DE202006019762U1

DE202006019762U1 - Device for measuring torques

Info

Publication number: DE202006019762U1
Application number: DE200620019762
Authority: DE
Original assignee: PROMESS GES fur MONTAGE und P; Promess Gesellschaft fur Montage- und Pruefsysteme Mbh
Current assignee: PROMESS GES fur MONTAGE und P; Promess Gesellschaft fur Montage- und Pruefsysteme Mbh
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-04-30
Anticipated expiration: 2016-12-28

Abstract

Vorrichtung zum Messen von Drehmomenten zwischen einem ruhenden und einem rotierenden Teil, bei der beide Teile unter der Einwirkung von Axialkräften stehen, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Lufttisch (2) mit einem sich über ein Luftpolster auf einem Untertisch (19) abstützenden Obertisch (20) aufweist und dass der ein Auflager für das ruhende Teil bildende Obertisch (20) mit mindestens einem Ausleger (26) versehen ist, dessen dem Zentrum (35) des Obertisches (20) abgewandtes Ende auf einen Kraftmesssensor (27) einwirkt, der in einem vorgegebenen Abstand (r) vom Zentrum (35) des Lufttisches (2) angeordnet ist.contraption for measuring torques between a stationary and a rotating one Part in which both parts are under the action of axial forces, characterized in that it has an air table (2) with a on a Air cushion on a lower table (19) supporting the upper table (20) and that's a support for the resting part forming upper table (20) with at least one boom (26) of which the center (35) of the upper table (20) opposite end acting on a force measuring sensor (27), the in a predetermined distance (r) from the center (35) of the air table (2) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen von Drehmomenten zwischen einem ruhenden und einem rotierenden Teil, bei der beide Teile unter der Einwirkung von Axialkräften stehen.The The invention relates to a device for measuring torques between a stationary and a rotating part, in which both Parts are under the action of axial forces.

Vorrichtungen der vorstehenden Art werden beispielsweise verwendet, um sich anhand der gleichzeitig gemessenen Axialkräfte und Drehmomente ein Bild über das Standzeitverhalten von Bohrwerkzeugen zu machen. Das Verhältnis zwischen den Axialkräften und den Drehmomenten liegt dabei in Bereichen, die mit üblichen Kombinationssensoren und Messtechniken problemlos beherrschbar sind. Anders liegen die Dinge dann, wenn gleichzeitig hohe Axialkräfte und sehr kleine Drehmomente gemessen werden sollen. Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg zur Bestimmung von in Verbindung mit hohen Axialkräften auftretenden kleinen Drehmomenten in Form von Reibungsmomenten aufzuzeigen. Die Größe entsprechend kleiner, gleichwohl aber für die Wärmeentwicklung maßgeblicher Reibungsmomente ist beispielsweise bei Axiallagern, insbesondere Kegelrollenlagern von Interesse.devices For example, the above type is used to refer to At the same time measured axial forces and torques take a picture of the To make life-time behavior of drilling tools. The relationship between the axial forces and the torques lies in areas that are common Combination sensors and measurement techniques are easily manageable. Different lie things then, if at the same time high axial forces and very small torques to be measured. The object of the invention is a way for the determination of high axial forces show small torques in the form of friction moments. The Size accordingly smaller, but for the heat development authoritative Frictional moments, for example, in thrust bearings, in particular Tapered roller bearings of interest.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung der in Betracht gezogenen Art, die einen Lufttisch mit einem sich über ein Luftpolster auf einem Untertisch abstützenden Obertisch aufweist und bei der ein Auflager für den das ruhende Teil bildenden Obertisch mit mindestens einem Ausleger versehen ist, dessen dem Zentrum des Obertisches abgewandtes Ende auf einen Kraftmesssensor einwirkt, der in einem vorgegebenen Abstand vom Zentrum des Lufttisches angeordnet ist.Is solved the task according to the invention by a device of considered type, which is an air table with a spread over an air cushion supported on a table Obertisch has and in which a support for the resting part forming Upper table is provided with at least one arm, whose the Center of the upper end facing away from a force measuring sensor acting at a predetermined distance from the center of the air table is arranged.

