DE2162366C2 - Torsionsmeßgerät - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Torsionsmeßgerät mit einem Drehmomentaufnehmer, dessen beide Endteile durch das Drehmoment um seine Längsachse gegeneinander verdreht werden, und einem ebenfalls zwei Endteile, die mit den Endteilen des Drehmomentaufnehmers fest verbunden sind, sowie ein Zwischenstück aufweisendem Übertragungsteil, wobei eines der beiden Endteile mit dem Zwischenstück über gegenüber der Längsachse schräg angeordnete Verbindiingsstrebcn verbunden ist, die an dem Endteil bzw. dem Zwischenstück drehbar an^elenkt sind und bei dem ferner die Längsbewegung des Zwischenstücks bei Verdrehung des Drehmomentaufnehmers von einem Meßgerät abgegriffen wird.

Ein derartiges Torsionsmeßgerät ist aus der US-PS 27 37 049 bekanntgeworden. Der Übertragungsteil wird dabei durch eine Hülse gebildet, deren beide Enden auf die beiden Enden des Drehmomentaufnehmers, welcher zwischen diesen Enden einen geringeren Durchmesser als an den Enden aufweist, aufgepreßt sind und so mit diesen eine feste Verbindung bilden. Das Zwischenstück (\n der US-PS 27 37 049 Bezugszeichen 23) des Ubertragungsteils ist mit dem einen Endteil über gegenüber der Längsachse schräg verlaufende Verbindungsstreben (17) verbunden; diese Verbindungsstreben sind mit Hilfe entsprechender Materialverdünnungen ais Dreh- bzw. Anlenkungsbereiche ausgebildet Hingegen erfolgt die Verbindung des Zwischenstücks mit dem anderen Endteil des Übertragungsteiles über eine Art Balg (vgl. US-PS 27 37 049 Seite 1, Spalte 2, Zeile 14), der durch mehrere Einschnitte in den Übertragungsteil gebildet wird, die gegenüber der Längsachse senkrecht verlaufen. Bei dem bekannten Torsionsgerät ist dann ferner vorgesehen, daß außen auf das Zwischenstück ein elektromagnetischer Anker aufgepreßt ist, dessen Verschiebung zur Veränderung eines Luftspalts eines elektromagnetischen Meßgerätes führt, so daß auf diese Weise die Verschiebung zur Anzeige gehn acht wird.

Diese Anordnung ist dadurch kompliziert, daß die, das Übertragungsteil bildende Hülse auf den Drehmomentaufnehmer, dessen Mittelbereich mit verjüngtem Durchmesser ausgebildet sein muß, an beiden Enden entlang des gesamten Umfanges fest befestigt werden muß. Ferner muß die durch den Drehmomentaufnehmer, den Übertragungsteil und den außen auf das Zwischenstück des Übertragungsteils aufgesetzten Anker gebildete Anordnung gegenüber der elektromagnetischen Meßeinrichtung, mit der der Anker den sich bei der Messung verändernden Luftspalt bildet, genau justiert werden, um den Anker genau zwischen den beiden Polschuhen des Magnetkreises Jer Meßeinrichtung zu justieren. Nur so kann die gewünschte Meßwertaufnahme stattfinden.

Ferner ist bei der bekannten Anordnung nicht gewährleistet, daß eine Verdrehung der beiden Endteile des Drehmomentaufnehmers gegeneinander und damit auch eine Verdrehung der beiden Endteile des Übertragungsteils gegeneinander stets zu einer nur axialen und damit eindeutig definierten und dem Drehmoment zuordecibaren Auslenkung des Zwischenstückes führt. In dem Maße nämlich, in dem bei der bekannten Anordnung die balgartige Verbindung zwischen Zwischenstück und dem rechten Ende der Hüise sich auch verdrehen kann, wird das Drehmoment nicht mehr in eine nur axiale Verschiebung des Zwischenstücks umgesetzt.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Torsionsmeßgerät der eingangs genannten Art so weiter zu bilden, daß sich bei einer gegebenen Verdrehung der beiden Endteile des Drehmomentaufnehmers eine möglichst große axiale Verschiebung des Zwischenstückes ergibt, d. h. daß somit ein bestimmtes Drehmoment zu einem möglichst großen und darüber hinaus zu einem stets gleichen Meßwert führt. Dabei soll insbesondere gewährleistet sein, daß die Umsetzung der Verdrehung der beiden Endteile des Drehmomentaufnehmers möglichst vollständig in eine Längsbewegung des Zwischenstücks erfolgt.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch

gelöst, daß auch das andere der beiden Endteile des Übertragungsteils mit dem Zwischenstück über drehbar angelenkte Verbindungsstreben verbunden ist, und daß die Verbindungsstreben, die das Zwischenstück mit dem einen Endteil verbinden, gegenüber der Längsachse des Drehmomentaufnehmers um einen Winkel schräg geneigt sind, der entgegengesetzt dem Winkel ist, um den die Verbindungsstreben, die das Zwischenstück mit dem anderen Endteil verbinden, gegenüber der Längsachse neneigt sind. Verschiedene vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen definiert

Das Verbindungsstück, das den Meßwertgeber trägt, ist somit an den beiden Endteilen des Übertragungsteils über Verbindungsstreben angelenkt; die Verbindungsstreben werden durch entsprechende Verbindungsbe- reiche gebildet, wobei die Drehstellen durch entsprechend verdünnte Bereiche gebildet werden. Die Verbindungsstreben haben zwischen dem Zwischenstück und den beiden Endteilen des Übertragungsteils gegenüber der Längsachse der Nabe, die den Drehmomentaufnehmer bildet, jeweils entgegengesetzte Winke!. Damit ergibt sich folgende für die Genauigkeit und das hohe Übersetzungsverhältnis (Verhältnis von Drehmoment zu bewirkter Auslenkung des Meßteils) der Meßwerte maßgebliche Funktionsweise: bewegt sich in F i g. 1 der Teil 2a nach links, wohingegen der Teil 2b fest bleibt, was einer Verdrehung der beiden Endteile des Drehmomentaufnehmers bzw. der Nabe 1 gegeneinander entspricht, so bewegt sich der Teil 2c nach oben. Man kann sich das in F i g. 1 auch dadurch verdeutlichen, daß man davon ausgeht, daß dies bedeutet, daß der mit 2a bezeichnete Bereich sich näher auf den Teil 2Λ hinzuschiebt. Durch die genannte Anordnung dei Verbindungsstückes 2c auch zu dem anderen Endteil 2b ist nie gewährleistet, daß diese Aufwärtsbewegung auch tatsächlich erfolgen kann; dies kann man sich dadurch klar machen, daß der mit 21 bezeichnete Teil sich so von dem Teil 2b wegbewegt, daß der Abstand entlang des Umfanges größer wird (um der Verschiebung 2a/2c zu entsprechen) und daß diese Verschiebung auch gleichzeitig eine ' löherbewegung des Teiles 2cmit sich bringt, so daß die vorher beschriebene Bewegung von 2h auf 2a möglich wird. Im übrigen wird auf F i g. 4 verwiesen, die man mit Fig. 1 dadurch in Übereinstimmung bringen kann, daß man das Zeichnungsblatt um 90° dreht. Dabei wird deutlich, daß dadurch, daß die Verbindungsstreben zu den Endteilen gegenüber der Lsngsachse entgegengesetzt geneigt sind, gerade beim Zusammendrücken von Zwischenstück und Endteilen die parallele Führung der Endteile möglich wird, da die Verlängerung des Abstandes 2b/2l genau der Verkürzung des Abstandes 2Λ/2a entspricht und gleichzeitig auch die Höherverschiebung von 2c am Punkte 21 genau gleich derjenigen bei 2Λ ist.

Durch die vorteilhafte Weiterbildung, gemäß der zwischen Zwischenstück einerseits und einem Endteil andererseits zwei parallele Verbindungsstreben angeordnet sind, wird die parallele Führung des Zwischenstückes verbessert. Die speziellen Winkelangaben betreffen eine Ausbildung derart, daß sich ein möglichst günstiges Übersetzungsverhältnis von Verdrehung der Endteiie gegeneinander in eine Längsverschiebung des Zwischenstückes e'gibt. Schließlich läßt sich dann als Folge der Ausbildung des Übertragungsteils eine besonders einfache Anordnung eines induktiven Meßwertiiufnehmers i'n Inneren der Nabe, die den Drehmomentaufne'imer bildet, erreichen.

Schließlich ist hefvorruheben, daß der Übertragungsteil bei der Erfindung in besonders einfacher Weise ausgebildet und montierbar ist, so daß vom Preis her, von der Lebensdauer und von der Genauigkeit die Erfindung eine besonders vorteilhafte Lösung des eingangs dargestellten Problems ergibt.

