DE1648423A1 - Drehmomentmessung an sich drehenden Wellen - Google Patents

Description

CONTINENTAL ELEKTROINDUSTRIE AKTIENGESELLSCHAFT

JKANIA-WERKE kiK&ßj BERLiM-MARIENDORP

ßs i. £f off '»/B Le > 7, L2o 1967

au »loh drohenden. Wellen

ölö iSi/Hudiing bezieht aioh auf ein© Einrichtung zur

an. eich drehenden Wellen durch Moo- ? nlcöliJ zvidachen iswöi Im fixialon Ab-

afc mal joii*ilii&ntier galegeaaa Quyi'öchnliifeön der Welle ra.U iilnam auf der ffel.1« bsalOiibigbön uml inib ihr -il.ukirriuchs.m Win^^lwoi'fegeber aui* Meatiung

uud o.lrier Vorriohtarig 2sur aohleifring ffolori Übe rt;ragtung elskbrlooher Wechsels tröuie oder ■«■0£iammngi.m Kwidohen dor V/ella und ortsfesten. Bitirich.-bungnben iia.nd'be±i an«

Die lirn.ndung basweclci; e«, eine einfache und genau arbf>L!;i;m]i> achLolfritigfTel ausgeführta anaug»b>.»Ki₇ uiv ü gonbatfeel;, das τυη eich Wellen» inwb»ooLid»ro voa SehLffewöllen, U

o I. riiio^ofüiii-ho Meoaöiiirlohinmgßii dieser Arfc sind aa «i.ch bekarmh. Si© iVigRiea sloh jedoch häufig nJ.ohu zur Meeoup./i: a»i 'Hallen gi'öeaeran Dux*ohmesaörB oder sincl sohwU-rlg au k«.l3.brieren-.

i^!!ß war tlühor kulgabe doc iircfimiung,, ο I. nt* «chle Lf ringfrei auBsu/iihretidii J>raht».omentraö8üQinriohtmiig azizugeban, welche ar; Welle ■. beliebigen DurohmesBers ohne besonderen Aufwand zur Mensung benutzbar :>at und deren Eichung auf statischem Wege möglich iat.

Der Erfindung entsprechend wird eine Einriohtuog eingangs näher bezeichneten Art, vorgeschlagen, welche

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^UU1J BADORIGINA^ -

2 ~ 16 A B 4 2

π loh durch dia Vereinigung der nachfolgend angegebenem Merkmale kennzeichne ί;:

»I ale !torsional inkelweriigQbar lot ein In einer Woch-

Tor irüber, «»Lcher auf Lageändarungen ueluer olnamlar bewogl Lnhau ö«atarid-boilo annprlohtij

b) dor Wechaaiohi-ominüßnohaLSiUnf; da« Geber« Luc el tu» Wtichtmlopaunung mit ainea Phaüoinvinkel oüor olne?» Ft:eq.uetti5 eatnuhmbar, fiolohö rai.5; dea 'Jforslo varlabol ißt,

ü) die Γ·. eioetipüunang für ilmi Toraioaawinkfilgebei oiibtoLa β Um« mlb der Welle rcH;i«ronden Oa OX'Z(IUg t,

<i) die dur Moij;)t!haliaiiig dea Wluiculwertgebera

bar« HeuewuehnoLepannung Ist mlfcbels ein»β mLfc rt)fci;;i'iiud«n Vücotiiyfcai'o YorsfcUrfct,

β] dl© SpeJagldLiihiipnnuungttu, für den Oscillator und für dun Verstärker «lud dieatm Vorrieht.ung»n von oiiiü.t' mit Oov Wöllu rofclürrendmi Glaiohrißhfrervoi*- r tohtung smga fühx* t..

f j die Qleiohriohtervor.fichbung ist mibbelo einer Hochfrequonsiwaohoelapannung gespeist und

gj die Hochfrequtmzwechuslapamiung lsi; der torvorrichtung und dLe Mooawechoelaparmung einer ortsfest verbleibenden, die Frequenz oder den Pr¹A-aenwlakel dieaer Spannung anzeigenden Mesavorrichtung Über kapazitive oder induktive Übertragungsmittel, die sswlaohen der Wel}e und ortafeaten Teilen der Elnrlohtung angeordnet aind, aohleifringfrei angeführt* 1098 15/0305 , [4111]

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Die anliegenden Keichnungen dienen jsut Erläuterung der

