DE1909052A1

DE1909052A1 - Drehmoment-Messeinrichtung

Info

Publication number: DE1909052A1
Application number: DE19691909052
Authority: DE
Inventors: Hollick Robert William
Original assignee: British Hovercraft Corp Ltd
Current assignee: British Hovercraft Corp Ltd
Priority date: 1968-04-08
Filing date: 1969-02-22
Publication date: 1970-01-08
Also published as: FR2005748A1; GB1213066A; US3596100A; CH507513A; DE1909052B2; NL6903289A

Description

PATENTANWÄLTE

DIPL-ING. HANS BEGRICH · DIPL-ING. ALFONSVASMEiER

REGENSBURG 3 · LESSINGSTRASSE.10

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Tag

21.Februar 1969 W/T

BRITISH HOVERCRAFT CORPORATION LIMITED, Yeovil,Somerset/England

Drehmoment-Messeinrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen zum Messen von Trosionsbelastungen in Wellen und insbesondere auf Torsionsmesseinrichtungen, die nach dem Prinzip arbeiten, dass die Winkeldrehung einer, massiven oder hohlen Welle proportional dem aufgebrachten Drehmoment ist.

Drehmoment-Messeinrichtungen können aus Dehnungsmesstreifen be±ehen, die mit der das Drehmoment übertragenden Welle so verbunden sind, dass der Widerstand der Dehnungsmeßstreifen sich verändert, wenn die Welle beansprucht wird. Jedoch können Wellen, die Belastungen von Motoren mit einer Leistung von Bruchteilen von Pferdestärken übertragen, so klein sein, dass die Befestigung der Dehnungsniesstreifen unzweckmässig wird. Ferner muss eine Energieeinspeisung zu den Dehnungsmesstreifen vorgesehen werden und es müssen ihre Ausgangsägnale gesammelt werden. Ob diese übertragung elektri-

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scher Energie zwischen einer umlaufenden Welle und einer ■ · stationären Anzeigevorrichtung durch Schleifringe und Bürsten oder durch rotierende übertrager erfolgt, stets ist ein Widerstand vorhanden, der bei Messung kleiner Drehmomente die Signale aus den Dehnungsmesstreifen aufheben , kann.

Andererseits kann die Verdrehung in einer umlaufenden Welle dadurch gemessen werden, dass zwei perforierte Scheiben- auf einer Welle befestigt werden und die Lichtmenge, die durch die Perforationen gelangt, gemessen wird.. Wenn die Walle sich dreht, verschieben sich die Perforationen einer Scheibe in Bezug auf die Perforationen der anderen Scheibe und ermöglichen, dass eine grössere oder kleinere Lichtmenge hindurchgelangen kann, und die Lichtmenge kann zur Anzeige, des zu übertragenden Drehmomentes verwendet werden. Bei niedri τ gen Drehgeschwindigkeiten jedoch erfolgt der Lichtdurchgang intermittierend, wobei unzuverlässige Signale erhalten wer-

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den, und wenn die Welle stationär ist, erreicht/willkürliche-Lichtmenge in Abhängigkeit von dem zufälligen Halten der Welle am Ende des vorausgehenden Vorganges die Lichtabfühleinrichtung.

Ziel der Erfindung ist es, eine Drehmoment-Messeinrichtung zu schaffen, die einer Welle keinen Widerstand aufgibt und die das Drehmoment in einer Welle misst, wenn die Welle stationär ist und wenn sie mit beliebiger Geschwindigkeit bis zu maximaler Drehgeschwindigkeit umläuft.

Gemäss der Erfindung wird eine Drehmoment-Messeinrichtung vorgeschlagen, die zwei Schirme aufweist, welche auf einer Welle so befestigt sind, dass beim Anlegen eines Drehmomentes an der Welle eine Drehbewegung eines Schirmes In Bezug auf den., anderen Schirm auftritt, mit wenigstens einer Lichtquelle und einer Lichtabfühlvorrichtung, die so angeordnet sind*

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dass Lichtwellen, die sich von der Lichtquelle zur Lichtabffüllvorrichtung bewegen, die Schirme durchlaufen, mit einer Vorrichtung, die verhindert, dass Umgebungslicht auf die Lichtäbfühlvorrichtung fällt, wobei jeder der bei. den Schirme polarisiert ist, um eine Schwingung der Lichtwellen in einer einzigen Ebene zu begrenzen, und mit einer Vorrichtung, die die Lichtmenge, welche durch die erste Lichtabfühlvorrichtung aufgenommen wird; anzeigt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird eine Drehmoment-Messeinrichtung vorgeschlagen, die zwei Schirme aufweist, welche auf einer Welle so befestigt sind, dass beim Anlegen eines Drehmomentes an die Welle eine Drehbewegung eines Schirmes in Bezug auf den anderen Schirm auftritt, mit einer Lichtquelle und einer LichtabUhlvorrichtung, die bo angeordnet sind, dass Lichtwellen, die sich von der Lichtquelle zu der Lichtabfühlvorrichtung bewegen, durch die Schirme laufen, mit einer Vorrichtung, die verhindert, dass UmgebungBlicht auf die Lichtabfühlvorrichtung fällt, wobei jeder der beiden Schirme polarisieert ist, um eine Schwingung der Lichtwellen in einer einzigen Ebene zu begrenzen, und mit einer Vorrichtung zur Erzeugung eines linearen Ausgangseignales entsprechend der Lichtnenge, die von der Lichtabfühlvorrichtung aufgenommen wird. : '

Die Schirme können "PoIa" - Scheiben oder Platten aus "Polaroid" sein. ^- '

Die Welle kann mit Verengungen versehen sein oder Kopplungsvorrichtungen zwischen den Trägern für die Schirme aufweisen, damit eine entsprechende Relativverschiebung zwischen den Schirmen erzielt wird.

Die Lichtabfühlvorrichtung kann eine fotoelektrische Zelle sein, die z.B. als Teil einer elektrischen Brückenschaltung wirkt und

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und ein Signal erzeugt, und das Signal kann so beschaffen sein, dass es einolineare Anzeige des Drehmomentes ergibt.

Die Vorrichtung,die verhindert, dass Umgebungslicht auf die Lichtabfühlvorrxchtung fällt, ist z.B. eine Abdeckung aus lichtundurchlässigem Material, die die Lichtquelle, die Schirme und die Lichtabfühlvofrichtung umgibt.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführung&eispieles erläutert:

Fig.l zeigt eine schematische perspektivische Ansicht einer Drehmoment-Messehrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch eine Drehmoment-Messeinrichtung gemäss der Erfindung,

Fig. 3 ein Grundschaltdiagramm, das die Erzeugung eines Signales zur Anzeige des Drehmomentes wiedergibt,

Fig. 4 ein Diagramm, das anzeigt, wie ein geradliniges Ausgangssignal erreicht werden kann.

Eine Welle 11 ist mit Hilfe von Flanschen, Keilnuten od.dgl. (nicht dargestellt) in der Lage, ein Drehmoment von einer Antriebsmaschine aus auf eine Belastung zu übertragen. Die Welle 11 besitzt einen Teil verringerten Durchmessers 12, um die durch das Drehmoment hervorgerufene Verdrehung zu betonen. Auf der Welle 11 ist an jedem Ende des Teiles verringerten Durchmessers 12 ein das Licht polarisierender Schirm 13, 14, beispielsweise aus "PoIa"-Scheiben oder Platten aus "Polaroid" vorgesehen. Einer der Schir^me, z.B. der Schirm 14, kann einen Tragzylinder 15 aufweisen, der am

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einen Ende des Teiles verringerten Durchmessers 12 mit der Welle befestigt ist, so dass die beiden Schkrme nahe aneinander" angeordnet sind.

Eine Lichtquelle 16 und eine Lichtabfühlvorrichtung 17 sind so angeordnet, dass Lichtwellen, die von der Lichtquelle 16 zu der Lichtabfühlvorrichtung 17 gelangen, die polarisierten Schirme 13 und 14 durchlaufen. Die Schirme 13 und 14, die Lichtquelle/und die Lichtabfühlvorrichtung 17 sind von einer Abdeckung 18 aus undurchlässigem Material versehen, damit Umgebungslicht ausgeschaltet wird.

Die Lichtabfühlvorrichtung 17 ist so angeordnet, dass sie eine Ecke einer elektrischen Brückenschaltung bildet (Fig.3)., von der der Ausgang durch einen Verstärker 19 verstärkt und einer Anzeigevorrichtung 2o zugeführt werden kann.

Für die Brückenschaltung sind Abstimm- und Abgleichvorrichtungen erforderlich. Derartige Vorrichtungen sind an sich bekannt und im Schaltdiagramm nicht gezeigt.

Vorzugweise sind die Schirme 13 und 14 so angeordnet, dass ihre Polarisationsachsen um 9o° gegen wenn kein Drehmoment übertragen wird.

ihre Polarisationsachsen um 9o° gegeneinander versetzt sind.

Im Betrieb ist, wenn kein Drehmoment übertragen wird, das durch einen Schirm gelangende polarisierende Licht nicht in der Lage, durch den anderen Schirm hindürchzutreten, und es fällt kein Licht auf die Lichtabfühlvorrichtung. Sobald ein Drehmoment aufgegeben wird, verdreht sich die Welle, unabhängig davon, ob die Welle stationär ist oder umläuft _r und deshalb läuft ein Schirm in bezug auf den anderen um. Damit kann eine bestimmte Lichtjnnenge entsprechend der Grosse der Verdrehung in der Welle auf die Lichtabfühlvorrichtung fallen, die ein Signal erzeugt, welches die Anzeigevorrichtung betätigt.

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. Fig. 4 zeigt ein Verfahren zur E zielung eines linearen Ausgangssignales aus einer Lichtabfühlvorrichtung. Der Ausgang aus der Brückenschaltung, der von dem Verstärker 19 verstärkt wird, wird einem Elektromotor 21 zugeführt. Eine Welle 22, die mit dem Elektromotor 21 verbunden ist, treibt über ein Getriebe 23 und eine Welle 24 einen drehbaren, lichtpolarisierenden Schirm 25 an. In der Nähe des drehbaren, das licht polarisierenden Schirmes 25 ist ein stationärer, das Licht polarisierender Schirm 26 vorgesehen. Eine_B zweite Lichtquelle 27 und eine zweite Lichtabfühlvorrichtung 28 sind so aigeordnet, ,dass Lichtwellen, die von der zweiten Lichtquelle 27 stammen, durch die drehbaren und stationär polarisierenden Schirme 25 und 26 zu der zweiten Lichtabfühlvorrichtung 28 laufen. Die Schirme 25 und 26, die zweite Lichtquelle 27 und die zweite Lichtabfühlvorrichtung 28 werden von einer Abdeckung 29 aus lichtundurchlässigem Material umgeben, damit Umgebungslicht ausgeschaltet wird.

Die zweite Lichtabfühlvorrichtung 28 ist so angeordnet, dass sie eineweitere Ecke der vorer-währiten elektrischen Brücken-" schaltung bildet.

Die polarisierenden Schirme 25 und 26 sollen so angeordnet sein, dassyEür den Fall, dass kein Drehmoment übertragen wird, ihre polarisierenden Achsen in einer Beziehung zueinander stehen, die ähnlich denen der Schirme 13 und 14 ist. Im Betrieb bewirkt eine Änderung des Drehmomentes eine Änderung ^ des Widerstandes in der Ecke 17 der Brückenschaltung. Damit kommt die Brüpke aus dem Gleichgewicht und ein Signal, das von dem Verstärker 19 verstärkt wird, treibt den Motor 21 > av. Der Motor 21 treibt über die Walle 22> das Getriebe 23 und die Welle 24 den drehbaren, das Licht polarisierenden Schirm 25 an. Eine Bewegung des drehbaren, das Licht p&ari-

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sierenden Schirmes 25 ändert den Widerstand 28 in der anderen Ecke der Brückenschaltung und führt die Schaltung in ihr Gleichgewicht zurück. Wenn der Abgleich erreicht ist, hört das Ausgangssignal zum Motor auf und der Motor kommt zum Stillstand. Nimmt das Drehmoment ab, kommt die Brücke im entgegengesetzten Sinne aus dem Gleichgewicht und der Motor läuft in der entgegengesetzten Drehrichtung. Somit ergibt eine Verdrehung in der Drehmoment übertragenden WSLIe einen Lauf des Motors und ein Zeiger 3o, der mit der Welle 22 befestigt ist, zeigt die Bewegung des Motors und damit das übertragene Drehmoment an, wobei der Zeiger eine Skala 31 überstreicht. Das Getriebe im Getriebekasten kann so ausgebildet sein, dass das maximale Drehmoment eine Motorbewegung entsprechend dem vollen Skalenausschlag oder eine beliebige andere gewünschte Bewegung ergibt. ·

Die E_rfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Beispiele beschränkt. So kann beispielsweise das Ausgangssignal zur Betätigung einer autometisehen Warn- oder Stopvorrichtung verwendet werdm , oder aber es können andere Formen der Anzeigevorrichtung, z.B. digitale Zähler, verwendet werden. Ferner kann der Ausgang mit anderen Messungen zur Anzeige anderer Parameter integriert werden,z.B. kann der Ausgang mit der Wellendrehgeschwindigkeit zu der Anzeige der übertragenen Leistung integriert werden.

