DE1473541C - Einrichtung zum elektrischen Messen der Belastung einer rotierenden Welle - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung beispielsweise etwa dem doppelten Wellendurchmes-

zum elektrischen Messen der Belastung einer rotie- ser zwischen den Meßquerschnitten zur Verfügung

renden Welle mittels eines mit der Welle umlaufen- steht, mit einer Meßgenauigkeit am Anzeigeinstru-

den Luftspaltmodulators, der an zwei den Abstand ment von mindestens einem Prozent zu messen, wo-

der Verwindungsquerschnitte begrenzenden, mit der 5 bei die Meßgenauigkeit auch bei sich stark ändern-

Welle einstückig verbundenen Ringflanschen be- den Betriebsbedingungen gewährleistet sein soll. Der-

festigt ist. artige Anforderungen liegen beispielsweise bei der

Einrichtungen der vorstehenden Art sind bekannt. Messung von Drehmomenten an Propellerwellen von Bei ihnen wird die Belastung der Welle dadurch ge- Unterseebooten und an Propellerwellen im Flugzeugmessen und als äquivalenter elektrischer Wert dar- io bau, insbesondere bei Hubschraubern, vor.
gestellt, daß die Belastung der Welle in eine äquiva- Die vorstehende Aufgabe löst die Erfindung dalente Länge umgesetzt und zur Erzeugung einer ent- durch, daß die beiden Ringflansche mit der Welle aus sprechenden Induktion in dem Luftspaltmodulator einem vollen Werkstück aus homogenem Material benützt wird, der eine dem Meßwert äquivalente elek- herausgedreht sind und der Stator des Luftspaltmotrische Spannung abgibt, die mittels eines Meßin- 15 dulators am einen Ringflansch und die in der Mitte struments angezeigt wird. des Luftspaltes liegende Modulatorzunge am anderen

Der besondere Vorteil von Einrichtungen nach dem Ringflansch derart befestigt sind, daß bei Belastung Gattungsbegriff besteht darin, daß bei ihnen im der Welle die Modulatorzunge bezüglich des Stators Gegensatz zu anderen bekannten Einrichtungen für im Ausmaß der Verschiebung der Wellenquerschnitte den gleichen Zweck, bei denen die Welle aufgetrennt so direkt aus der Luftspaltmitte heraus verschoben wird, und in die Trennstelle ein Torsionsstab von definier- Die erfindungsgemäßen Merkmale haben die Wirter Länge und von definiertem Querschnitt eingesetzt kung, daß keinerlei Hysteresis auftritt und die Fehist oder bei denen an Stelle eines solchen eingesetz- ler durch Temperaturänderungen so gering bleiben, ten Torsionsstabes die Welle über eine definierte daß die geforderte Meßgenauigkeit erreichbar ist. ZuLänge einen kleineren Querschnitt aufweist, solche 25 dem gewährleistet die erfindungsgemäße Art der Anstets eine Schwächung der Welle darstellende Tor- bringung des Luftspaltmodulators, daß dessen Zunge sionsstrecken entfallen können. Eine Querschnitts- zwangsweise und völlig spielfrei durch den Flansch verminderung an einer Welle ist häufig unerwünscht bewegt wird, die Abweichung der Zunge von der und in manchen Fällen sogar undurchführbar, wenn Luftspaltmitte der Verdrehung der Meßquerschnitte ζ. B. Sicherheitsgründe dagegen stehen oder wenn das 30 im Bogenmaß also genau gleich ist, so daß sich auch Wellenmaterial bis nahe an die Fließgrenze belastet an dieser Stelle keine Fehler einschleichen können, ist. Dies kann in der Luftfahrtindustrie der Fall sein, Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, wo zur Gewichtsverminderung die Wellen als dünn- daß der Stator des Luftspaltmodulators fest auf einer wandige Rohre ausgebildet werden, deren Dünnwan- auf den einen Ringflansch aufgezogenen Hülse sitzt digkeit außerdem die Eigenschwingungszahl so hoch 35 und die Modulatorzunge verschiebbar an einer auf hinaufsetzt, daß die Nenndrehzahl weit unterhalb der den anderen Ringflansch aufgezogenen Hülse ankritischen Drehzahl liegt. gebracht ist, die eine Mikrometerschraube zur Justie-

Bei den bekannten Einrichtungen nach dem rung der Zungenlage im Luftspalt aufweist, und daß

Gattungsbegriff sind die Ringflansche dadurch ein- Mittel zum Anbringen eines Meßtasters zur Kontrolle

stückig mit der Welle verbunden, daß sie mit dieser 40 der Justierung vorgesehen sind,

verschweißt sind. Dies führt dazu, daß wegen der Der Luftspalt des Luftspaltmodulators ist vorzugs-

Inhomogenität des Materials an der Schweißstelle und weise entweder parallel oder quer zur Wellenachse

wegen der beim Schweißen, in das Material ein- ausgerichtet.

gebrachten Unstetigkeiten und niemals ganz zu be- Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird an seitigenden Spannungen bei hoch belasteten, insbe- 45 Hand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichsondere dünnwandigen Hohlwellen bei Dreh- nung zeigt

richtungsänderung trotz der einstückigen Verbindung F i g. 1 einen Axialschnitt durch die Einrichtung

eine gewisse Hysteresis auftritt. Auch sind die "Feh-, an einer Hohlwelle,

ler durch Temperaturänderungen im Falle auf- Fi g. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. I,

geschweißter Flansche oft so groß, daß sie die Größe 50 Fig. 3 einen Grundriß zu Fig. 2, teilweise ge-

der Meßgröße selbst erreichen. Darüber hinaus hat schnitten nach der Linie A-A.

es sich gezeigt, daß wegen der Verwindungsdehnung In den Figuren sind gleiche Teile mit gleichen Hin-

bei Temperaturänderungen sogar gezogenes Rohr für weiszeichen versehen.

die Welle nicht verwendbar ist, weil die Verwindungs- Die Einrichtung zum elektrischen Messen des

dehnung durch die Temperaturänderung in der 55 Drehmomentes befindet sich an einer mit Bezug auf

Größenordnung der Meßgröße selbst liegt. ihren Durchmesser dünnwandigen Hohlwelle 11.

Aus den vorstehend angegebenen Gründen konn- Die Verwendung derartiger Hohlwellen ist in der

ten die bekannten Einrichtungen nach dem Guttungs- Flugzeugindustrie gebräuchlich. Diese Hohlwelle hat

begriff, die an sich dadurch, daß sie keine Quer- zwei Ringflansche mit je einem zylindrischen Ring

Schnittsverminderung an der Welle voraussetzen, für 60 12 bzw. 14 von größerem Durchmesser als das Rohr,

viele Anwendungen sehr vorteilhaft sind, dort nicht der durch einen radial stehenden Steg IJ bzw. 15

eingesetzt werden, wo es auf eine hohe Meßgenauig- mit der Hohlwelle 11 verbunden ist. Diese beiden

keit ankommt. Ringflansche bilden mit der Hohlwelle eine Einheit

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe be- aus homogenem Material. Die Hohlwelle kann so

steht darin, Einrichtungen nach dem Gattungsbegriff 65 hergestellt werden, daß man sie spanabhebend aus

so zu verbessern, daß mit ihnen das Drehmoment an einem vollen Zylinder dreht oder auch indem das

mit hoher Drehzahl rotierenden Wellen, die hoch be- Rohr II, die beiden Stege 13, 15 und die beiden

lastet sind und von denen nur ein kurzes Stück von Ringe 12, 14 aus gleichem Material hergestellt und

dann miteinander verschweißt werden. Der lichte Abstand zwischen den beiden Stegen 13, 15 ist die für die Drehmomentmessung zu berücksichtigende Torsionslänge.

