DE19530524A1

DE19530524A1 - Vorrichtung zur Messung von Wellendrehmomenten

Info

Publication number: DE19530524A1
Application number: DE1995130524
Authority: DE
Inventors: Peter Haake
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-08-19
Filing date: 1995-08-19
Publication date: 1997-03-13
Anticipated expiration: 2015-08-20
Also published as: DE19530524C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung von Wellendrehmomenten.

Auf zahlreichen Feldern der Technik hat man Interesse daran, das in einer Welle übertragene Drehmoment zu messen.

Ein erster bekannter Weg hierzu ist das Vorsehen eines tordierbaren Bereichs in der Welle. Die Winkelverdrehung zwischen den beiden Wellenabschnitten bei Drehmomentübertragung ist ein Maß für das Drehmoment. Nachteilig ist, daß die Meßwerte, z. B. über Schleifringe, aus dem drehenden System herausgeführt werden müssen. Verschmutzung und Korrosion können den Meßwert verfälschen.

Ein zweiter bekannter Weg zur Messung von Wellendrehmomenten besteht darin, daß man einen die Welle antreibenden Antriebsmotor nachgiebig auflagert. Das Reaktionsmoment des Antriebsmotors beim Antreiben der Welle ist ein Maß für das von der Welle übertragene Drehmoment. Eine derartige Lagerung des Antriebsmotors ist wegen des ungünstigen Verhältnisses von Motorgewicht und Meßwertgröße mit zu großen Reibungsverlusten behaftet. Die Verformungswiderstände der Stromzuführungskabel zu dem Antriebsmotor verfälschen den Meßwert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Messung von Wellendrehmomenten verfügbar zu machen, die sehr einfach aufgebaut ist, wenig störungsempfindlich ist und Meßwerte hoher Genauigkeit liefert.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung erfindungsgemäß gekennzeichnet durch
eine erste Welle und eine zu dieser exzentrische, zweite Welle, die über eine formschlüssige Drehmomentübertragung gekoppelt sind;
und eine Einrichtung zum Bestimmen des Reaktionsmoments der zweiten Welle um die Achse der ersten Welle, wenn die zweite Welle über die Drehmomentübertragung angetrieben wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich ganz besonders zur Messung von kleinen Momenten. Man kann das übertragene Drehmoment dauernd oder für ein Experiment begrenzter Zeitdauer messen.

Vorzugsweise ist die zweite Welle eine wegführende Nutzwelle oder direkt an die Nutzwelle angeschlossen. Mittels der erfindungsgemaßen Vorrichtung lassen sich z. B. Drehmomente bzw. Leistungsbedarf an/von Getrieben, Spiralbohrerschneiden, Wellendichtungen, Kolbenmotoren, Seiltrommeln und vieles andere bestimmen.

Die zweite Welle kann achsparallel mit Abstand zu der ersten Welle angeordnet sein. Alternativ kann die zweite Welle in der Lage einer Kegelmantellinie in Relation zu der ersten Welle, die in der Kegelachse angeordnet ist, angeordnet sein. In diesem Fall ist es besonders bevorzugt, wenn die zweite Welle über ein Gelenk an eine wegführende Nutzwelle angeschlossen ist. Auf diese Weise läßt sich die Nutzwelle fluchtend mit der ersten Welle anordnen, was aber nicht zwingend erforderlich ist. Das Gelenk kann insbesondere ein Kreuzgelenk oder ein homokinetisches Gelenk sein; insbesondere bei relativ niedrigen zu übertragenden Drehmomenten kann das Gelenk als ein elastisches Zwischenglied ausgebildet sein.

Für die praktische Ausführung der Einrichtung zum Bestimmen des Reaktionsmoments gibt es eine ganze Reihe sinnvoller Möglichkeiten. Als besonders bevorzugt seien der Einsatz eines Wegaufnehmers oder eines Druckaufnehmers oder eines Dehnungsmeßstreifens genannt. Außerdem wird auf die besonders preisgünstige und daher auf einigen technischen Gebieten bevorzugte Möglichkeit hingewiesen, das Reaktionsmoment der zweiten Welle gegen eine Feder arbeiten zu lassen und den Meßwert ohne weitere elektrische Bauteile, gleich aus dem Verformungsweg der Feder abzulesen.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Rotationsviskosimeter, das unter Verwirklichung der ihre der Erfindung aufgebaut ist. Das Rotationsviskosimeter weist einen Antriebsmotor und eine von dem Antriebsmotor antreibbare Meßwelle auf und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine an den Antriebsmotor angeschlossene, erste Welle und eine zweite Welle, welche die Meßwelle bildet oder an die Meßwelle angeschlossen ist, über eine formschlüssige Drehmomentübertragung gekoppelt sind;
und daß eine Einrichtung zum Bestimmen des Reaktionsmoments der zweiten Welle um die Achse der ersten Welle, wenn die zweite Welle über die Drehmomentübertragung angetrieben wird, vorgesehen ist.

Es wird darauf hingewiesen, daß das erfindungsgemäße Rotationsviskosimeter eines oder mehrere der beschriebenen Vorzugsmerkmale aufweisen kann.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines schematisiert zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels noch näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Vorrichtung zur Messung von Wellendrehmomenten in Seitenansicht

Fig. 2 die Vorrichtung von Fig. 1 im Schnitt gemäß II-II.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung weist einen elektrischen Antriebsmotor 2 mit einer herausgeführten Welle 4 auf, welche funktionell der in der Beschreibungseinleitung angesprochenen, ersten Welle entspricht. Wenn man sich die Mittelachse der ersten Welle 4 als Zentralachse eines Kegels vorstellt, dann liegt die Zentralachse einer zweiten Welle 6 auf einer Kegelmantellinie dieses Kegels. Die erste Welle 4 und die zweite Welle 6 sind durch eine Einrichtung zur formschlüssigen Drehmomentübertragung, beim gezeichneten Ausführungsbeispiel durch ein Zahnradpaar 8 verwirklicht, miteinander gekoppelt.

An ihrem in Fig. 1 unteren Ende ist die zweite Welle 6 über ein Gelenk 10 an eine wegführende Nutzwelle 12 der Vorrichtung angeschlossen. Die Zentralachse der ersten Welle 4 und die Zentralachse der Nutzwelle 12 fluchten miteinander.

Um die zweite Welle 6 ordnungsgemäß in ihrer Lage (oder ihrem Lagebereich) zu halten, ist ein plattenartiges Bauteil 14 vorgesehen, das schwenkbar auf der ersten Welle 4 gelagert ist und in dem die zweite Welle 6 mit einem Lager 16 rotierbar gelagert ist. In Fig. 2 erkennt man, daß das Bauteil 14 über eine Feder 18, die z. B. relativ zu der Zentralachse der ersten Welle 4 in Umfangsrichtung verläuft, an einem ortsfesten Bauteil 20, z. B. einem Gehäuse der Vorrichtung oder einem mit dem Gehäuse der Vorrichtung verbundenen Bauteil, abgestützt ist. Zwischen dem schwenkbaren Bauteil 14 und dem ortsfesten Bauteil 20 ist ferner ein Wegaufnehmer 22 angeordnet, der ein elektrischen Ausgangssignal liefert.

Wenn der Antriebsmotor 2 in Drehung versetzt wird und über die erste Welle 4, das Zahnradpaar 8, die zweite Welle 6 und das Gelenk 10 die Nutzwelle 12 antreibt, resultiert an der zweiten Welle 6 ein Reaktionsmoment um die Zentralachse der ersten Welle 4. Infolge dieses Reaktionsmoments hat die zweite Welle 6 das Bestreben, sich in Umfangsrichtung der weiter vorn angesprochenen Kegelmantelfläche zu bewegen, wobei das Ausmaß dieser Bewegung durch die Federhärte der Feder 18 bestimmt wird. Das Reaktionsmoment ist umso größer, je höher das Drehmoment am Zahnradpaar 8 ist. Oder in anderen Worten: Bei gegebenem Antriebsmotor 2 hängt das Reaktionsmoment davon ab, wie groß das bremsende Gegenmoment an der Nutzwelle 12 ist. Somit läßt sich mittels des Wegaufnehmers 22 ein Wert messen, der für das an der Nutzwelle 12 abgegebene Drehmoment repräsentativ ist.

Statt der Anordnung aus Feder 18 und Wegaufnehmer 22 kann man insbesondere auch einen Druckaufnehmer vorsehen, der den Vorteil hat, die zwischen dem Bauteil 14 und dem Bauteil 20 übertragene Kraft praktisch ohne Ortsverlagerung des Bauteils 14 erfassen zu können. Eine weitere Alternative besteht darin, das Bauteil 14 ortsfest in der Vorrichtung zu befestigen (statt es schwenkbar um die erste Welle 4 zu lagern) und z. B. mittels eines Dehnungsmeßstreifens an dem Bauteil 14 das beschriebene Reaktionsmoment zu erfassen.

Eine besonders einfach aufgebaute Alternative besteht darin, die zweite Welle 6 mittels einer hinreichend weichen Feder gegen Drehung um die Zentralachse der ersten Welle 4 abzustützen und die Verlagerung der zweiten Welle 6 unter dem Reaktionsmoment unmittelbar an einer Bogenskala abzulesen. Der Arbeits-Verlagerungsweg der zweiten Welle 6 kann einen beträchtlichen Teil eines vollen Kreisbogens, insbesondere bis zu 300°, ausmachen. Es ist ein sehr hohes Auflösungsvermögen erreichbar.

Es wird darauf hingewiesen, daß insbesondere dann, wenn die zweite Welle 6 unter der Wirkung des Reaktionsmoments keine wesentliche Ausweichbewegung vollführt, die Vorrichtung besonders problemlos auch in einer Konfiguration ausgeführt werden kann, in der die zweite Welle 8 mit Abstand achsparallel zu der ersten Welle 4 verläuft. In diesem Fall ist das Gelenk 10 normalerweise entbehrlich.

Die Beschreibung des Ausführungsbeispiels hat vor Augen geführt, daß die Erfindung mit nur einem einzigen Zahnradpaar und daher mit minimierten Reibungsverlusten, welche die Meßgenauigkeit beeinträchtigen könnten, verwirklichbar ist.

Wenn man sich an der wegführenden Nutzwelle 12 einen Rotor vorstellt, dann hat man ein Viskosimeter mit seinen wichtigen Funktionsteilen vor sich. Wenn man die Nutzwelle 12 mit dem Rotor, die also zusammen eine Meßwelle darstellen, in eine Flüssigkeit eintaucht, deren Viskosität man messen will, und den Motor 2 in Gang setzt, kann man über das beschriebene Reaktionsmoment die Viskosität der Flüssigkeit messen.

Claims

1. Vorrichtung zur Messung von Wellendrehmomenten, gekennzeichnet durch
eine erste Welle (4) und eine zu dieser exzentrische, zweite Welle (6), die über eine formschlüssige Drehmomentübertragung (8) gekoppelt sind;
und eine Einrichtung (22) zum Bestimmen des Reaktionsmoments der zweiten Welle (6) um die Achse der ersten Welle (4), wenn die zweite Welle (6) über die Drehmomentübertragung (8) angetrieben wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (6) eine wegführende Nutzwelle ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (6) achsparallel mit Abstand zu der ersten Welle (4) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (6) in der Lage einer Kegelmantellinie in Relation zu der ersten Welle (4) in der Kegelachse angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Welle (6) über ein Gelenk an eine wegführende Nutzwelle (12) angeschlossen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nutzwelle mit der ersten Welle (4) fluchtend vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (22) zum Bestimmen des Reaktionsmoments zwischen einem Bauteil (14), das ein Lager (16) der zweiten Welle (6) trägt, und einem ortsfesten Bauteil (20) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen des Reaktionsmoments einen Wegaufnehmer (22) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bestimmen des Reaktionsmoments einen Druckaufnehmer aufweist.

10. Rotationsviskosimeter mit einem Antriebsmotor (2) und einer von dem Antriebsmotor (2) antreibbaren Meßwelle (12), dadurch gekennzeichnet, daß eine an den Antriebsmotor (2) angeschlossene, erste Welle (4) und eine zweite Welle (6), welche die Meßwelle bildet oder an die Meßwelle (12) angeschlossen ist, über eine formschlüssige Drehmomentübertragung (8) gekoppelt sind; und daß eine Einrichtung (22) zum Bestimmen des Reaktionsmoments der zweiten Welle (6) um die Achse der ersten Welle (4), wenn die zweite Welle (6) über die Drehmomentübertragung (8) angetrieben wird, vorgesehen ist.