Zum Einleiten der Drehbewegung und der Axialkräfte in das rotierende Teil bedient man sich dabei einer mit einem Axialkraftsensor versehenen, elektromechanischen Fügeeinheit. Dadurch, dass die Sensorik für die Axialkraft und die Sensorik für das Drehmoment auf unterschiedliche Komponenten, nämlich einerseits auf die elektromechanische Fügeeinheit und andererseits auf den Lufttisch verteilt sind, ist die bei der Verwendung von gleichzeitig die Axialkraft und das Drehmoment messenden Kombinationssensoren auftretende Gefahr des sogenannten Übersprechens gebannt, d. h. durch eine hohe Axialkraft erzeugte, scheinbare Drehmomentsignale treten nicht mehr auf. Der Vorteil der Verwendung einer regelmäßig mit einer Kugelumlaufspindel versehenen, elektromechanischen Fügeeinheit zum Aufbringen der Axialkraft besteht im Übrigen darin, dass sie, anders als beispielsweise eine hydraulische Fügeeinheit, eine fein dosierbare Axialkrafteinleitung ermöglicht. In Abweichung von der Bauweise üblicher elektromechanischer Fügeeinrichtungen ist die für den hier beschriebenen Zweck benötigte Fügeeinheit nicht mit nur einem, sondern mit zwei Elektromotoren ausgestattet, von denen einer zum Antrieb des die Axialkraft erzeugenden Druckstempels der Fügeeinheit und einer zur Einleitung einer Rotationsbewegung in einen Dreheinsatz dient, der am dem Lufttisch zugewandten Ende des Druckstempels angeordnet ist.To the Introducing the rotational movement and the axial forces into the rotating part it uses a provided with an axial force sensor, electromechanical Joining unit. Because of the sensor technology for the axial force and the sensors for the torque on different Components, namely on the one hand to the electromechanical joining unit and on the other Distributed on the air table is the case of using simultaneously the axial force and the torque measuring combination sensors occurring danger of so-called crosstalk banned, d. H. generated by a high axial force, apparent torque signals do not occur anymore. The benefit of using a regular with a ball screw provided, electromechanical joining unit Incidentally, for applying the axial force, it is different as for example a hydraulic joining unit, a finely dosed Axial force introduction possible. In deviation from the construction usual electromechanical joining devices is that for needed the purpose described here joining unit not equipped with one, but with two electric motors, of which one for driving the thrust generating thrust stamp the joining unit and one for initiating rotational movement in a rotating insert serves, which arranged on the air table facing the end of the plunger is.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung zweier in den beigefügten Zeichnungen dargestellter Ausführungsformen der Erfindung. Es zeigen:Further Details and features of the invention will become apparent from the following Description of two shown in the accompanying drawings embodiments the invention. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, 1 a perspective view of a device according to the invention,

2 eine zweite perspektivische Ansicht der Vorrichtung gemäß 1, 2 a second perspective view of the device according to 1 .

3 teilweise im Schnitt eine Seitenansicht der Vorrichtung gemäß den 1 und 2, 3 partially in section a side view of the device according to the 1 and 2 .

4 in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit A aus 3, 4 on a larger scale a detail A from 3 .

5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß den 1 bis 3 und 5 a plan view of the device according to the 1 to 3 and

6 eine Draufsicht auf eine modifizierte Ausführungsform des Lufttisches für eine Vorrichtung nach den 1 bis 5. 6 a plan view of a modified embodiment of the air table for a device according to the 1 to 5 ,

In den Figuren sind mit 1 eine in bekannter Weise mit einem nicht dargestellten Axialkraftsensor versehene elektromechanische Fügeeinheit und mit 2 ein Lufttisch bezeichnet.In the figures are with 1 a provided in a known manner with an axial force sensor, not shown, electromechanical joining unit and with 2 an air table called.