Auf dem zylindrischen Ring 12 des linken Ringflansches sitzt fest eine Hülse 16, und auf dem zylindrischen Ring 14 des rechten Ringflansches sitzt fest eine Hülse 17. Die beiden Hülsen 16, 17 sind gegeneinander gerichtet. An der Hülse 16 ist ein Träger 18 mittels Schrauben 19 befestigt, welcher den festen Teil des Luftspaltmodulators 20 trägt. An der Hülse

17 ist ein Träger 21 mittels Schrauben 22 befestigt, welcher den beweglichen Teil des Luftspaltmodulators trägt. Auf den beiden Hülsen 16, 17 sitzen je der rotierende Teil eines Drehübertragers, bestehend aus einem Ferritring 23, in dessen Nut eine Wicklung 24 liegt. Dem rotierenden Teil liegt je ein feststehender Teil mit einem Ferritring 25 gegenüber, in dessen Nut eine Wicklung 26 liegt. Die beiden festen Ferritringe 25 sitzen in einer zylindrischen Hülse 27, die fest am Gehäuse 28 sitzt. Auf jedem der beiden Ringflansche 12, 14 sitzt ein Haltering 29, welcher den Ferritring 23 hält. Neben diesem Haltering sitzt der innere Lagerring eines Kugellagers 30. Im Gehäuse 28 sitzt zu beiden Seiten der Hülse 27 je eine Dichtungsscheibe 31, welche das Eindringen von Fett in den Meßraum verhindert. Diese Dichtungsscheibe ist von einer Hülse 32 gehalten, in welcher der äußere Lagerring des Kugellagers sitzt. Das Gehäuse 28 ist zu beiden Seiten durch einen Deckel 33 verschlossen, dessen innerer Rand bis nahe an den Ringflansch 12 bzw. 14 reicht und das Eindringen von Staub verhindert. In jedem Deckel 33 ist ein unter dem Druck von Federn 34 stehender Druckring 35 eingelegt, der gegen den äußeren Kugellagerring drückt und das Kugellagerspiel frei hält. Am Gehäuse sitzt ferner ein Steckeranschluß für die elektrischen Zuleitungen.

Aus den F ig. 2 und 3 sind der Luftspaltmodulator und seine Befestigung deutlich sichtbar. Der Träger

18 hat zwei parallele, scheibenförmige Fortsätze 40, an die auf der Innenseite je ,eine Büchse 41 angenietet ist. In dieser Büchse 41 sitzt der Modulatorkern, der a.us einem Ferritkern 42 mit ringförmiger Wicklung 43 besteht, wobei der Ferritkern 42 in einer in die Büchse 41 passenden Büchse 44 sitzt und auf der Außenseite von einem Kunstharzmantel 45 umgeben ist. Im Ferritkern ist eine Gewindebüchse 46 eingelassen, in welche eine von außen durch den Trägerfortsatz 40 geführte Befestigungsschraube 47 eingeschraubt ist.

Zwischen den beiden Modulatorkernen befindet sich die Modulatorzunge 50, die in der Mittelebene gespalten ist. Das verdickte Hinterteil 51 der Zunge ist prismatisch ausgebildet und geschliffen und sitzt in einer Ausnehmung 52 des Ziingenträgers, in welchem es seitlich verstellbar geführt ist. Zum seitlichen Verstellen der Zunge 50 sitzt das Zungenhinterteil 51 auf einer im Zungenträger 21 gelagerten Schraubenspindel 53, die auf der einen Seite einen Stellring 54 und auf der anderen Seite ein Schneckenrad 55 trägt, das mit einer Schnecke 56 kämmt, deren Schaft 57 durch den Steg 15 des Ringflansches hindurchgeführt ist und somit von außen verstellt werden kann. Die Zunge 50 kann mittels der Schraube 58 in der eingestellten Lage festgeklemmt werden. Im Zungenträger 21 ist ferner ein Gewindeloch 59 in Querrichtung vorgesehen zum Hinsetzen eines Meßtasters, dessen Taststift an der Zunge anliegt, um die Zunge zu Eichzwecken verstellen zu können. Wenn die Welle 11, die mit großer Geschwindigkeit dreht, belastet wird und somit ein Drehmoment überträgt, verdrehen sich die beiden Ringflansche 12, 14 gegeneinander, wobei der Verdrelnmgswinkel dem Drehmoment proportioneil ist. Infolge dieser Verdrehung verschiebt sich die Modulatorzunge 50 aus der Mitte des Luftspaltes zwischen den Ferritkernen

