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Beschreibung zu der Patentanmeldung Drehmomentwandler = = = = = =
= = = = = = = = = = = Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentwandler, d.h.
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eine Vorrichtung, bei der eine Ausgangsgröße erhalten wird, die abhängt
vom Drehmoment in einer drehenden Welle.
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Ein erfindungsgemäßer Drehmomentwandler mit einer Wandleranordnung
aus Schnecke und'Schneckenrad, wobei die das Schnekkenrad antreibende Schnecke von
einer Eingangswelle angetrieben und das Schneckenrad mit einer Abtriebswelle gekuppelt
ist, ist gekennzeichnet durch eine Detektor-, Meßfühler- oder Meßwertgebervorrichtung,
deren Ausgangssignal proportional zu der durch das Schneckenrad auf die Schnecke
ausgeUbten Axialkraft ist.
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Die Schnecke ist vorzugsweise axial verschiebbar angeordnet, wobei
eine auf die Schnecke wirkende Feder diese in einer bestimmten, als Vorwärtsrichtung
bezeichneten Richtung drückt und die Detektorvorrichtung so angeordnet ist, daß
ein zum Axialabstand der Schnecke,von einer Bezugsstellung aus gemessen, proportionales
Ausgangssignal erhalten wird. In diesem Zusammenhang wird mit "vorwärts" die Bewegungsrichtung
des Sids am Radkranz bezeichnet, entlang dem die Schnecke und das Rad miteinander
in Eingriff stehen, wenn ein zu messendes Drehmoment auf diese wirkt.
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Die Bestimmung der Axialverschiebung der Schnecke kann auf mechanische
Weise erfolgen, wobei die Eingangswelle üblicherweise mit einem ringartigen Auf
satz, einer Hülse, Verbindungsmuffe oder dergleichen und einem damit verbundenen
mechanischen Kopplungs- oder Gliederwerk versehen ist, das proportional zur Bewegung
der Eingangswelle bewegt wird. Obgleich die Schnecke über eine Keilverzahnung gleitbar
auf die Eingangswelle aufgesetzt sein kann, werden Schnecke und Welle doch vorzugsweise
so gelayert, daß sie gemeinsam verschieblich sind. Zur Einstellung der Federspannung
kann eine entsprechende Vorrichtung vorgesehen sein.
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Es soll betont werden, daß die Federkraft proportional zur Axialverschiebung
der Schnecke ist, so daß die Detektor- oder Meßwertgebervorrichtung eine Kraftmeßdose
aufweisen kann, die so angeordnet ist, daß die Federkraft darauf einwirkt und von
der Kraftmeßdose ein zur Federkraft proportionales elektrisches Ausgangssignal erhalten
wird. Zweckmäßigerweise ist die Kraftmeßdose an einem Ende im Getriebegehäuse befestigt,
an dem auch der Einbau der Feder vorgesehen ist. Die Anordnung kann so getroffen
sein, daß die Schnecke oder die Eingangswelle nur eine begrenzte Axialverschiebung
entgegen der Wirkrichtung der Feder ausführen kann, worauf die Kraftmeßdose unmittelbar
der auf die Schnecke oder die Welle ausgeübten Kraft ohne Zwischenschaltung der
Feder ausgesetzt ist. Bei einigen Ausführungsformen
der Erfindung
kann die Feder auch insgesamt eingespart sein, und die Meßwertgebervorrichtung kann
lediglich eine -Kraftmeßdose aufweisen, die so angeordnet ist, daß sie der axialen
Rückwärtsverschiebung der Schnecke entgegenwirkt, wobei von der Kraftmeßdose ein
elektrisches Ausgangssignal erhalten wird, das proportional ist zur Axiallast, die
auf die Schnecke wirkt.
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Der Erfindung steht ein weites Anwendungsfeld offen, und sie eignet
sich besonders für automatische Steuer- oder Überwachungsvorrichtungen, die auf
das Drehmoment eines drehenden Teils ansprechen oder durch dieses Teil bestimmt
werden Soll beispielsweise die Energiezufuhr für eine drehende Vorrichtung unterbrochen
werden, wenn ein vorbestimmtes Drehmoment erreicht ist, so kann ein Unterbrecherkontakt
oder ein Ventil vorgesehen sein, die direkt und mechanisch durch die Verschiebung
der Schnecke oder Eingangswelle betätigt werden. So kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
etwa bei automatischen pneumatisch arbeitenden Schraubvorrichtungen, insbesondere
Mutternschraubvorrichtungen, verwendet werden,beidenen der Druckluftmotor durch
Betätigung eines Luftventils abgeschaltet wird, wenn die Eingangswelle bei der Verschiebung
eine vorbestimmte Lage in Bezug auf die Feder erreicht, wenn ein vorgegebenes Drehmoment
erreicht ist.
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Die Verwendung der Kraftmeßdose,durch die ein zum Drehmoment proportionales
elektrisches Ausgangssginal erhalten wird, ermöglicht eine verfeinerte Steuerung
oder Überwachung. So kann bei der Anwendung für eine automatische Mutternschraubvorrichtung
die Überwachung elektronisch in Abhängigkeit von vorgegebenen Drehmomentwerten erfolgen,
etwa verschieden für verschiedene Muttern, und zusätzlich kann durch die Kraftmeßdose
eine fortlaufende Anzeige oder Speicherung des Drehmoments erhalten werden.
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Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten sind an mehreren AusfUhrungsbeispielenXqppvp
chnungen näher erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 in schematischer Darstellung die Seitenansicht eines
erfindungsgemäßen Drehmomentenwandlers; Fiq. 2 ebenfalls in schematischer Seitenansicht
eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Drehmomentwandlers, und Fig.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer Mutternschraubvorrichtung unter Verwendung der
Erfindung.
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Der in Fig. 1 gezeigte Drehmomentwandler weist eine in einem Gehäuse
2 gelagerte Eingangswelle 1 auf, auf die an einem Ende eine Schnecke 3 aufgesetzt
ist, die mit einem Schneckenrad 4 kämmt, das von einer Ausgangs- oder Abtriebswelle
5 gehalten ist. Der Aufbau der Vorrichtung ist so gewählt, daß das Rad durch die
Schnecke normalerweise in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung gedreht wird.
Das Untersetzungsverhältnis von Schnecke und Rad beträgt 30:1. Über ein Gewinde
6 ist auf die Welle 1 ein Napfteil 7 aufgeschraubt, in das ein Ende einer die Welle
1 umgebenden Schraubenfeder 8 eingesetzt ist. Das andere Ende der Feder liegt gegen
eine auf der Welle gleitbaren Scheibe 9 an, und diese Scheibe liegt über ein Kugellager
10 gegen eine im Gehäuse 2 befestigte Kraftmeßdose 11 an.
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Die Feder 8 drückt die Welle 1 und die Schnecke 3 vorwärts, d.h. in
Richtung der Bewegung des Schneckenradkranzes, wenn dieses dem zu messenden Drehmoment
unterliegt. Wird der Drehung der Welle 5 Widerstand entgegengesetzt, so äußert sich
dies in einer Wirkung auf die Schnecke 3 als Versuch, diese gegen die Wirkung der
Feder 8 zurückzuschieben. Die Axialverschiebung von Welle 1 und Schnecke 3 gegen
die Feder hängt damit unmittelbar mit dem in der Vorrichtung wirkenden Drehmoment
zusammen. Das Ende der Welle 1 kann mechanisch mit einer Vorrichtung zur Anzeige
oder Verwendung des in dem Drehmomentenwandler wirkenden Drehmoments verbunden sein.
Das Drehmoment wird durch die Kraftmeßdose 11, die der auf die Feder 8 wirkenden
Belastung ausgesetzt ist ebenfalls umgewandelt.
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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist der Drehmomentwandler zur
Verwendung in einem System vorgesehen, bei dem die Arbeitsdrehmomente merklich größer
sind als der durch die Kompression der Feder 8 ermöglichte Bereich. Wird ein Drehmoment
von etwa 10 % des vollen Arbeitsmoments aufgebracht, so wird die Feder 8 bereits
so weit zusammengedrückt, daß das Ende 12 des Napfteils 7 gegen -die Scheibe 9 anliegt,
worauf die auf die Welle i wirkende Axialkraft direkt auf die Kraftmeßdose 11 ohne
Zwischenübertragung durch die Feder 8 einwirkt.
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Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ist die
Feder 8 ganz weggelassen worden, so daß keine größere Verschiebung der Welle 1 zulässig
ist. Die Axiallast der Welle 1 wirkt stets unmittelbar auf die Kraftmeßdose 11,
und die Scheibe 13 ist feststehend auf die Welle 1 aufgesetzt.
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Unter Bezug auf Fig. 3 wird die Erfindung nun anhand eines Blockschaltbilds
in Anwendung bei einer automatischen Mutternschraubvorrichtung gezeigt. Die Mutternschraubvorrichtung
weist eine Druckluftturbine 14 auf, die über eine Hochdruckluftleitung gespeist
wird und eine Welle 15 antreibt. Auf die Welle 15 ist ein elektrischer Generator
16 aufgesetzt, dessen Ausgangsgröße durch einen Regler 17 geregelt wird. Die Welle
15 treibt einen hydraulischen Drehmomentenwandler 18 an, der einen geschlossenen
Hydraulikkreis aufweist, der eine von der Welle 15 angetriebene Pumpe 19, einen
von der Pumpe 19 betätigten Motor 20 und ein veränderbares Ventil V umfaßt, durch
das in Abhängigkeit von elektrischen Signalen die hydraulische Kupplung zwischen
Pumpe und Motor veränderbar ist. Der Drehmomentenwandler ist nur schematisch dargestellt
und umfaßt tatsächlich eine konzentrische Anordnung von Pumpe und Motor mit einer
exzentrischen Ventilplatte, deren Exzentrizität zur Steuerung des Kupplungsgrades
zwischen Pumpe und Motor veränderbar ist.
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Vom Ausgang des Motors 20 aus wird ein Drehmomentenwandler/-Vervielfacher
21 der in Fig. 1 gezeigten Art angetrieben. Die Eingangswelle 1 ist direkt mit dem
Motor 20 verbunden, und die
Ausgangswelle 5 ist mit einem nicht
gezeigten Mutternhalter gekuppelt.
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Die Kraftmeßdose 11 erhält Strom von einer Kraftmeßdoseneinheit 22,
wobei das an der Einheit 22 erhaltene Ausgangssignal proportional ist zu der auf
die Kraftmeßdose wirkenden Belastung. Dieses Ausgangssignal wird über eine Leitung
23 einer nicht gezeigten Registrier oder Speichereinheit zur kontinuierlichen Anzeige
oder Speicherung des in der Vorrichtung wirkenden Drehmoments zugeführt. Das Ausgangssignal
wird außerdem einem Komparator 24 als ein Eingang zugeführtç während das andere
Eingangssignal des Komparators von einem Potentiometer 25 erhalten wird, das manuell
auf einen einem vorbestimmten Drehmoment entsprechenden Pegel eingestellt wird Sind
die.beiden Eingänge des Komparators 24 gleich, so liefert der Komparator einen Impuls
an eine Relaisverriegelungs- oder -einklinkeinheit 26. Diese liefert ein Unterbrechersignal
an das Ventil V, so daß die Mutternschraubvorrichtung stillgesetzt wird, wenn das
vorbestimmte Drehmoment erreicht ist. Die Einheit bleibt so lange fterbrochen, bis
die Mutternschraubvorrichtung wieder neu angesetzt. ist und der Schaltvorrichtung
26 über eine Leitung 27 ein neuer Setz- oder Sinschaltimpuls zugeführt wird.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend unter Bezug auf die Zeichnungen
dargelegte Beschreibung beschränkt. Beispielsweise kann bei Anwendung der Erfindung
auf eine Mutternschraubvorrichtung der Drehmomentwandler 21 mechanisch mit einem
einfachen Luftventil verbunden sein, das bei Verschiebung der Welle 1 um einen vorbestimmten
Abstand die Luftzufuhr zur Turbine unterbricht. In einer anderen Anordnung kann
der Drehmonentwandler 18 durch eine einfache elektromagnetische Kupplung ersetzt
sein, die durch das Unterbrechersignal ausgerückt wird.
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Bei solchen Anordnungen ist das durch die Schnecke mit Schnekkenrad
ermöglichte Untersetzungsverhältnis besonders nützlich.