DE1773478B1

DE1773478B1 - DEVICE FOR MEASURING TORQUE

Info

Publication number: DE1773478B1
Application number: DE19681773478
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl-Ing Happe; Gernot Dr Zippe
Original assignee: KERNVERFAHRENSTECHNIK GmbH
Current assignee: KERNVERFAHRENSTECHNIK GmbH
Priority date: 1968-05-21
Filing date: 1968-05-21
Publication date: 1971-10-28

Description

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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Mes- In der ringförmigen Wanne 4 befindet sich ein sen von Drehmomenten mittels eines Stabes oder ebenfalls ringförmiger Schwimmer 9. Die Abschlußeiner Welle (Meßteil), an denen das zu messende platte 10 dieses Schwimmers 9 ist an dem senkrecht Moment angreift, und mit in mindestens einer Ebene stehenden Stab 11 so angebracht, daß oberhalb der senkrecht zur Achse des Meßteils gerichteten, feder- 5 Platte 10 nur ein kurzer Stumpf 12 des Stabes 11 elastischen Rückstellgliedern, die das Meßteil mit heraustritt, während der Hauptteil des Stabes 11 einem die Reaktionskraft aufnehmenden Bauteil ver- nach unten durch die zentrale Öffnung 13 der binden, wobei die relative Verdrehung dieses Bauteils Wanne 4 herausragt. Am oberen Ende des Stabes 11, gegenüber dem Meßteil als Maß für das zu bestim- dem Stumpf 12, und am unteren Ende 14 sind senkmende Drehmoment dient. io recht zur Stabachse 15 je drei dünne um etwa 120° Eine Einrichtung dieser Bauart ist aus dem USA.- gegeneinander versetzte Drähte 16 so eingespannt, Patent 2 389 361 bekannt. Bei dem in diesem Patent daß sie jeweils am Drehmittelpunkt 17 b des Stabes beschriebenen Dynamometer wird das Reaktions- 11, d. h. also an der Stabachse 15, angreifen. Hierzu moment ebenfalls mittels elastischer Rückstellglieder weist der Stumpf 12 bzw. das untere Ende 14 in den ermittelt und als Meßgröße benutzt. Damit soll vor ig beiden Einspannebenen für die Drähte je drei in allem der Einfluß von Reibungs- oder Lagerkräften ihrer Höhe geringfügig gegeneinander versetzte eliminiert werden. radiale Schlitze 17 auf, die bis zur Stabachse 15 Ausgehend von diesem Stand der Technik hat die reichen. Die Drähte 16 selbst können z. B. in je einer Erfindung zur Aufgabe, ein Gerät zu schaffen, das von der Schmalseite der Schlitze 17 ausgehenden auch bei ungleichmäßig am Umfang des Meßteils 20 Bohrung 17ο eingelötet sein (Fig. la). Die freien angreifenden Kräften eine fehlerfreie Messung des Enden der Drähte 16 sind an den Säulen 3 befestigt Drehmoments gestattet, so daß vor allem gegenüber und hier so verspannt, daß sich die Mittelachse 15 den Querkräften kleine Drehmomente genau be- des Stabes 11 auch bei großen seitlichen Kräften M stimmt werden können. nicht verschwenken oder in radialer Richtung ver-Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungs- 25 schieben kann, dagegen ist ein Verdrehen um ihre gemäß darin, daß die federelastischen Rückstell- Achse 15 innerhalb bestimmter, als Meßbereich dieclieder aus gegeneinander verspannten, dünnen nender Grenzen auch schon bei sehr kleinen Dreh-Drähten oder Bändern bestehen, die jeweils am momenten möglich. Die Drähte werden durch dieses Drehmittelpimkt des Meßteils eingespannt sind. Vor- Moment an der Einspannstelle 176 ausschließlich teilhafterweise greifen in zwei parallelen Ebenen 30 auf Biegung beansprucht.The invention relates to a device for measuring In the annular trough 4 there is a sen of torques by means of a rod or also an annular float 9. The conclusion of a shaft (measuring part) on which the plate to be measured 10 of this float 9 is at the perpendicular moment attacks, and with standing in at least one plane rod 11 so attached that above the perpendicular to the axis of the measuring part directed, spring 5 plate 10 only a short stump 12 of the rod 11 elastic restoring members, which the measuring part protrudes with, while the main part of the Rod 11 binds a component absorbing the reaction force downwards through the central opening 13, the relative rotation of this component tub 4 protruding. At the upper end of the rod 11, opposite the measuring part, as a measure for the stump 12 to be determined, and at the lower end 14, lowering torques are used. io right to the rod axis 15 three thin ones by about 120 °. A device of this type is known from the USA. Wherein said in this patent that they each at the center of rotation 17 dynamometer described b of the rod is the reaction 11, so that at the rod axis 15, engage. For this moment, also by means of elastic restoring members, the stump 12 or the lower end 14 is determined and used as a measured variable. This is intended to eliminate the influence of frictional or bearing forces, which are slightly offset from one another, in front of the two clamping planes for each of the three wires. radial slots 17, which extend up to the rod axis 15, based on this prior art. The wires 16 themselves can, for. B. in one invention each to the task of creating a device that starting from the narrow side of the slots 17, even with unevenly on the circumference of the measuring part 20 bore 17ο be soldered (Fig. La). The free acting forces allow an error-free measurement of the ends of the wires 16 attached to the columns 3 torque, so that above all opposite and here so braced that the central axis 15 the transverse forces small torques exactly the rod 11 even with large lateral Forces M can be correct. The solution to this problem consists of the invention, but a rotation about its according to the fact that the resilient return axis 15 within certain, as a measuring range dieclieder from mutually braced, thin limits is already in the case of very small twisting wires or bands, each of which is possible at the moment. The wires are clamped through this center of rotation of the measuring part. Prior to the moment at the clamping point 176, only partially enough to engage in two parallel planes 30 subject to bending.