ίο 42 des Luftspaltmodulators und ändert dadurch die Induktivität in seinen Wicklungen 43. Die Erregerspannung wird über den einen Drehübertager zugeführt, und die Meßspaninmg wird über den andern Drehübertrager zur elektrischen Anzeigevorrichtung übertragen.

Da die Zungenverschiebung im Luftspalt direkt mit der Wickelverdrehung der Ringflansche übereinstimmt und ohne Übersetzung erfolgt, sind die Luftspaltänderungen sehr klein, d. h. in der Größen-Ordnung von tausendstel Millimeter. Die gezeigte Einrichtung kann hinreichend genau eingestellt werden, und infolge der erfindungsgemäßen Maßnahme, daß die Ringflansche mit der Welle eine Einheit aus homogenem Material bilden, erfolgen Drehrichtungswechsel ohne Hysteresis. Dies ist wesentlich, da bei bisher bekannten Einrichtungen mit an der Welle befestigten Flanschen oder Träger eine Hysteresis von einigen tausendstel Millimetern nicht zu vermeiden war, die hier das Meßresultat vollständig fälschen würde.

Im gezeigten Beispiel ist tier Luftspaltmodulator so eingebaut, daß der Luftspalt parallel zur Wellenachse liegt. Wenn der Luftspaltmodulator mit anderen Haltern so eingebaut wird, daß der Luftspalt quer zur Wellenachse liegt, kann die Einrichtung zur Dehnungsmessung benutzt werden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum elektrischen Messen der Belastung einer rotierenden Welle mittels eines mit der Welle umlaufenden Luftspaltmodulators, der an zwei den Abstand der Vcrwindungsquerschnitte begrenzenden, mit der Welle einstückig verbundenen Ringflanschen befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Ringflansche (12, 13; 14, 15) mit der Welle aus einem vollen Werkstück aus homogenem Material herausgedreht sind und der Stator (42, 43) des Luftspaltmodulators (20) am einen Ringflansch (12, 13) und die in der Mitte des Luftspaltes liegende Modulatorzunge (50) am anderen Ringflansch (14. 15) derart befestigt sind, daß bei Belastung der Welle (11) die Modulatorziinge (50) bezüglich des Stators (42, 43) im Ausmaß der Verschiebung der Welleiu|iierschnitte direkt aus der Luftspaltmitte heraus verschoben wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (42, 43) des LuFtspaltmodulators fest auf einer auf den einen Ringflansch (12, 13) aufgezogenen Hülse (16) sitzt und die Modulatorziinge (50) verschiebbar an einer auf den anderen Ringflansch (14, 15) aufgezogenen Hülse (17) angebracht ist, die eine Mikrometerschraube (53) zur Justierung der Zungenlaut im Luftspalt aufweist, und daß Mittel (59) /um Anbringen eines Meßtasurs /ur Kontrolle der Justierung vorgesehen sind.

3. Einrichtung iLich Anspruch 2 zur Dich-

momentmessiing, dadurch gekenn7.eichnet, daß der Luftspalt des Luftspaltmodulators (20) parallel zur Wellenachse ausgerichtet ist.

4. Hinrichtung nach Anspruch 2 zur Schubmessung, dadurch gekennzeichnet, daß der Luft- S spalt des Luftspaltmodulators (20) quer zur Wellenachse auscerichtct ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen