsgliedern 50 vorgesehen sind, wobei zwischen den Ringen 47 und den Wänden dieser Kanäle nur ein geringes Spiel ist. Eines dieser Dichtungsglieder ist in dem Topf montiert und das zweite sitzt auf einem Flansch 51 an einem Trägerglied 52. Der Topf 48 und das Trägerglied 52 sind mit Schrauben 63 anAt the end which rests against the disc 26, the sleeve 37 is on a drum member of the damping means attached. The drum consists of a hub part 43, a radial part 44 and in circumferential parts 45 extending in the axial direction. The peripheral parts each have an axially extending annular flange 46, each of which carries at its end a ring 47, which is a triangular Has cross-section. The drum parts 45 sit in an annular pot 48 with little play. The flanges 46 protrude into channels which are provided in labyrinth sealing members 50, with between the rings 47 and the walls of these channels is only a little play. One of those sealing members is mounted in the pot and the second sits on a flange 51 on a support member 52. The pot 48 and the support member 52 are fastened with screws 63

eine Beobachtungsoptik 30 fällt. In dem abgebildeten Drehmomentmesser sind die Spiegelebenen im wesentlichen parallel zueinander und zu der Rotationsachse der Welle 10 angeordnet. Je ein Spiegel liegt auf einer Seite der Achse. Ein auf einen der Spiegel unter 45° zur Spiegelebene auftreffender Lichtstrahl wird um 90° abgelenkt, trifft auf den anderen Spiegel wiederum unter einem Winkel von 45° und wird erneut um 90° abgelenkt. Dadurch tritt er parallel zu seiner Ursprungsrichtung aus.an observation optics 30 falls. In the torque meter shown, the mirror planes are in are arranged essentially parallel to one another and to the axis of rotation of the shaft 10. One mirror each lies on one side of the axis. One that hits one of the mirrors at 45 ° to the mirror plane Light beam is deflected by 90 °, hits the other mirror again at an angle of 45 ° and is deflected again by 90 °. As a result, it emerges parallel to its original direction.

Eine Abbildung der Skala durch das reflektierte Licht erfolgt auch, wenn der Einfallswinkel des Lichtes wenige Grade von 45° verschieden ist. Sind die Spiegel parallel, so wird stets der gleiche Teil der Skala, unabhängig vom Einfallswinkel abgebildet. Sind die Spiegel infolge eines übertragenen Drehmomentes nicht mehr parallel, so wird ein anderer Teil der Skala abgebildet.The reflected light also shows the scale if the angle of incidence of the light differs a few degrees from 45 °. If the mirrors are parallel, the same part is always the Scale, shown independently of the angle of incidence. Are the mirrors as a result of a transmitted torque no longer parallel, another part of the scale is mapped.

Der Topf ist mit einer hochviskosen Flüssigkeit gefüllt. Diese bewirkt eine starke Viskosebremsung, wenn das Gehäuse 21 die Tendenz hat, sich schnell im Hinblick auf den Körper 14 zu bewegen. Bei dem erfindungsgemäßen Drehmomentmesser werden schnelle Winkelverdrehungen zwischen der Schulter 13 und dem Flansch 12 durch Torsion der zentralen Welle 32 aufgefangen; entsprechende Bewegungen des Körpers 14 und des Gehäuses 21 werden vermieden, so daß die beobachtete Verdrehung das mittlere Drehmoment anzeigt.The pot is filled with a highly viscous liquid. This causes a strong viscose braking, when the housing 21 tends to move quickly with respect to the body 14. In which Torque meters according to the invention are rapid angular rotations between the shoulder 13 and the flange 12 caught by torsion of the central shaft 32; corresponding movements of the body 14 and the housing 21 are avoided, so that the observed rotation is the mean Torque.

Es wurde festgestellt, daß es wichtig ist, Dämpfungsmittel zu vermeiden, bei denen irgendeine erhebliche mechanische Reibung auftritt. Es ist zweckmäßig, die notwendige Dämpfung ausschließlich durch eine Viskoseflüssigkeit zu erzielen.It has been found that it is important to avoid dampening means which are any substantial mechanical friction occurs. It is advisable to use the necessary damping exclusively to be achieved by a viscose liquid.

Das Trägerglied 52 weist einen zapfenförmigen Teil 53 auf, der die Hülse 37 umgibt und ein Nadel-The support member 52 has a peg-shaped part 53 which surrounds the sleeve 37 and a needle

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lager 54 trägt, auf dem ein hohles äußeres Glied 55 sitzt. Das Glied 55 ist durch einen Satz Schrauben 34 an dem Ende der Röhre 35 befestigt. Es zentriert also die Scheibe 33, den Zapfen 42 und die Lager 40, 41 sowie die Hülse 37 und hält den Trommelteil 45 der Dämpfungsmittel in koaxialer Lage gegenüber dem Topf 48.bearing 54 carries on which a hollow outer member 55 sits. The link 55 is secured by a set of screws 34 attached to the end of the tube 35. It thus centers the disk 33, the pin 42 and the bearings 40, 41 and the sleeve 37 and holds the drum part 45 of the damping means in a coaxial position with respect to the Pot 48.

An Stelle der Flüssigkeitsdämpfung können auch andere Dämpfungsarten, beispielsweise eine Wirbelstromdämpfung, treten.Instead of liquid damping, other types of damping can also be used, for example eddy current damping, step.

Claims

Patent claims:

1. Torque meter with a central shaft and an equiaxed shaft, the central one Shaft with play surrounding hollow shaft, in which a shaft is affected by the torque to be measured is stressed on torsion, while the other remains unloaded by this, and in which both shafts firmly connected at one end and against each other at the other end twistable and with a device for damping torsional vibrations between the waves, as well as with measuring elements for Detection of the angular caused by the transmitted torque at this point Rotation of the loaded versus the unloaded shaft are provided, characterized in that that the unloaded shaft

(32) has a lower torsional stiffness than the shaft (10) loaded by the torque.

2. Torque meter according to claim 1, characterized in that the central shaft (32) is coaxially surrounded by a sleeve (37) to protect against bending and that the sleeve (37) fixed at one end and connected to the central shaft (32) at the other end by a bearing (41) is.

3. Torque meter according to claim 1 or 2, characterized in that the central shaft

(32) is firmly connected to the sleeve (37) at that end at which the measuring element (21, 22, 23, 26) is attached, and that it carries a flange (33) at its other end, which with the hollow Shaft (10) is connected, the sleeve (37) having axially protruding parts (38) which are free through holes (39) provided in the flange (33) and which are located on part of the Bearing (41) attached and opposite the flange

(33) are relatively rotatable.

Considered publications:

German Patent No. 683 054;

German patent application D 5770 IXb / 42 k (announced on August 14, 1952);

French patent specification No. 1051546,
093.

1 sheet of drawings