DE1773478C - Einrichtung zum Messen von Drehmomenten - Google Patents

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 ties 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 RücksteUglieder weist der Stumpf 12 bzw. das untere Ende 14 in den

ermittelt und als Meßgröße benutzt. Damit soll vor 15 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 17α 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

stimmt werden können. nicht verschwenken oder in radialer Richtung ver-

Die Lösunp dieser Aufgabe besteht erfindungs- 25 schieben kar;T% dagegen ist ein Verdrehen um ihre gemäß darin, daß die federelastischen Rückstell- Achse 15 innerhalb bestimmter, als Meßbereich dieplieder 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 Drchmittelpunkt des Mcßteils eilgespannt sind. Vor- Moment an der Einspannstelle 17b ausschließlich teilhaflcrweise greifen in zwei parallelen Ebenen 3° auf Biegung beansprucht.

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 MeCergebnis 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 Dämpfungseigenschaften kann man z. B. den Dämp- 45 Spiegel 22 gerichtet ist, und einer ebenfalls ortsfer 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

fintlung werden an Hand der Zeichnungen näher auf den Stab 11 bzw. auf das Meßobjekt 19 wirkende

erläutert. Es zeigt 50 Drehmoment bestimmt werden.

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

Fig. la einen Schnitt entlang der Linie I-I von des Gefäßes so weit abgesenkt, daß der Stabil mit

Fig. 1, seiner Spitze25 auf der Auflagerplatte26 ruht. Da*

Fig. 2 eine Meßeinrichtung mit einer drehbaren S5 durch ist der Kontakt zwischen Spitze25 und Auf-Welle als Meßteil. lagerplatte geschlossen und läßt eine Kontrollampe

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, besieht das orts- 27 aufleuchten.

feste Stativ des Meßgeräts im wesentlichen aus einer Anschließend wird das Gefäß 7 so lange angejustierbaren Grundplatte 1 und einer Deckplatte 2, hoben, bis die Spitze 25 von der Auflageplatte 26 beide z. B. aus Invarstahl, die durch drei Säulen 3 «o eben abgehoben hat und so die Kontrollampe 27 miteinander verbunden sind, wobei außerdem an den erlischt. Die Drähte 16 sind so eingerichtet, daß sie Säulen 3 zwischen Grund- und Deckplatte eine ring- in diesem Zustand genau waagerecht verlaufen. Daförmige Wanne 4 zur Aufnahme einer Flüssigkeit 5, mit wird jede Reibung zwischen Spitze 25 und Aufz. B. 01, befestigt ist. Diese Wanne 4 ist Über einen lagerplatte 26, die das Meßergebnis verfälschen Schlauch 6 mit einem in seiner Höhenlage verstell- 63 könnte, vermieden.

Laren AusgleichsgefMß 7 verbunden, so daß sich der Das Gewicht des Stabes 11, des Schwimmen 9 und Flüssigkeitsspiegel 8 in der Wanne 4 durch Auf- bzw. das unterschiedliche Gewicht des Meßobjektes, in Abwärtsbewegen des Gefäßes 7 einstellen läßt. diesem Falte des Gefäßes 18 und der Meßflüssigkeit

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.

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 (Meßobiekt) eintaucht. In ihren oberen Teil ist in die Welle 30 eine axiale Bohrung 43 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 47α mit der Skala 39 a korrespondiert. Die Skala 47« kann z.B. nach Art eines Nonius ausgebildet sein.

Sobald sich die Welle 30 dreht, übt die Meßflüssigkcit 42 auf den Rührer 41 einen Widerstand aus, der einem bestimmten, auf die Welle 30 wirkenden Drehmoment entspricht, s."¹ daß sich die Skala 47a gegenüber der sich mitdrehenden Skala 39« 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 Dämpfungscigenschaften 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.

An Stelle von Drähten können auch Bänder als ίο elastische Rückstellfeder verwendet werden.

Auch die Art der Meßwerterfassung kann noch mit anderen mechanischen, optischen oder elektronischen Systemen erfolgen. So kann die Verdrehung des MeOteils (Stab 11 bzw. Welle 30) gegenüber dem «s die Reaktionskraft aufnehmenden Bauteil (Stativ 1, 2,3 bzw, Drehteil 32) 2. B. auch mittels induktiver Geber gemessen werden. Diese gestatten besonders bei geringen Verdrehungen, entsprechend kleinen Drehmomenten, eine sehr genaue Messung,

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum Messen von Drehmomenten mittels eines Stabes oder einer Welle (Meßteil), an denen das zu messende Moment angreift, und mit in mindestens einer Ebene senkrecht zur Achse des Meßteils gerichteten, federelastischen Rückstellgliedern, die das Meßteil mit einem die Reaktionskraft aufnehmenden Bauteil verbinden, wobei die relative Verdrehung dieses Bauteils gegenüber dem Meßteil als Maß für das zu bestimmende Drehmomenc dient, dadurch gekennzeichnet, daß die federelastischcn Rückstellgüeder (16 bzw. 31) aus gegeneinander verspannten, dünnen Drähten oder Bändern bestehen, die jeweils im Drehmittelpunkt (17 6) des Meßteils (11) eingespannt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils drei Drähte oder Bänder in zwei parallelen Ebenen sternförmig an den Meßteil angreifen.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Meßteil (11) und dem die Reaktionskräfte aufnehmenden Bauteil (1, 2, 3) ein vorzugsweise hydraulischer Schwingungsdämpfer (4, 5, 9) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Meßteil (11) ein Schwimmer (9) befestigt ist, der in ein Flüssigkeitsbad (5), insbesondere in ein ölbad, eintaucht.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, mit einem aufrecht stehenden Meßteil, das zur Aufnahme von axialen Kräften mindestens an einer Stirnseite durch ein Stützlager oder Jurch eine Aufhängevorrichtung abgestützt ist, gekennzeichnet durch einen ringförmigen Schwimmer (9) und eine zugeordnete Wanne (4) zur Aufnahme der Dämpfungsflüssigkeit (5), wobei die Wanne (4) fest mit dem die Reaktionskraft aufnehmenden Bauteil (3) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanne (4) über eine flexible Leitung (6) mit einem in seiner Höhenlage verstellbaren Ausgleichsbehälter(7) verbunden ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Kontrolleinrichtung (27), die die axiale Le^e des Meßteils (11) und/oder die Entlastung der Auflagerplatte (26) vom Gewicht des Meßteils (11) und des Meßobjektes (18,19) beim Anheben des Behälters (7) anzeigt.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, mit einer drehbaren Welle als Meßteil, dadurch gekennzeichnet, ciiß das die Reaktionskräfte aufnehmende Bauteil (32,37) ebenfalls drehbar in einem ortsfesten Gehäuse (36) gelagert und über Riemenoder dergleichen Antriebselemente (34) mit einem Antriebsmotor (33) gekoppelt ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 1, mit einem Stab als Meßteil, dadurch gekennzeichnet, daß das die Reaktionskräfte aufnehmende Bauteil als ortsfest js, den Antriebsmotor (21) und das Axiallager (26) tragendes Stativ (1,2,3) ausgebildet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen