DE1955774C3 - Vorrichtung zum Messen von Drehmomenten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Drehmomenten zwischen einem treibenden und einem getriebenen System mit einem dazwischengeschalteten Torsionskörper, der bei gegenseitiger Verdrehung seiner Enden auf zwischen einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger angeordnete Polarisatoren derart einwirkt, daß der Lichtdurchlaß verändert wird.

Zweck solcher Vorrichtungen ist es, auftretende Drehmomente zwischen beispielsweise einem Motor und einem gegebenen Getriebe, das von dem Motor angetrieben werden soll, zu ermitteln. Diese Drehmomente sind beträchtlichen Schwankungen unterworfen, abhängig von Beschleunigungen und Verzögerungen bzw. von weiteren Lasten, die an das Getriebe angeschaltet werden. Die ermittelten Werte dienen dann der richtigen Dimensionierung aller Bauteile.

Es ist bekannt, zur Durchführung dieser Messungen auf induktivem Wege arbeitende Meßgeräte einzusetzen. Es ist aber auch eine Vorrichtung zum Messen von Drehmomenten bekannt, bei der die durch eine Torsionsbeanspruchung an einer hohlen Welle auftretenden Verdrehungen von zwei Polarisatoren gegenüber einer Halbwellenplatte innerhalb der hohlen Welle eine Veränderung der Energie des

,durchgehenden polarisierten Lichtes zur Folge hat,

was von einer lichtelektrischen Zeile aufgenommen und durch ein Meßgerät ausgewertet wird. Die HaIbwtllenplatte stellt sich als eine in der Optik ge-

bräuchliche Platte aus doppeltbrechendem Material dar, die bei den hindurchfallenden Lichtstrahlen eine

Phasenverschiebung und damit eine Veränderung des Lichtstromes bewirkt.

Eine andere Einrichtung zur Anzeige von relativen

ίο Formänderungen ist bekannt, bei der Polarisations-ί fjlteits.o,auf einer Welle angeordnet sind, daß sich bei ' Verdrehung der Welle infolge Torsionsbeanspruchung auch die Polarisationsfilter gegeneinander verdrehen. Dabei verändert sich der durch diese Polarisationsfilter geleitete Lichtstrom, was ebenfalls photoeiektrisch aufgenommen und durch eine Auswerteschaltung ausgewertet wird.

Bei beiden Einrichtungen wird der durch Verdrehung von Polarisationsfiltern geänderte Lichtstrom

ao photoelektrisch festgestellt und für ein Meßergebnis elektrisch ausgewertet. Das in diesem Falle beiden Einrichtungen zugrunde liegende gleiche Prinzip erfordert einen beträchtlichen Aufwand, insbesondere im Hinblick auf die spezielle Konstruktion der Welle.

a5 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine denkbar einfache Vorrichtung zum Messen von Drehmomenten zwischen einem treibenden und einem getriebenen System zu schaffen, deren unkomplizierte Meßmethode äußerst exakte Meßergebnisse garantiert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Torsionskörper selbst aus lichtdurchlässigem isotropem Material besteht, welches unter Belastung in der aus der Spannungsoptik bekannten

Weise eine optische Doppelbrechung bewirkt, und

daß dieser Torsionskörper zwischen einer Lichtquelle mit polarisiertem Licht und einem Lichtempfänger

mit vorgeschaltetem Analysator angeordnet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß ein Torsionskörper geschaffen worden ist, dessen Massenträgheitsmoment durch kein Übertragungssystem vergrößert wird. Lediglich der Torsionskörper wird in einer der jeweiligen Aufgabe entsprechenden Form mit der antreibenden und

der getriebenen Welle gekoppelt, während alle anderen erforderlr^n Einrichtungen unabhängig vom Torsionskörpe' ."^geordnet sind. Ein weiterer, mit der Erfindun'. e^r-"-'lter Vorteil besteht darin, daß zum Anordiiti. .«τ Meßvorrichtung nur ein äußerst geringer Pia¹,. N u-ni erforderlich ist.

Ausführungsbcispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

■ ; Fig. 1 die Meßvorrichtung mit einem stabförmigen Torsionskörper,

F i g. 2 die Meßvorrichtung mit einem scheibenförmigen Torsionskörper und

Fig.3. eine weitere Ausführungsform der Erfindung rnit Umlenkspiegeln. .

In F i g. 1 ist zwischen der Welle 2 eines treibenden Motors 1 und der Welle 3 eines in einem Gehäuse 4 gekapselten Getriebes ein Torsionsstab 5 aus lichtdurchlässigem Material angeordnet. Die Ankopplung des Stabes 5 geschieht mittels auf den Wellen 2,3 angeordneter Flansche 6,7 und auf dem Stab angeordneter Gegenflansche 8,9.

Das von einer auf der einen Seite des Stabes angeordneten Lichtquelle 10 ausgehende Licht wird zu-

nächst in einem Polarisator 11 linear polarisiert und quer durch den Torsionsstab 5 aindurchgeleitet Auf der entgegengesetzten Seite v»ird das Licht von einem Analysator 12, dessen Polarisationsebene senkrecht zu der des Polarisators 11 steht, aufgefangen, wobei zunächst kein Licht hindurchgelassen wirti

Eine durch Beschleunigungsänderung des antreibefiden Motors 1 oder durch Belastungsänderung auf der Abtriebsseite hervorgerufene Änderung des

sionskörpers 18, wobei das annähernd parallel zur Drehachse durch den Torsionskorper naiou.cnuulende polarisierte Licht wiederum mit mehl oaer weniger starker Intensität durch den Analysator l* mudurch auf das Fotoelement 13 g^elasse.? ^™,.™* eine leichtere Verwindbarkat des scheibenförmigen Torsionskörpers zu ermöglichen kann er nwι γuicubrächen versehen sein (nicht naher £*&»«»/. ^i

Aufbau nach F i g. 2 trägt ^Einba,%^erhal^tn'f?" *
Afb h 11 g nicni

der Abtriebsseite hervorgerufene Änderung des Aufbau nach F i g. 2 trägt ^E,%lf? Drehmomentes, äußert sich in einem Verwinden des io nung, in denen em Aufbau nach 11 g. nicni

d k

g
gebracht werden kann.

In F i g. 3 ist eine weitere, wiederum anaeren tinbauverhältnissen Rechnung tragende Auslunrungsform dargestellt. Im Inneren eines _rohrförmigen lor-21 id e kegeltormige ^P^gei a*

Spiegel 23 auf der Se
les wiederum nach außen gerichtet wird
10 und Polarisator 11 hegen demzuf?lße ^{auf der} »V; chen Seite des Torsionskörpers 21ί wie Anarysaior λ-i Adg bietet beson

Torsionssiabes 5. Die im Inneren des Torsionsstabes 5 dadurch auftretenden Spannungen machen den Werkstoff, wie aus der Spannungsoptik bekannt,

doppeltbrechend, d. h., die vom Polarisator 11 korn- form dargestellt. Im _

mende, linear polarisierte Lichtschwingung wird 15 sionskörpers 21 sind zwei kegeltormige ^P^gei a*.

beim Eintritt in den Torsionsst-b 5 in zwei Kompo- 23 mit den Spitzen zueinander derart ^anf ^or(?n«,

nenten zerlegt. Die Folge ist, daß der Analysator 12, daß ein auf den einen Spiegel 22 fallende"HS™"

der zunächst kein Licht hindurchließ, nunmehr einen strahl parallel zur Drehachse des ^roh™™SPn V^

Teil des Lichtes auf das dahinter angeordnete Foto- sionskörpers 21 umgelenkt und durch den zweiten

element 13 fallenläßt. Die Intensität des auf das Fo- ao Spiegel 23 auf der Seite des einfallenden LichUtrah-

toelement 13 fallenden Lichtes ist dabei proportional h ßen gerichtet wird

der Verwindung des Torsionsstabes 5.

Genausogut ist es natürlich möglich, Polarisator chen Seite des Torsionskörp

11 und Analysator 12 so anzuordnen, daß ihre PoIa- und Fotoelement Ϊ3. Diese Anordnung bietet besonrisationsebenen parallel ausgerichtet sind. Dann 25 dere Vorteile bei allen Embauverhaltnissen bei de-

nen der Torsionskorper 21 nur ™^{n em}" ™™;^r zugänglich ist. Dabei brauchen einfallender
austretender Lichtstrahl nicht P^aral«J ™ .^

g Durch Wahl eines anderen spitzen Winkeis,α* Ke-

nen, ohne das Wesen der Erfindung zu ändern, im 30 gelförmigen Spiegel 22, 23 kann vielmehr der Mrah-Strahlengang 14 Linsen angeordnet sein. lengang 14 so gelenkt werden daß fur die Anbnn

Das Fotoelement 13 wandelt das auftreffende gung von Lichtquelle 10 u nd Pol ansatorT1 bzw Licht in eine elektrische Größe um, die zunächst

einem Verstärker 15 und von dort einem Anzeigege- zur Verfügung ^/

rät 16 zugeführt wird. An Stelle des Anzeigegerätes 35 dung der Spiegel 22, 23 konnen diese ^ kann natürlich auch ein aufzeichnendes Gerät 17 dem «hrförmigen Tbraonskorper H ^

oder ein Oszillograph vorgesehen sein. ohne daß sich die Umlenkwinkel des Strahlenganges

In F i g. 2 ist an Stelle des stabförmigen Torsions- 14 verändern. „cfühnimxihei

körpers ein scheibenförmiger Torsionskörper 18 an- Es können an Stelle der in ^d« ^A"J^8*£

geordnet. Die beiden Wellen 2,3 greifen mittels 40 spielen dargestellten Kupplungsteile zw«^n Tor fweier Bügel 19, 20 um 90° versetzt auf entgegenge- sionskörper und Antriebswelle einerseit _ bzw^ An setzten Seiten des scheibenförmigen Torsionskörpers tibswelle andererseits anders feformte den jewMl· 18 an. Eine Änderung des Drehmomentes bewirkt
auch hier ein Verwinden des scheibenförmigen Tor-

parallel ausgerichtet

würde das Fotoelement 13 im Normaifall voll belichtet werden, während ein Verwinden des Torsionsstabes 5 eine Verringerung der auf das Fotoelement einwirkenden Lichtintensität zur Folge hätte. Auch kön-

lengang 14 so gelenkt werden d

gung von Lichtquelle 10 u nd Pol ansator

Analysator 12 und ^«^"V^S
zur Verfügung steht. Durch die
d Sil 22 23 konnen di

sionskörper und Antr _

triebswelle andererseits anders feformte den
gen Zweck am besten ansprechende Verbindungsele mente gewählt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen von Drehmomenten zwischen einem treibenden und einem getriebenen System mit einem dazwischengeschalteten Torsionskörper, der bei gegenseitiger Verdrehung seiner Enden auf zwischen einer Lichtquelle und einem Lichtempfänger angeordnete Polarisatoren derart einwirkt,.,daß der Lichtdurchlaß verändert wird, d^dur^h ge'ken lizeich ηέ t^:, daß der Torsibnskörper {5, 18, 21) selbst aus lichtdurchlässigem isotropem Material besteht, welches unter Belastung in der aus der Spannungsoptik bekannten Weise eine optische Doppelbrechung bewirkt, und daß dieser Torsionskörper zwischen einer Lichtquelle mit polarisiertem Licht (10, 11) und einem Lichtempfänger mit vorgeschaltetem Analysator (12, 13) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionskörper (5) stabförmig gestaltet und mit seiner Drehachse quer im Strahlengang (14) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionskörper (18) scheibenförmig gestaltet und mit seiner Drehachse annähernd parallel zum Strahlengang (14) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Torsionskörper (21) rohrförmig gestaltet ist und sich mit seiner Drehachse quer im Strahlengang (14) befindet und daß in seinem Inneren zwei kegelförmige Umlenkspiegel (22, 23) derart angeordnet sind, daß einfallendes und heraustretendes Licht auf derselben Seite des Torsionskörpers (21) liegen.