Die Fügeeinheit 1 und der Lufttisch 2 sind an einem L-fömigen Ständer 3 befestigt. Die Fügeeinheit 1 ist mit zwei Elektromotoren 4 und 5 ausgestattet, von denen der Motor 4 zum Antrieb ihres Druckstempels 6 dient, während der Motor 5 genutzt wird, um eine Rotationsbewegung in einen am unteren Ende des Druckstempels 6 gelagerten Dreheinsatz 7 einzuleiten. Die Übertragung der Rotationsbewegung von der Welle 8 des Motors 5 auf den Dreheinsatz 7 erfolgt mittels eines Riementriebes mit zwei durch einen Zahnriemen 9 miteinander verbundenen Riemenscheiben 10 und 11. Der Riementrieb ist in einem Gehäuse 12 untergebracht, das eine Tragplatte 13 für den Elektromotor 5 aufweist, die fest mit einem am Druckstempel 6 befestigten Adapter 14 zur Aufnahme des Dreheinsatzes 7 verbunden ist. Der Riementrieb und der Druckstempel 6 führen folglich synchrone Auf- und Abwärtsbewegungen aus.The joining unit 1 and the air table 2 are on an L-shaped stand 3 attached. The joining unit 1 is with two electric motors 4 and 5 equipped, of which the engine 4 to drive her printing stamp 6 serves while the engine 5 is used to make a rotational movement in one at the lower end of the plunger 6 stored turning insert 7 initiate. The transmission of the rotational movement of the shaft 8th of the motor 5 on the turning operation 7 takes place by means of a belt drive with two by a toothed belt 9 interconnected pulleys 10 and 11 , The belt drive is in a housing 12 housed, which is a support plate 13 for the electric motor 5 that is fixed to one on the plunger 6 attached adapter 14 for recording the turning operation 7 connected is. The belt drive and the plunger 6 thus perform synchronous up and down movements.

Der Dreheinsatz 7 ist mit Hilfe eines Schrägkugellagers 15 drehbar im Adapter 14 gelagert, wobei der Außenring 16 des Schrägkugellagers 15 mit dem Adapter 14 durch Schrauben 17 verbunden ist. Mit dem Dreheinsatz 7 ist ein Justierteil 18 ver bunden, dessen Form an die Form des jeweils zu untersuchenden Prüflings angepasst ist.The turning insert 7 is with the help of an angular ball bearing 15 rotatable in the adapter 14 stored, with the outer ring 16 of angular contact ball bearing 15 with the adapter 14 by screws 17 connected is. With the turning insert 7 is an adjustment part 18 ver connected, the shape of which is adapted to the shape of each test specimen to be examined.

Der Lufttisch 2 besteht im Wesentlichen aus zwei mit hoher Genauigkeit bearbeiteten, planparallelen Platten, von denen die untere einen Untertisch 19 und die obere einen Obertisch 20 bildet. Der Untertisch 19 ist mit einer Vielzahl von gleichmäßig verteilten, in taschenförmige Aussparungen 21 an seiner Oberseite mündenden Luftzuführkanälen 22 versehen, die zum Aufbau eines Luftpolsters zwischen dem Untertisch 19 und dem Obertisch 20 mit Druckluft beaufschlagt werden. Um den Obertisch 20 beim Aufbau des Luftpolsters gegen ein seitliches „Wegschwimmen" zu sichern, ist der Lufttisch 2 mit einem Führungsrahmen 23 versehen, gegen den sich der Obertisch 20 über Kugeln 24 abstützt.The air table 2 consists essentially of two machined with high accuracy, plane-parallel plates, of which the lower one undercounter 19 and the upper one upper table 20 forms. The undercounter 19 is with a variety of evenly spaced, in pocket-shaped recesses 21 on its upper side opening air supply ducts 22 provided for the construction of an air cushion between the undertable 19 and the upper table 20 be acted upon with compressed air. To the upper table 20 To secure against the lateral "floating away" during the construction of the air cushion is the air table 2 with a guide frame 23 provided, against which the upper table 20 over balls 24 supported.

Ein mit dem Obertisch 20 verbundener Haltering 25 weist zwei um 180° zueinander versetzte Ausleger 26 auf, die beim Betrieb der Vorrichtung mit zwei Kraftmesssensoren 27 zusammenwirken, die an jeweils einem Schenkel 28 eines im Wesentlichen U-förmigen Haltebügels 29 gelagert sind, der fest mit dem Untertisch 19 verbunden ist. Ein in einem zweiten Schenkel 30 des Haltebügels 29 gelagerter Anschlag 31 hält die Ausleger 26 in der dargestellten Winkelposition.One with the upper table 20 connected retaining ring 25 has two offset by 180 ° to each other boom 26 on when operating the device with two force sensors 27 interact, which in each case on a leg 28 a substantially U-shaped retaining bracket 29 are stored firmly with the undertable 19 connected is. One in a second leg 30 of the retaining clip 29 stored stop 31 holding the arms 26 in the illustrated angular position.

Der Obertisch 20 ist ebenfalls mit einem Justierteil 32 für den Prüfling versehen, der im gezeigten Ausführungsbeispiel von einem Kegelrollenlager 33 gebildet wird.The upper table 20 is also with an adjustment part 32 provided for the test specimen, in the illustrated embodiment of a tapered roller bearing 33 is formed.

Zur Bestimmung des Reibungsmomentes des Kegelrollenlagers 33 unter Axiallast wird das Kegelrollenlager 33 auf das an seine Abmessungen angepasste, auswechselbare Justierteil 32 gesetzt und der Spalt 34 zwischen dem Untertisch 19 und dem Obertisch 20 mit Druckluft beaufschlagt. Praktisch gleichzeitig mit dem Aufbau des Druckluftpolsters zwischen dem Untertisch 19 und dem Obertisch 20 wird das untere Ende des Justierteiles 18 abgesenkt und zwischen ihm und dem Innenring des Kegelrollenlagers 33 kommt es zum Reibungsschluss, der bei laufendem Motor 5 zur Mitnahme des Innenringes des Kegelrollenlagers 33 führt. Aufgrund der Lagerreibung zwischen den Wälzkörpern und den Lagerringen des Kegelrollenlagers 33 wird in dessen Außenring ein Drehmoment bzw. Reibungsmoment eingeleitet, das den Obertisch 20 in eine Drehbewegung versetzen würde, wenn sich die Ausleger 26 nicht gegen die jeweiligen Stirnflächen der Kraftmesssensoren 27 abstützen würden. Die von den Sensoren 27 gemessene Kraft wird zur Bestim mung des Reibungsmomentes mit dem Abstand des Kraftangriffspunktes vom Zentrum 35 des Lufttisches 2 multipliziert. Da das Reibungsmoment in hohem Maße von der Axialkraft abhängt, ist es für die Ermittlung des Zusammenhanges zwischen dem Reibungsmoment und der Axialkraft außerordentlich wichtig, möglichst genau definierte Axialkräfte zu erzeugen. Dieser Zielsetzung genügen, wie oben bereits zum Ausdruck gebracht, Fügeeinheiten in Form elektromechanischer Pressen in hohem Maße, da sich mit ihnen programmierte Kräfte anders als mit hydraulischen Pressen sehr genau, d. h. mit einer Abweichung von weniger als 0,5 % aufbringen lassen.For determining the frictional torque of the tapered roller bearing 33 under axial load is the tapered roller bearing 33 on the adapted to its dimensions, interchangeable adjusting part 32 set and the gap 34 between the undertable 19 and the upper table 20 pressurized with compressed air. Practically at the same time as the construction of the compressed air cushion between the undertable 19 and the upper table 20 becomes the lower end of the adjustment part 18 lowered and between it and the inner ring of the tapered roller bearing 33 it comes to frictional engagement, with the engine running 5 to take the inner ring of the tapered roller bearing 33 leads. Due to the bearing friction between the rolling elements and the bearing rings of the tapered roller bearing 33 in the outer ring, a torque or friction torque is introduced, which is the upper table 20 would put in a rotary motion when the boom 26 not against the respective end faces of the force measuring sensors 27 would support. The ones from the sensors 27 Measured force becomes the determination of the frictional torque with the distance of the point of application of force from the center 35 of the air table 2 multiplied. Since the friction torque depends to a large extent on the axial force, it is extremely important for the determination of the relationship between the friction torque and the axial force to generate the most accurately defined axial forces. As already stated above, this objective is met to a great extent by joining units in the form of electromechanical presses, since forces programmed with them can be applied very accurately, ie with a deviation of less than 0.5%, unlike with hydraulic presses.

Die Verwendung eines Führungsrahmens 23, gegen den sich der Obertisch 20 über Kugeln 20 abstützt, kann unter ungünstigen Bedingungen zu einer negativen Beeinflussung von Messergebnissen führen. Bei der in 6 dargestellten Ausführungsform der Erfindung werden deshalb abweichend von der oben beschriebenen Lösung vier pneumatisch betätigbare Zentrierstößel 36 verwendet, die zwischen zwei Positionen hin- und herbewegbar sind. In der im unteren Teil der 6 angedeuteten Zentrierposition liegen die Enden der Zentrierstößel 36 gegen einen Ringbund 37 des Obertisches 20 an und gewährleisten ein problemloses Eintauchen des unteren Endes des Justierteiles 18 in den Innenring des Kegelrollenlagers 33. Sobald die Zentrierung des Obertisches 20 durch das Justierteil 18 gewährleistet ist, werden die Zentrierstößel 36 aus der im unteren Teil der 6 gezeigten Position in die im oberen Teil dieser Figur dargestellte Lage zurückbewegt.The use of a guide frame 23 , against which the upper table 20 over balls 20 under unfavorable conditions may lead to a negative impact on measurement results. At the in 6 illustrated embodiment of the invention are therefore deviating from the solution described above, four pneumatically actuated centering ram 36 used, which are reciprocated between two positions. In the lower part of the 6 indicated centering position are the ends of the Zentrierstößel 36 against a ring collar 37 of the upper table 20 and ensure easy immersion of the lower end of the adjustment 18 in the inner ring of the tapered roller bearing 33 , Once the centering of the upper table 20 through the adjusting part 18 is guaranteed, the centering rams 36 from the lower part of the 6 shown moved back position shown in the upper part of this figure.

Anstelle pneumatisch angetriebener Zentrierstößel 36 können auch als Anker von Hubmagneten ausgebildete Zentrierstößel verwendet werden.Instead of pneumatically driven centering ram 36 can also be used as anchors of solenoids trained centering ram.

Der Einsatz der beschriebenen Messvorrichtungen ist nicht auf die Prüfung von Wälzlagern beschränkt. So lassen sich beispielsweise mit einschlägigen Messvorrichtungen auch Kurven ermitteln, die beim Reibungsschweißen die Abhängigkeit zwischen den durch den Schweißstempel auf das Schweißgut ausgeübten Axialkräften und den Reibungsmomenten zeigen.Of the Use of the described measuring devices is not based on the testing of roller bearings limited. Thus, for example, with relevant measuring devices also Curves determine the friction between the friction between the the welding stamp on the weld metal exerted axial forces and show the friction moments.

Claims

Device for measuring torques between a stationary and a rotating part, in which both parts are under the action of axial forces, characterized in that they have an air table ( 2 ) with one over an air cushion on a lower table ( 19 ) supporting upper table ( 20 ) and that the upper table forming a support for the stationary part ( 20 ) with at least one boom ( 26 ), of which the Center ( 35 ) of the upper table ( 20 ) facing away from a force measuring sensor ( 27 ) acting at a predetermined distance (r) from the center ( 35 ) of the air table ( 2 ) is arranged.

Apparatus according to claim 1, characterized ge indicates that, for applying the axial forces, an electromechanical joining unit provided with an axial force sensor ( 1 ) serves.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the joining unit ( 1 ) with two electric motors ( 4 . 5 ), one of which ( 4 ) for actuating the thrust generating pressure stamp ( 6 ) and one for initiating a rotational movement in a rotary insert ( 7 ), which at the air table ( 2 ) facing the end of the plunger ( 6 ) is stored.

Apparatus according to claim 3, characterized in that the turning insert ( 7 ) has a pin which by means of a rolling bearing ( 15 ) in a recess of one at the end of the plunger ( 6 ) mounted adapter ( 14 ) is stored.

Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that the turning insert ( 7 ) with a pulley ( 11 ), in which by a toothed belt ( 9 ) A rotational movement can be introduced.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the upper table ( 20 ) of a guide frame ( 23 ) is surrounded.

Apparatus according to claim 6, characterized in that between the upper table ( 20 ) and the guide frame rolling elements ( 24 ) are arranged.

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that for centering the air table ( 2 ) during the construction of an air cushion at least three over the circumference of the upper table ( 20 ) distributed centering rams ( 36 ) serve.

Apparatus according to claim 8, characterized in that the reciprocating Zentrierstößel ( 36 ) against a collar ( 37 ) of the upper table ( 20 ) can be brought to the plant.

Device according to one of claims 3 to 9, characterized in that the turning insert ( 7 ) and the upper table ( 20 ) with adjusting parts ( 18 . 32 ) for the examinee to be examined ( 33 ) are provided.

Device according to one of claims 3 to 10, characterized in that for driving the rotary insert ( 7 ) serving electric motor ( 5 ) on a support plate ( 13 ) is attached, which with the plunger ( 6 ) connected is.

Device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the electromechanical joining unit ( 1 ) and the air table ( 2 ) on an L-shaped stand ( 3 ) are attached.