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Claims

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Pa tentansprüche:

Drehmoment-Messeinrichtung, insbesondere zum Messen der Winkeldrehung einer Welle proportional dem aufgebrachten Drehmoment, gekennzeichnet durch zwei Schirme(13,14),die auf einer Welle (11) in der Weise befestigt sind, dass beim Aufgeben eines Drehmomenten auf die Welle eine Drehbewegung eines Schirmes in Bezug auf den anderen Schirm erhalten wird, wenigstens eine Lichtquelle (16) und eine Lichtabfühlvorrichtung (17), die so angeordnet sind, dass Lichtwellen, die von der Lichtquelle zur Lichtabfühlvonichtung laufen, durch die Schirme hindurchtreten, eine Vorrichtung (18), die verhindert, dass Umgebungslichijauf die Lichtabfühlvorrichtung fällt,wobei jeder der beiden Schirme polarisiert ist, um eine Schwingung der Lichtwellen in einer einzigen Ebene zu begrenzen, und eine Voirichtung (2o), die die von der eisben Lichtabfühlvorrichtung aufgenommene Lichtmenge anzeigt.

2. Drehmoment-Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (2o) ein lineares Ausgangssignal entsprechend der von der Lichtabfühlvorrichtung (17) aufgenommenen Lichtmenge erzeugt.

3. Drehmoment-Messeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch . gekennzeichnet, dass die Welle (11) einen Abschnittyerminderten Durchmessers (12) zwischen den Abstützungen für die Schirme (13,14) aufweist.

4. Drehmoment-Messeinrichtung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, dass die Lichtabfühlvorrichtung-(17) eine fotoelektrisehe Zelle ist, die einen Teil einer elektrischen Brückenschaltung bildet. :·

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5. Drehmoment-Messeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1 8),die verhindert, dass Umgebungslicht die Lichtabfühlvorrichtung (17) erreicht, . . eine Abdeckung (18) aus liehtundurchlässigem Material ist, die die Lichtquelle (16), die Schirme (ß ,14)und die Abfühlvorrichtung (17) umscHliesst.

6. Drehmoment-Messeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass einer der Schirme (14) auf einem Zylinder (15) aufsitzt,. der mit der Welle (11) am einen Ende des Teiles verminderten Durchmessers (12) befestigt ist.

7. Drehmoment-Messeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang aus der elektrischen Brückenschaltung in einem Verstärker (19) verstärkt und einer An-. Zeigevorrichtung (2o) zugeführt wird.

8.Drehmoment-Messeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsachse eines Schirmes um 9o° gegenüber der Polarisationsachse des anderen Schirmes verdreht ist.

9. Drehmoment-Messeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang aus der Lichtabfühlvorrichtung / (17) verstärkt und einer elektrischen Messeinrichtung (21) zugeführt wird, die über eine Welle (22) und ein Getriebe (23) einen drehbaren, das Licht polarisierenden Schirm (13) beaufschlagt.

lo.Drehmoment-Messeinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, das.s ein stationärer, polarisierender Schirm (14) in der Nähe des.,drehbaren, das Licht polarisieroden Schirmes (13) angeordnet ist.

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11. Drehmoment-Messeinrichtung nach Anspruch Iq, dadurch gekennzeichnet« dass Licht aus einer zweiten Lichtquelle

(27) durch den drehbaren, das Licht polarieierenden Schirm (25) und den stationären, das Licht polarisierenden Schirm (26) tritt und auf eine zweite Lichtabffüllvorrichtung (28) auf trifft. .

12. Drehmoment-Messeinrichtung nach Ansprüchen 4. und 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Lichtabfühlyorrichtung/und die zweite LichtabfühlvoirLchtung (28) einen Teil der gleichen elektrischen Brückenschaltung bilden.

13. Drehmoment-Messeinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zeiger (3o), der auf der welle

(22) befestigt ist, so angeordnet ist, dass er sich an einer Skala (31) vorbei bewegt, auf der die Drehbewegung der Welle angezeigt wird.

14.Drehmoment-Meseeinrichtung;nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang aus der elektrischen Brükkenschaltung verst*ärkt wird und eine automatische Warneinrichtung betätigt.

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