jeweils drei Drähte sternförmig an dem Meßteil an. Auf der Deckplatte 10 des Schwimmers 9 ist ein Die Erfindung gestattet vor allem, die Eigenschaften Gefäß 8 angebracht. Dieses Gefäß 18 nimmt das von Dämpfungsmedien oder dämpfenden Bauteilen Meßobjekt, im vorliegenden Fall eine Flüssigkeit 19, für schnellumlaufende Maschinenteile, z. B. Rotoren auf, an der das zu messende Drehmoment angreift. von Zentrifugen, bei verschiedenen Drehzahlen und 35 Hierzu ragt in die Flüssigkeit 19 ein exzentrischer Amplituden über die Messung des Reaktionsdreh- Rührer 20, dessen Antriebsmotor 21 an der Deckmoments zu ermitteln. Die Querkräfte können rei- platte 2 montiert ist. Durch die rotierende Bewegung bungsfrei aufgenommen werden und gehen nicht in des Rührers 20 verdreht sich das Gefäß 18 und damit das Meßergebnis ein. Das Meßteil kann gegen radiale auch der Schwimmer 9 und der Stab 11 um einen Verschiebungen oder ein Verschwenken sehr steif 40 bestimmten, dem aufgebrachten Drehmoment entaufgehängt werden, während es gleichzeitig gegen eine sprechenden Winkel gegenüber dem ortsfesten Stativ Verdrehung um seine Längsachse verhältnismäßig 1. 2, 3 (Reaktionsbauteil). Dieser Winkel wird mittels weich bleibt. Damit ist auch eine fehlerfreie Messung eines am Stab 11 angebrachten Spiegels 22, einer kleinster Drehmomente möglich. Zur Messung der ortsfesten Lichtquelle 23, deren Lichtstrahl auf den Λ Dämpfungseigenschaften kann man z. B. den Dämp- 45 Spiegel 22 gerichtet ist, und einer ebenfalls orts- ™ fer fest mit dem Meßteil verbinden und einer schwin- festen Anzeigeskala 24, auf die der vom Spiegel 22 genden Belastung aussetzen. reflektierte Lichtstrahl auftrifft, ermittelt. Durch eine Zwei verschiedene Ausführungsbeispiele der Er- entsprechende Eichung des Geräts kann hieraus das findung werden an Hand der Zeichnungen näher auf den Stab 11 bzw. auf das Meßobjekt 19 wirkende erläutert. Es zeigt 50 Drehmoment bestimmt werden.three wires in a star shape on the measuring part. On the cover plate 10 of the float 9 is a The invention primarily allows the properties of the vessel 8 is attached. This vessel 18 takes the object to be measured by damping media or damping components, in the present case a liquid 19, for high-speed machine parts, e.g. B. rotors on which the torque to be measured acts. of centrifuges, at different speeds and 35. For this purpose, an eccentric amplitude protrudes into the liquid 19 via the measurement of the rotary reaction stirrer 20, whose drive motor 21 is to be determined from the cover torque. The transverse forces can be plate 2 is mounted. As a result of the rotating movement, the vessel 18 is rotated and thus the measurement result is taken up without exercise and does not go into the stirrer 20. The measuring part can be suspended against the radial also the float 9 and the rod 11 about a displacement or a pivoting very rigidly 40 determined by the applied torque, while at the same time it rotates about its longitudinal axis at a speaking angle relative to the stationary tripod relatively 1. 2, 3 (reaction component). This angle is means of staying soft. An error-free measurement of a mirror 22, which is attached to the rod 11, of a very small torque is thus also possible. To measure the stationary light source 23, the light beam on the Λ attenuation properties can be z. B. the damping 45 mirror 22 is directed, and also fixedly connect a stationary ™ fer to the measuring part and a vibration-proof display scale 24, on which the load from the mirror 22 is exposed. reflected light beam is determined. By means of a calibration of the device corresponding to two different embodiments, the invention can be explained in more detail with reference to the drawings, which act on the rod 11 or on the test object 19. It shows 50 torque to be determined.

F i g. 1 eine Meßeinrichtung mit einem eingespann- Vor der Messung wird der Flüssigkeitsspiegel 8 in ten Stab als Meßteil, der ringförmigen Wanne 4 durch Abwärtsbewegen FiS. la einen Schnitt entlang der LinieI-I von des Gefäßes so weit abgesenkt, daß der Stab 11 mit Fig. 1, seiner Spitze25 auf der Auflagerplatte26 ruht. Da-Fig. 2 eine Meßeinrichtung mit einer drehbaren 55 durch ist der Kontakt zwischen Spitze25 und Auf-Welle als Meßteil. lagerplatte geschlossen und läßt eine KontrollampeF i g. 1 a measuring device with a clamped Before the measurement, the liquid level is 8 in th rod as a measuring part, the annular trough 4 by moving downward FiS. la a section along the line I-I of the vessel lowered so far that the rod 11 with 1, its tip 25 rests on the support plate 26. Da-Fig. 2 a measuring device with a rotatable 55 through is the contact between tip 25 and up-shaft as a measuring part. Storage plate closed and leaves a control lamp

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, besteht das orts- 27 aufleuchten.As can be seen from Fig. 1, the local 27 light up.

feste Stativ des Meßgeräts im wesentlichen aus einer Anschließend wird das Gefäß 7 so lange ange-fixed stand of the measuring device essentially consists of a

justierbaren Grundplatte 1 und einer Deckplatte 2, hoben, bis die Spitze 25 von der Auflagerplatte 26adjustable base plate 1 and a cover plate 2, until the tip 25 of the support plate 26

beide z. B. aus Invarstahl, die durch drei Säulen 3 60 eben abgehoben hat und so die Kontrollampe 27both z. B. made of Invar steel, which has just lifted off three pillars 3 60 and so the control lamp 27

miteinander verbunden sind, wobei außerdem an den erlischt. Die Drähte 16 sind so eingerichtet, daß sieare connected to each other, and also goes out to the. The wires 16 are arranged so that they

Säulen 3 zwischen Grund- und Deckplatte eine ring- in diesem Zustand genau waagerecht verlaufen. Da-Columns 3 between the base and cover plates run in a ring exactly horizontally in this state. There-

förmige Wanne 4 zur Aufnahme einer Flüssigkeit 5, mit wird jede Reibung zwischen Spitze 25 und Auf-shaped trough 4 for receiving a liquid 5, with any friction between tip 25 and up-

z. B. Öl, befestigt ist. Diese Wanne 4 ist über einen lagerplatte 26, die das Meßergebnis verfälschenz. B. oil is attached. This tub 4 is over a bearing plate 26, which falsify the measurement result

Schlauch 6 mit einem in seiner Höhenlage verstell- 65 könnte, vermieden.Hose 6 with an adjustable height 65 could be avoided.

baren Ausgleichsgefäß 7 verbunden, so daß sich der Das Gewicht des Stabes 11, des Schwimmers 9 undble compensating tank 7 connected so that the weight of the rod 11, the float 9 and

Flüssigkeitsspiegel 8 in der Wanne 4 durch Auf- bzw. das unterschiedliche Gewicht des Meßobjektes, inLiquid level 8 in the tub 4 due to the weight of the object being measured, in

Abwärtsbewegen des Gefäßes 7 einstellen läßt. diesem Falle des Gefäßes 18 und der MeßflüssigkeitMoving the vessel 7 downwards can be adjusted. this case of the vessel 18 and the measuring liquid

19. wird auf diese Weise kompensiert, so daß die Drähte 16 beim Messen trotz unterschiedlicher Gewichte der Meßteile stets waagerecht in gleicher Lage gespannt sind. Der Schwimmer 9 und die in der Wanne 4 stehende Flüssigkeit 5 haben aber außerdem noch die Eigenschaft, daß sie eventuell auftretende Schwingungen dämpfen.19. is compensated in this way so that the When measuring, wires 16 are always horizontally in the same position despite different weights of the measuring parts are excited. The float 9 and the liquid 5 standing in the tub 4 also have nor the property that they dampen any vibrations that may occur.

Das in Fig. 2 dargestellte Gerät arbeitet nach demselben Prinzip wie das in Fig. 1 beschriebene, an Stelle eines eingespannten Stabes ist jedoch hier eine drehbare Welle 30 als Meßteil vorgesehen, die über die Drähte 31 und ein die Reaktionskräfte aufnehmendes Drehteil 32 von einem Antrieb 33 mit Antriebsriemen 34 angetrieben wird. Das Drehteil 32 ist über Kugellager 35 in einem ortsfesten Gehäuse 36 gelagert. Außerdem weist das Drehteil 32 einen Bund 37 auf, der über Distanzstäbe 38 eine Skalenscheibe 39 mit der Skala 39 α trägt. Die sternförmig in zwei Ebenen angeordneten Drähte 31 greifen an der Drehachse 40 der Welle 30 und senkrecht zu dieser in derselben Weise an wie die Drähte 16 an dem Stabil der Fig. 1. Die Welle30 trägt an ihrem unteren Ende einen exzentrischen Rührer 41, der in ein Flüssigkeitsbad 42 (Meßobjekt) eintaucht. In ihren oberen Teil ist in die Welle 30 eine axiale 3ohrung43 eingelassen, die bis kurz oberhalb der oberen Einspannebene der Drähte 31 reicht. In diese Bohrung 43 ragt ein Aufhängedraht 44, der mit seinem unteren, z. B. hakenförmig gebogenen Ende spielfrei einen Querstift 45 umschlingt, während er mit seinem oberen Ende über eine Verstellschraube 46 mit der Skalenscheibe verdrehungsfrei verbunden ist. Mit Hilfe der Verstellschraube 46 kann der Draht 44 und damit die Welle 30 bezüglich der axialen Lage justiert werden, so daß der Einfluß der Schwerkraft nicht in die Messung eingeht. Außerdem trägt das obere Ende der Welle 30 eine Scheibe 47, deren Skala 47 α mit der Skala 39 α korrespondiert. Die Skala47α kann z.B. nach Art eines Nonius ausgebildet sein.The device shown in Fig. 2 works on the same principle as that described in Fig. 1, instead of a clamped rod, however, here a rotatable shaft 30 is provided as a measuring part, which is driven by a drive via the wires 31 and a rotating part 32 that absorbs the reaction forces 33 is driven with drive belt 34. The rotating part 32 is mounted in a stationary housing 36 via ball bearings 35. In addition, the rotating part 32 has a collar 37 which, via spacer rods 38, carries a graduated disk 39 with the scale 39 α. The wires 31 arranged in a star shape in two planes engage the axis of rotation 40 of the shaft 30 and perpendicular to it in the same way as the wires 16 on the stable of FIG a liquid bath 42 (measurement object) is immersed. In its upper part, an axial bore 43 is let into the shaft 30, which extends to just above the upper clamping plane of the wires 31. In this bore 43 protrudes a suspension wire 44, which with its lower, z. B. hook-shaped bent end loops around a cross pin 45 without play, while its upper end is connected to the dial without twisting via an adjusting screw 46. With the aid of the adjusting screw 46, the wire 44 and thus the shaft 30 can be adjusted with respect to the axial position so that the influence of gravity is not included in the measurement. In addition, the upper end of the shaft 30 carries a disk 47, the scale 47 α of which corresponds to the scale 39 α. The scale47α can, for example, be designed in the manner of a vernier.

Sobald sich die Welle 30 dreht, übt die Meßflüssigkeii 42 auf den Rührer 41 einen Widerstand aus. der einem bestimmten, auf die Welle 30 wirkenden Drehmoment entspricht, so daß sich die Skala 47 α gegenüber der sich mitdrehenden Skala 39 α um einen bestimmten Betrag verschiebt. Diese Verschiebung läßt sich mit Hilfe eines Stroboskopes ablesen und hieraus wiederum nach entsprechender Eichung des Geräts das auf die Welle wirkende Drehmoment bestimmen. Will man z. B. die Dämpfungseigenschaften eines Dämpfers ermitteln, wie er in dem deutschen Patent 1 143 150 beschrieben ist, so ersetzt man einfach die Meßflüssigkeit 42 durch den Dämpfer, wobei dann der Rührer 41 an Stelle einer Rotorachse den Dämpfer in eine schwingende Bewegung versetzt. Ein entsprechender Versuch läßt sich auch mit dem in Fig. 1 dargestellten Gerät durchführen. In diesem Fall wird das Gefäß 18 durch den Dämpfer ersetzt bzw. fest mit diesem verbunden.As soon as the shaft 30 rotates, the measuring liquid 42 exerts a resistance on the stirrer 41. which corresponds to a certain torque acting on the shaft 30, so that the scale 47 α shifts by a certain amount relative to the rotating scale 39 α. This shift can be read off with the aid of a stroboscope and, after appropriate calibration of the device, the torque acting on the shaft can be determined from this. Do you want z. B. determine the damping properties of a damper, as described in German Patent 1,143,150, the measuring fluid 42 is simply replaced by the damper, the stirrer 41 then causing the damper to oscillate instead of a rotor axis. A corresponding experiment can also be carried out with the device shown in FIG. In this case, the vessel 18 is replaced by the damper or firmly connected to it.

An Stelle von Drähten können auch Bänder als elastische Rückstellglieder verwendet werden.Instead of wires, tapes can also be used as elastic return elements.

Auch die Art der Meßwerterfassung kann noch mit anderen mechanischen, optischen oder elektronischen Systemen erfolgen. So kann die Verdrehung des Meßteils (Stab 11 bzw. Welle 30) gegenüber dem die Reaktionskraft aufnehmenden Bauteil (Stativ 1, 2, 3 bzw. Drehteil 32) z. B. auch mittels induktiver Geber gemessen werden. Diese gestatten besonders bei geringen Verdrehungen, entsprechend kleinen Drehmomenten, eine sehr genaue Messung.The type of data acquisition can also be different mechanical, optical or electronic Systems. So the rotation of the measuring part (rod 11 or shaft 30) relative to the the reaction force absorbing component (stand 1, 2, 3 or rotating part 32) z. B. also by means of inductive Encoders are measured. These allow correspondingly small rotations, particularly in the case of slight rotations Torques, a very accurate measurement.

Claims

Patent claims:

1. Device for measuring torques by means of a rod or a shaft (Messieil), on which the moment to be measured acts, and with resilient restoring members directed in at least one plane perpendicular to the axis of the measuring part, which the measuring part with a component that absorbs the reaction force connect, the relative rotation of this component with respect to the measuring part serves as a measure for the torque to be determined, characterized in that the resilient restoring members (16 or 31) consist of thin wires or bands braced against each other, each in the center of rotation (17 b ) of the measuring part (11) are clamped.

2. Device according to claim 1, characterized in that in each case three wires or bands Attack the measuring part in a star shape in two parallel planes.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that between the measuring part (11) and the component (1, 2, 3) which absorbs the reaction forces, a preferably hydraulic one Vibration damper (4, 5, 9) is provided.

4. Device according to claim 3, characterized. da.'3 on the measuring part (U) a float (9) is attached, which in a liquid bath (5), especially in an oil bath.

5. Device according to claim 4, with an upright measuring part which is for receiving of axial forces at least on one end face by a support bearing or by a suspension device is supported, characterized by an annular float (9) and an associated trough (4) for receiving the Damping fluid (5), the tub (4) fixed to the one that absorbs the reaction force Component (3) is connected.

6. Device according to claim 5, characterized in that the trough (4) has a flexible line (6) connected to a height-adjustable compensating tank (7) is.

7. Device according to claim 6, characterized by a control device (27) which the axial position of the measuring part (11) and / or the relief of the support plate (26) from the weight of the Messtells (11) and the test object (18.19) at Indicates lifting of the container (7).

8. Device according to claim 1, with a rotatable shaft as the measuring part, characterized in that that the component (32,37) absorbing the reaction forces is also rotatable in one stationary housing (36) mounted and via belts or the like drive elements (34) with a Drive motor (33) is coupled.

9. Device according to claim 1, with a rod as the measuring part, characterized in that the component absorbing the reaction forces as a stationary component, the drive motor (21) and the axial bearing (26) supporting stand (1,2,3) is formed.

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