DE1573427A1 - Drehmomentmessvorrichtung - Google Patents

Description

• Drehmomentmef3vorrichtung Die Erfindung be zieht sich auf eine Drehmomentmeßvorrichtung, insbesondere für schnellaufende Maschinen, vorzugsweise für Pumpen und Turbinen, z. B. von Raketentriebwerken, in Form einer zwischen den Enden zweier stehender oder umlaufender Wellen eingebauten Kupplung mit einem Torsionselement, durch dessen Verdrehung eine nachgeschaltete Meßeinrichtung angetrieben bzw. beeinflußt wird.
• Es ist bekannt, Torsionsstäbe, die als Meßwelle ausgebildet sind, zur Messung von Kräften und Drehmomenten zu verwenden, wobei der Torsionswinkel des Stabes ein direktes Maß für das auftretende Drehmoment ist. Der Torsionswinkel kann elektrisch, optisch oder durch mechanische Übertragung auf einen Stellring und hierdurch beeinflußte mechanische, elektrische, optische, pnetlmatische oder hydraulische Elemente gemessen werden. Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Anordnungen liegt darin, daß die Meßwelle, um einen brauchbaren Torsionswinkel zu erhalten, eine gewisse Länge aufweisen muß, die in die Baulänge der Maschine oder der Maschinen eingeht, was iii bestimmten Fällen nachteilig ist. Durch ihren Aufbau bedingt erfordern die bekannten Drehmomentnleßvorrichtungen beim Einbau oftmals ein Auseinanderrücken -von Antriebsaggregat und angetriebener Maschine, z. B. einer Wirbelbremse, und damit eine Änderung des Versuchsaufbaues. Das aber bringt meistens unerwünschte Veränderungen von Maschinenkennwerten, wie z. B. der kritischen Drehzahl und des Schwingungsverhaltens, was man besonders bei schnellaufenden Maschinen zu vermeiden sucht.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die bei den bekannten Drehmomentmeßvorrichtungen auftretenden Nachteile zu vermeiden und insbesolldere eine extrem kurz bauende Drehmomentmeßvorrichtung zu schaffen.
• Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine zwischen den beiden Wellenenden vorgesehene Kupplungseinrichtung mit einem senkrecht zu octen Wellenachsen angeordneten Torsionselement. Durch die Erfindung NVild eine extrem kurze Baulänge der Drehmomentmeßvorrichtung erreicht. Zudem er -gibt sie einen für die Messung erforderlichen großen Torsionswinkel, wie er sonst nur bei längs eingebauten Meßwellen erzielt wird. Außerdem kann die vorgeschlagene Drehmomentmeßvorrichtung anstelle einer normalerweise notwendigen Kupplung eingebaut w werden. Ferner weist die Erfindung einen einfae hen Aufbau mit weni gen, leicht und billig herzu stellenden Bauteilen auf.
• In Ausgestaltung der Erfindung besteht die Kupplungseinrichtung der Drehmomentmeßvorrichtung aus einem als Torsionselement dienenden prismatischen flachen Stab, dessen Längsachse und Hochachse senkrecht zu den Wellenachsen verlaufen und aus an jeder Stirnseite des Stabes vorgesehenen doppelarmigen Hebeln, deren Enden drellbeweglich mit den beiden Wellenenden unmittelbar oder mittelbar, z. B. über auf den Wellenenden befestigte ringförmige Mitnehmer gekoppelt sind.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung sind an den einem der beiden Mitnehmer zugewandten Enden der doppelarnligen Hebel Stellmittel zur Betätigung eines auf einem der Mitnehmer in Achs- oder Umfangsrichtung beweglich angeordneten Stellringes vorge sehen.
• Um eine unerwünschte Verschiebung des Stellringes und damit Meßfehler zu vermeiden, wird ferner vorgeschlagen, zentral an einem der Mitnehmer einen Zapfen anzuordnen, der den axialen Abstand zwischen den beiden Mitnehmern fixiert und der gleichzeitig die Kupplungseinrichtung zentriert.
• Möglichkeiten zur Messung und Feststellung des Drehmoments im Rahmen der Erfindung sind in Unteransprüchen enthalten und werden in der Zeichnungsbeschreibung näher erläutert.
• In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele und Einzelteile dargestel3t.
• Es zeigen: Fig. 1 einen axialen Schnitt durch zwei Wellenenden und die Drehmomentmeßvorrichtung, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht nach Fig. 1, Fig. 3 eine Kupplungseinrichtung der Drehmome ntmeßvorrichtung nach Fig. 1 und 2, Fig. 4 einen axialen Schnitt eines anderen Ausführungsbeispiels mit kapazitiver oder induktiver Abtastung der Stellung des Stellringes, Fig. 5 eine Schaltslüzze zu Figur 4, Fig. G die Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels, Fig. 7 eine Kupplungseinrichtung der Drehmomentmeßvorrichtung nach Fig. 6.
• Die gezeigte, Drehmomentmeßvorrichtung besteht im wesentlichen aus je einem auf jedem Ende la und 2a der beiden zu verbindenden Wellen 1 und 2 befestigten Mitnehmer 3 bzw. 4 und einer zwischen diesen angeordneten und mit ihnen verbundenen Kupplungseinrichtung in Form eines prismatischen Torsionsstabes 5 mit zwei doppelarmigen Hebeln 6 und 7, die in entsprechende Nuten der beiden Mitnehmer-3 und 4 eingreifen, und aus Anzeige-bzw. Übertragungseinrichtungen. Auf einem der beiden Mitnehmer 3 oder 4, im vorliegenden 7 all auf dem Mitnehmer 4, ist ein Stellring 9 axial verschiebbar angeordnet, der durch Zapfen 8 und 10 betätigt wird. Die Zentrierung des Torsionsstabes 5 sowie die Fixierung des axialen Abstandes der beiden Mitnehmer 3 und 4 zueinander übernimmt ein Zentrierzapfen 44.
• Angenommen, die Welle 2 treibt an und dreht sich in Pfeilrichtung X, dann werden bei Auftreten eines Drehmomentes die beiden hebel 6 und 7 durch die Mitnehmer 3 und 4 in Pfeilrichtung Y unter Verwindung des Torsionsstabes --5 verdreht. Diese Drehung wird durch die Zapfen 8 und 10, durch im Stellring 9 vorgesehene Schrägnuten 13 und 14 sowie eine axiale Nut 12 mit Hilfe eines im Mitnehmer 4 eingesetzten Stiftes 11 in eine axiale Verschiebung des Stellringes 9 umgewandelt. Diese Verschiebung ist ein Maß für das herrschende.
• Drehmoment und ist beispielsweise durch ein Schauloch 15 auf einer Skala 16 abzulesen, wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist.
• Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, « bei dem die axiale Verschiebung des Stellringes 9 auf induktive oder kapazitive Fühler 17 und 18 einwirkte die durch Stellschrauben 19 und 20 gehalten sind. Wie aus Fig. 5 hervorgeht, sind die Fühler 17 und 18 als Blindwiderstände 21 und 22, beispielsweise in eine durch Wirk- oder Blindwiderstände 23 und 24 ergänzte Brücke B geschaltet, die an Klemmen 25 und 26 durch einen nicht dargestellten Wechselspannungsgenerator gespeist wird. An weiteren Klemmen 27 und 28 entsteht bei unsymmetrischer Stellung des Stellrings 9 zu den beiden Fühlern 17 und 18 eine Wechselspannung, die über Leitungen 29 und 30 zu einem Anzeige--oder Registriergerät 31 übertragen, dort einen Ausschlag bewirkt, der ein Maß für das Drehmoment darstellt.
• Ein weiteres Ausführungsbeispiel zeigen Fig. 6 und 7. Hierbei sind an den doppelarmigen Hebeln 6 und 7 Verlängerungshebel 32 und 33 angebracht, die beispielsweise über eine Stange 34 den Stellring 9 verstellen. Man erreicht durch diese Hebelübersetzung größere Auslenkungen des Stellringes 9 und damit eine erhöhte Meßgenauigkeit.