Pig« 1 se ^t den mechanise heu Aufbau, fines bevorzugten Ausführungsbeispiels - teilweise geschnitten. - in einer Seitenansicht,. Fig. 2 selgt einen l'eil eines Schnitte durch die Darstellung der Figo 1 in Hiohtung ΙΪ-ΙΙ, Figo 3 zeigt einen entsprechenden Schnitt in Sichtung IZI-III. Figo 4 erläutert die mechanische Ausbildung des in der Einrichtung nach Figo 1 vorgesehenen elektrischen Abgriffe, in Richtung IV-IV betrachtet, Figo 5 erläutert die elektrische Ausbildung der Einrichtung nach der Erfindung an Hand eines Blockschaltbildes.

ISa bezeichnet 1 eine Schiffswelle. Mit 2 iet ein metallischer Lagering bezeichnet _v der an zwei um 180° an seinem Umfang versetzten Stellen geteilt ist und über Schraubverbindungen, z.B. 3? an den beiden 'üeilungsfugen wieder zu einem voll ständigen. Ring verbunden iat. Der Hing 2 1st durch radial zur Welle 1 ausgerichtete und ihn durchsetzende Schrauben 4 fest auf die »^relle 1 aufgespannt und rotiert mit ihr. Mit 5 ißt ein gleiter Lagering bezeichnet, der ebenfalls aus awei über Schraubverbindungen miteinander verbundenen Halbringen besteht» Er ist durch radial zur Welle 1 angeordnete und ihn durchsetzende Schrauben 8 in vorgegebenem axialen Abstand vom Hing 2 auf die Welle aufgespannt tmd rotiert mit.ihr«

Mit 10 sind eine Anzahl sich in Richtung der Längsachse der Welle 1 erstreckender und um den Umfang der Welle 1 winklig verteilt angeordneter Stäbe aus elektrisch isolierendem Hartfasermaterial bezeichnet, die mit ihren Enden in Ausnehmungen zweier Tragringe 11 und 12 einge«· klebt sinä. Die Tragringe 11 und 12 beetehen aua Alumi«

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«Ε» Λ, «Μ*

Ulan, und sie sind jeweils wieder aus zwei Beibringen, die miteinander durch Schraubverbindungen.» z*B* 13 unc. 14t verbunden, sind, aufgebaut.

Der Tragring 11 ist über Schrauben. 15 an dem lager!ag lösbar befestigt, and es bilden die Stäbe 10 mit den. Tragringen 11 und 12 ein im wesentlichen verwindungssteifee Gebilde, welches durch auf dem Umfang des An*- eatzea 10,11,12 angeordnete Aluminiurariüge 20,21,22,23 und 24» die aus jeweils zwei elektrisch leitend miteinander verbundenen Halbringen beetehen, noch wesentlich versteift wird. Me Ringe 20,21,22,23 und 24 sind durch Schraub- und Klebverbindungen mit den Stäben 10 verbunden.

Der Lagerring 5 dient but Lagerung mehrerer um seinen Umfang verteilt angeordneter Rollen 25» deren Drehachsen in Längsrichtung der Welle 1 verlaufen wa& deren Laufflächen auf dem Ausaenrnantel des Tragringe 12 rollen. Sie dienen zur Verhinderung von radial zur Welle ▼erlaufenden Schwingungen des Ansät zee 10,11, und 12c.

Der Lagerring 5 trägt ferner - vgl« Mge 4 - einen Seil 40 eines elektrischen Differentialkondensators, dessen Gegenelektrode 41 an den Stäben 10 bzw» dem Tragring 12 des Ansatees befestigt istο

In bezug auf die Veil« 1 ortsfest ist eine als Gehäuse dienende Abdeckung vorgesehen, welche aus zwei halbaylindriach geformten Gehäueeteilen 50 und 51» die mit·' einander vereohraubbar Bind, bestehen« Sie umfassen die Vorrichtung in ihrer Gesamtheit sswischen den beiden Lagerringen 2 und 5 und decken sie nach ausoen ab. Sie sind als Schweißkonstruktion aus Blech gefertigt, und sie dienen gleichseitig aur Lagerung von metallischen

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Glegenringea 52 »53 »54 »55 und 56. Die Gegenriago sind koaxial zu den Hingen 20,21,22,25 und 24 angeordnet und jeder Gegenring umfasst einen zugehörigen Hing, wobei die einander zugeordneten Oberflächen beider Hinge jeweils eine. Kapazität bilden.» die zur aehle.1?ringfreien Übertragung Ton elektrischen Hochfrequenzepammngea tozw. Etoohfrequenaströmea dienen» die nach Gleichrichtung als VereorgungagleieiAspannuag den im Gehäuse 60 [Figo 4] angeordneten und zum Differentialkondensator 40_f41 gehörigen elektrischen Vorriohtungebestandteildft zugeführt sind«,

Wie der Pig. 5 entnommen. werden kann» ist der Mfferea« tialkondeosator 40,41» dessen iSinzalkondensatoreit in. Pig« 5 mit 61 und 62 ^eaeiehnet sind» in einer Srückenschaltung 63 angeordnet» welche aus einen Hochfrequenzoszillator 64 über einen Übertrager 65 induktiT mt& einer Hookfre^uenzwecheelspannung gespeist ist» die zur Brücke 63 gehörigen Indurktiiritäteteile des lifeertragere 65 sind in der Mitte aagesapft» und der ein® feil der Brüske enthält einen Phaßeriachieber 66, mit am &±& diesen BrUckenzweig dem Biffereatialkondsiteator zage» fUferte Wechselspannung geringfügig gegen $®η®₉ die dem Differenzialkondensator 62 sugiyfUbFt ist₅ eohsben iiät· Bei gegealSufigea· Vareteilung der eatoren 61 und 62 wird d^foalls die aa der !!«k^-i-ftt 4 X abgralfbare Fehlerspannung stonohl in ihrer Amplitude als aaoh in ihrer Phaea geändert« Beide Anderaup mit ausreichender Näherung der Kapaaitätsände^uisg portional» »o dass die iß &®m Weoheeletronyereiigs^ev 6? verstärkte Spannung am Ausgang dee Yeratärkere sae& Amplitudenbegrenzung elüen ira weesatlicheri reohtesicigea Verlauf und einen Phasenwinkel aufweist, welölisy sait der Änderung der Kapazität des BiffertntiaXfcoaderf-a&tore gegen den Phasenivinkel der Spannung dee Oszillato^e 64 veraohoben wird·

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Bio Ausgangespaanttng des Verstärkers 67 ist induktiv über die Kapazität 20*52 einer ortsfest angeordneten Messvorrichtung 70 zugeführt. Gleichzeitig ist die Spannung dee Ossiilatore 64 Über den Übertrager 65 induktiv ausgekoppelt und über die Kapazität 21,53 der Messvorrichtung 70 zugeführt. Die Kapazität 22,54 dient sur eohleifriDgfreien Verbindung des Masseanschlusses der Vorrichtung 60 mit einer gehausefeaten Hasse.

Mit 71 ist ein in Gehäuse 60 angeordneter Gleichrichter bezeichnet, welcher aus einer ortsfest angeordneten Hoeh freijuenaapannangs quelle 72 mit einer Hochfrequenzwaohael spannung versorgt wird, die im Gleichrichter 71 gleichgerichtet, ist und nach Gleichrichtung zur Speisung dee Oszillators 64 und dee Verstärkers 67 bsnutat wird. Dar Übertragung der Speisespannung des Gleichrichters 71 dienen die Kondensatoren 23*55 bgw» 24»56.

Ausgangespumung des Verstärkers 67 ist in der Vorrichtung 70 «i&e? Xapuleformeretuf s 80 angeführt, die dies« Spannung In. eine saubere HschtsokBpannaag aawandelt. In gleicher Wesee ist die Bezugsweivhselspannung einer Impuleformerstufe 81 zugefübri;« 4ie auf ihrem Ausgang ein* Reshteckepannung gleicher Frequenz schaltet· Die Ai-.sff*;.:^g8epaanungett beider Iepuleformerstufen sind, in weitern» Iiapaelformeretufen 82 und 83 in Äadelimpule» folgen umgewaßäc-lt, wobei die Nadelimpulse as Auegang beider lajpuXeJforpiöretufen jeweils den Vorderflanken n ateuerimpulee zugeordnet

ung 8

Den iBpuleforaeretufen 82 und 83 tot *in "biRt Multivibrator 34 naehgeeohaltet, öeeetn ^r Leit angeführte Auagar.geiiapulee eine r*>oht#^sige Impulefo.rm mit einer Iispulebreite a'Jtfwaieea-, αϊ» um *eitlio5ji*:i ts'*** der Ausgangs impulse tier 'Mp^.^^^^is^T^tn^^n BZ

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und 83 proportional ist» Die Spannung der Leitung 85 ist in einem Verstärker 86 verstärkt und mittels einer Gegeaeinanderseh&tung zweier Zenerdioden 87 aof ein Bezugs potential symmetriert. Die Recht eck irapulsfolge, dia am Ausgang der Impuiefomreraufe 81 abgreifbar ist, ist mittels einer gleichartigen zweiten Gegeneinanderschaltung zweier Zenerdiodea 88 aiii' das gleiche Besugspeten·» tial symmetriert, and ee sind diese symmetrischen EeohteckepannaxKgea am Eingang eines Verstärkers 88 voneinander subtrahiert«

Der Verstärker 88 erzeugt deshalb an seinem Ausgang einen elektrischen Gleichstrom* der einen impulsförmlgen 'Verlauf aufweist« Die Impulsbreite dieses Strome ißt der zn messenden Phasendifferenz proportional» während die Polarität der Impulse mit dem Phasenwinkel der Fehlerspanrinung der Brücke. 63. welcher in einer Hullatellung des Ansatzes 10,11,12 um 180° springt, wechselt. Der arithmetische Mittelwert des Aasgangsstrome des Verstärkers 88 ist mittels eines Messinstruments 89 angezeigt«

Die Anordnung kann abweichend von dem beschriebenen Ausführangsbeispiel auch derart getroffen sein, dass anstelle des Differsntialkcm&eaeatοrs ein Differentialtransformator oder ein anderer induktiver oder kapazitiver Abgriff vorgeseheil ist, wobei die Heßschaltang dieser Abgriffselemente auch so gewählt sein kann, dass anstelle einer Phasenänderung an der Messweohselspannung eine !frequenzänderung auftritt· In jdem Fall bleibt der Vorzug der schleifringfrei ausführbaren Anordnung erhalten.

1 Patentanspruch E4111j

μ 8 — 109815/0305

BAD

Claims (1)

1. Pateatanspruch

   Einrichtung zur Drehmomentmessung an sich drehenden Wellen durch Messung des aJorsionewiakels zwischen «wei im axialen Abstand voneinander gelegenen Querschnitt en. der Welle mit eines auf der Welle befestigten und mit ihr rotierenden elektrischen Winkelwertgeber äsur Messung des Torsionswinkels und einer Vorrichtung zur sohleifrlngfreien Übertragung elektrischer Wechselströme oder -spannungen zwischen der Welle und ortefesten Einrichtuagr-oestandteilen, ffelcennseichnet durch die Vereinigung nachfolgender Merkmale:

   - in

   aj als Toreionewinfcel^&jr'oiieber ist ein einer Wechselstrommeßachaltung [63 angeordneter, durch mechanischen Sittgriff steuerbarer induktiver oder kapazitiver Geber [61,62], welcher auf Lageänderung«*!, «einer gegeneinander beweglichen Bestandteile [4-0? 41] anspricht, vorgesehen,

   b] der WeehselstitosuHeßschaltiyag des Gebers ist eine Wechselspannung alt einem Phasenwinkel oder einer Frequenz entnehmbar, welche mit dem Torsione^ln<kel variabel ist,

   c] die Speisespannung für den Torsionswinkelgeber ist mittels eines mit der Welle [l] rotierenden OsEillators [64] erzeugt,

   d] die der Meßschaltung des Winkelwertgeberβ entnehm* bare Heeewechselspannung lot mittels eines mit der Welle rotierenden Verstärkers [67] verstärkt.

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   e] die Speiaegleichopannungea für den Oszillator [64] und für den Verstärker [67] sind diesen Yorriafatttttgen Ton einer mit der Welle rotierenden Gleichrichtervorrichtung [71] zugeführt,

   f'\ die 51eiearichtervorrieh.tung ist mittels einer Hochfreq,uensw9chselBpannung gespeist und

   g] die Hoohfrequenzweohselapanaung ist der Gleichrich-

   tervorrichtung [71] und die Messwecheelspannung ä

   einer ortfest verbleibenden, die Frequenz oder den Phasenwinkel dieser Spannung anzeigenden Messvorrichtung [70] über kapazitive oder induktive übertragongsmittel [20,21,22,25₉24i 52,53,54,55*56], die awiechen der Welle und ortsfesten teilen. [50] der Einrichtung angeordnet sind_f sehleifringfrei »ugeführt_c

   Oontiaental Elektroindustrie Jw

   A S K A JJ I A - ν 1

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