• In Fig. 2 sind weitere Möglichkeiten der Abtastung der Lage des Stellringes 9 von gezeigt, der in Abweichung/der Darstellung in diesem Fall in Umfangs richtung beweglich anzubringen ist. Hierbei sind auf dem Mitnehmer 4 eine Bezugsmarkierung 35 und auf dem Stellring 9 eine Markierung 36 befestigt, und zwar so, daß sie ohne Drehmoment axial hintereinanderliegen. In die Nähe dieser Mar kierungen ragt ein Kern 37 einer Induktionsspule 38> in der bei umlaufender Drehmomentmeßvorrichtung Spannungsimpulse induziert werden die über Leitungen 39 und 40 auf ein Oszilloskop 41 oder einen iiicht dargestellten elektronischen Kurzzeitmesser übertragen werden. Tritt ein Drehmoment auf, dann wird die Bewegung des Stellringes 9 in Umfangsrichtung als zeitlicher Abstand der von den Markierungen 35 und 36 erzeugten Impulse angezeigt.
• Eine andere Möglichkeit der Abtastung der Lage des Stellringes 9, der in diesem Fall wieder axial verschiebbar angebracht ist, zeigt ebenfalls Fig. 2. Hierbei sind auf dem Stellring 9 zwei Markierungen 42 und 43 in Achsrichtung V-förmig angebracht. Diese erzeugen ebenfalls beim Vorbeilaufen am Kern 37 in der Induktionsspule 38 Spannungsimpulse, deren zeitlicher Abstand von der axialen Lage des Stellringes 9 und damit vom Drehmoment abhängt.
• Drehzahlunabhängigkeit des angezeigteil Wertes bei den beiden letzteren Verfahren wird über nicht dargestellte, an sich bekannte Hilfsmittel erreicht, durch welche die Zeitbasis des Oszilloskops 41 bzw. des elektronischen Kurzzeitmessers durch die Drehzahl der Wellen 1 oder 2 erzeugt oder gesteuert wird. - Patentansprüche -

Claims (16)

1. Patentansprüche 1. Drehmomentmeßvorrichtung, insbesondere für schnellaufende Maschinen, vorzugsweise für Pumpen und Turbinen z. B. von Raketentriebwerken, in Form einer zwischen den Enden zweier stehender oder umlaufender Wellen eingebauten Kupplung mit einem Torsionselement, durch dessen Verdrehung eine nachgeschaltete Meßeinrichtung angetrieben bzw. beeinflußt wird, g e k e n n z e i c h n e t durch eine zwischen den beiden Wellenenden vorgesehene Kupplungseinrichtung mit einem senkrecht zu den Welleiiachseii angeordneten Torsionselement.
2. 2. Drehmomentmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z c c h ne t, daß die Kupplungseinrichtung aus einem als Torsionselement dienenden, prismatischen flachen Stab (5), dessen Längsachse (L) und Hochachse (H) senkrecht zu den Wellenachsen verlaufen; und aus an jeder Stirnseite des Stabes (5) vorgesehenen doppelarmigen Hebeln (6 und 7) gestellt, deren Enden drehbeweglich mit den beiden Wellenenden (la uiid 2a) unmittelbar oder mittelbar gekoppelt sind.
3. 3. Drehmomentmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gek e n n z ei c h -n e t, daß als Torsionselement ein im Querschnitt runder Drehstab mit an beiden Enden starr befestigten doppelarmigen Hebeln vorgesehen ist.
4. 4. Drehmomentmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gek e nn z ei c h -n e t, daß als Torsionselement eine Schraubenfeder mit an beiden Enden starr befestigten cloppelarmigen Hebeln vorgesehen ist.
5. 5. Drehmomentmeßvorrichtung nach Anspruch 1 und einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch g e k e n n z e i c h ii e t, daß die Kupplungseinrichtung- einteilig ausgebildet ist.
6. 6. Drehmonlentmeßvorríchtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch g e k e n n -zeichnet, daß an beiden Wellenenden (1a und 2a) besondere Mitnehmer (3 uiid 4) befestigt sind, mit denen das Torsionselement (5) bzw. die doppelarmigen Hebel (6 und 7) schwenkbar verbunden sind.
7. 7. Drehmomentmeßvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennz eichnet daß in den beiden Wellenenden (1a und 2a) oder in den Mitnehmern (3 und 4) zur Aufnahme der doppelarmigen Hebel (6 und 7) Aussparungen vorgesehen sind.
8. 8. Drehmomentmeßvorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gek e nn -z e i c h n e t, daß an den einem der beiden Mftnehmer (3 oder 4) zugewandten Enden der doppelarmigen Hebel (6 und 7) Stellmittel (8 und 10) zur Betätigung eines auf einem der Mitnehmer (3 oder 4) in Achs- oder Umfangs richtung beweglich angeordneten Stellringes (9) vorgesehen sind.
9. 9. Drehmomentmeßvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge e n nz eic -net, daß an den entsprechenden Enden der doppelarmigen Hebel (6 und 7) als Stellmittel Betätigungsbolzen (8 und 10)-vorgesehen sind, die in an sich bekannter Weise in Kulissen oder Nuten (13 und 14)-des Stellringes (9) eingreifen.
10. 10. Drehmomentmeßvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß an den Enden des Torsionsstabes (5) bzw. an den beiden doppelarmigen Hebeln (6 und 7), insbesondere in Umfangsrichtung sich erstreckende Arme (32 und 33) vorgesehen sind, die den Stellring (9) unmit-telbar oder mittelbar, z. B. über Stangen (34), antreiben.
11. 11. Drehmomentmeßvorricbtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß zentral an einem der Mitnehmer (3 und 4) ein Zapfen (44) angeordnet ist, der den axialen Abstand zwischen den beiden Mitnehmern (3 und 4) fixiert und der gleichzeitig die Kupplungseinrichtung zentriert.
12. 12. Drehmomentmeßvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehellden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, daß der Stellring (9) selbst als Anzeiger dient bzw. einen Zeiger trägt, der an einer in bezug auf den entsprechenden Mitnehmer (3 oder 4) in Verschiebungsrichtung des Stellringes (9) festen Skala (16) das jeweilige Drehmoment anzeigt.
13. 13. Drehlllolllentllleßvorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergebenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen oder - zwecks Linearisierung des Verhällnisses zwischen Drehmoment und Anzeige - mehrere induktive oder kapazitive Fühler (17 und 18), die die Lage des Stellringes (9) über eine elektrische Schaltung, insbesondere eine Brückenschaltung (13), auf ein Anzeige- oder Registriergerät (31) übertragen.
14. 14. Drehmomentmeßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer in Umfangsrichtung beweglichen Anordnung des Stellringes (9) auf diesem und auf dem entsprechenden Mitnehmer (4) oder der- entsprechenden Welle (2) je eine oder mehrere optisch, induktiv oder kapazitiv abtastbare Markierungen (36) und Bezugsmarkierungen (35) vorgesehen sind.
15. 15. Drehmomentmeßvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch g e k e n n z e i c h -n e 1, daß die auf dem Stellring (9) und dem entsprechenden Mitnehmer (4) angebrachten Markierungen (36) und Bezugsmarkierungen (35) als magnetische Unwuchten ausgebildet und zum Abtasten derselben feststehende Fühler (37, 38) in Form einer Induktionsspule (38) mit oder ohne Kern (37) angeordnet sind.
16. 16. Drehmomentmeßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennz eichnet, daß bei einer in Achsrichtung verschiebbaren Anordnung des Stellringes (9) auf diesem V-iörmig in Achsrichtung angeordnete Markierungen (42, 43) vorgesehen sind. L e e r s e i t e