Es hat sich ferner gezeigt, daß das Torsionsmeßgerät dann besonders günstig arbeitet, wenn der Übertragungsteil mit einem Drehmomentaufnehmer zusammenwirkt, der die Form einer Nabe hat, die durch zwei in axialer Richtung voneinander in einem gewissen Abstand voneinander angeordneten Scheiben gebildet wird. Dabei wird dann die relative Drehbewegung zwischen den beiden Scheiben in eine im wesentlichen axial gerichtete Bewegung des Zwischenstücks des Übertragungsteils umgesetzt. Außerdem weist eine solche Nabe als Drehmomentaufnehmer eine gute Starrheit gegenüber radialen und axialen Belastungen auf.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es bedeutet

Fig. 1 eine Seitenansicht eines lorsionsmeßgerätes:

F i g. 2 ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 in F i g. 1; F i g. 3 ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 in F i g. 2;

F i g. 4 eine Seitenansicht des in dem Torsions,:Tießgerät nach den Fig. 1—3 verwendeten Übertragungsteiles in zwei mit I und II bezeichneten Lagen. Dabei bezeichnet I die Ruhelage des Übertragungsteiles und II seine Lage nach Auftreten einer Relativverschiebung der beiden den Drehmomentenmeßteil bildenden scheibenförmigen Teile gegeneinander.

Das Torsionsmeßgerät weist eine Drehmomentenmeßnabe 1 auf. Sie besteht aus zwei scheibenförmigen Teilen la und ib, die einen gewissen Abstand in axialer Richtung voneinander haben. Die beiden scheibenförmigen Teile la und ib sind durch mehrere speichenähnliche Elemente Ic, die mit den beiden scheibenförmigen Teilen la und ib aus einem Teil ausgebildet sind, miteinander verbunden. Die speichenähnlichen Elemente Ic können als Federscheiben bezeichnet werden, die zum Zentrum der Nabe hin gerichtet sind und dieser in radialer Richtung eine gewisse Starrheit verleihen. Außerhalb jeder der scheibenähnlichen Teile la und ib ist jeweils eine Keilriemenscheibe 7 bzw. 8 und ein auf diese einwirkender V-förmiger Riemen 9 bzw. 10 vorgesehen, durch den während einer Drehung der Nabe auf dieselbe ein Drehmoment ausgeübt wird. Anstelle der V-förmigen Riemen können Ketten oder andere Mittel vorgesehen sein. Dann sind auch die Teile 7 und 8 entsprechend ausgebildet. Bei einer Verwendung von Ketten sind die Bauteile 7 und 8 als Zahnkettenräder ausgebildet.

Liegt über die Riemen 9 bzw. 10 an der Drehmomentenmeßnabe 1 ein Drehmoment an, so ergibt sich dadurch eine relative Drehbewegung zwischen den scheibenförmigen Teilen la und ib, die eh Maß für das Drehmoment darstellt.

Um diese relative Drehbewegung und dadurch die Größe des anliegenden Drehmomentes zu messen, wird ein Übertragung -,teil 2 verwendet, der im folgenden noch näher beschrieben wird. Dieser Übertragungsteil wandelt die Torsion in eine Verschiebung in axialer Richtung (in Richtung der Drehachse eic - Drehmomcntenmeßnabe 1) um. Diese Verschiebung wird über einen Stab 5 einem Differenzialtransformator 4 zugeführt, der im Zentrum der Nabe angeordnet ist. Auf diese Weise ist eine Messung der Größe des Drehmomentes mit induktiven Mitteln möglich.

Per Übertragungsteil 2 besteht aus 3 Bereichen oder Teilen 2c/, 2e und 2i, die als Verbindungsbereiche bezeichnet werden. Sie werden dadurch definiert, daß sie zwischen jeweils zwei angrenzenden Anlenkungs- bzw. Drehstcllcn 2g, 2h, 2i, 2j, 2k und 21 liegen. Zwei der Verbindungsbereiche, nämlich die Verbindungsbereiche 2d und 2e liegen zueinander parallel und bilden mit der Linie 2-2, die die Stellen 2a und 2b miteinander verbindet, an denen der Übertragungsteil an den scheibenförmigen Teilen la bzw. \b befestigt ist, einen Winkel von ungefähr 12°. Als Bestandteil des Übertragungsteiles 2 ist ferner ein weiterer Verbindungsbereich 2( vorgesehen, der gegenüber der genannten Linie 2-2 dieselbe Neigung von 12° hat. Die Neigung ist jedoch in entgegengesetzter Richtung. Die Verbindungsbereiche 2d und 2e bilden zusammen mit den sie verbindenden Zwischenbereichen eine Parallelführung. Die Anlenkungs- oder Drehstellen, die bereits oben erwähnt worden Eind, sind ebenfalls als T"?'l^p des Ühertraeunesteiles ausgebildet und sind blattdünn. Zwischen der erwähnten Parallelführung und demjenigen Bereich des Übertragungsteiles, der zwischen dem Verbindungsbereich 2f und den ihn begrenzenden Anlenkungsbereichen 2k und 21, sowie den anliegenden Bereichen gelegen ist. ist ein Bereich 2c vorgesehen, der bei einer Verschiebung der beiden Enden 2a und 2b des Ubertragungsteiles 2 gegeneinander eine Bewegung in einer Richtung ausführt, die im wesentlichen rechtwinklig zu der relativen Drehbewegung dieser beiden Enden gegeneinander verläuft. Das geht aus Fig. 4 sehr deutlich hervor, in der in Stellung I die Ruhestellung eingezeichnet ist. Mit II ist die Stellung bezeichnet, in der die beiden Enden 2a und 2b des Übertragungsteiles 2 um den Betrag A gegeneinander verschoben sind. Es ergibt sich daraus eine Verschiebung des Teiles 2c um den Betrag B in einer senkrecht dazu verlaufenden Richtung. In der Praxis beträgt die Verschiebung A nur einen oder einige Zehntel Millimeter. Die Größe B der Verschiebung hingegen kann zwei- bis dreimal so groß sein.

Wie aus den F i g. 2 und 3 ersichtlich, sind zwei Übertragungsteile 2 diametral einander gegenüberliegend entlang des Umfanges der Drehmomentenmeßnabe 1 angeordnet, leder Bereich 2c des Ubertragungsteiles 2 ist mit einem Verbmdi^gssiab 6 verbunden, in dessen Zentrum ein Stab 5, mit Hilfe einer Schraube 11 verstellbar, vorgesehen ist. Im Differenzialtransforma tor 4 wird ein Spannungsdifferen/ial induziert, desset Größe von der Größe der Verschiebung des Stabes ί abhängig ist. Um die Aufnahme großer radialer unc axialer Belastungen zu ermöglichen, ist die Drehmo mentenmeßnabe 1 in schweren Lagern 12 drehba gelagert. Die Ausbildung dieser Lager ist jedocl herkömmlicher Art und daher nicht weiter im einzelner beschrieben. Die Zeichnungen geben das Ausführungs beispiel im wesentlichen maßstabsgerecht wieder. Die Größe der eingezeichneten Winkel usw. entspricht aucl derjenigen für Torsionsmesser der gezeigten Größen Ordnung. Ist jedoch der Übertragungsteil beispielsweisi

is größer, dann kann der im Ausführungsbeispiel 12' betragende Winkel auch größer sein. Er kann ii manchen Fällen bis zu 40° annehmen. Auf der anderei Seite sind Ausbildungen möglich und u. U. zweckmäßig bei denen der Winkel sehr viel kleiner ist und u. U. soga nahe bei Γ liegt. Die auf den Übertragungstei! dam einwirkende Ermüdungskraft wird jedoch dann zuneh men. Als allgemeine Regel kann man davon ausgeher daß der Winkel ungefähr zwischen 7° und 17° liegei sollte. In diesem Bereich hat der Übertragungstei optimale Kenndaten.

Ein Torsionsmeßgerät, wie es ir.i Vorgehende! beschrieben worden ist, kann für verschiedene Zweck« verwendet werden. Ein Beispiel ist die Messung de: Reibungskoeffizienten von Straßen und Landebahnen Zu diesem Zweck trägt die Drehmomentenmeßnabe eine Felge, auf der ein Rad angeordnet ist (nich gezeigt). Dabei wird dafür gesorgt daß das Rad, das in Eingriff mit der Bodenfläche ist, sich mit eine Geschwindigkeit dreht, die gegenüber der Geschwin digkeit, mit der andere Räder auf dem Boden abroller unterschiedlich ist. Das von der Drehmomentmeßnabi getragene Rad wird dann gegenüber dem Boden einei gewissen Schlupf aufweisen. Das wiederum führt z\ einem Drehmoment, das auf die Drehmomentmeßnabi ausgeübt wird. Dieses Drehmoment ist ein Maß de Reibungskoeffizienten der gemessenen Bodenober la ehe einer Straße oder einer Landebahn. Außerden ergeben sich weitere Anwendungsmöglichkeiten be Walzstraßen.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Torsionsmeßgerät mit einem Drehmomentaufnehmer, dessen beide Endteile durch das Drehmoment um seine Längsachse gegeneinander verdreht werden, und einem ebenfalls zwei Endteile, die mit den Endteilen des Drehmomentaufnehmers fest verbunden sind, sowie ein Zwischenstück aufweisendem Übertragungsteil, wobei eines der beiden Endteile mit dem Zwischenstück über gegenüber der Längsachse schräg angeordnete Verbindungsstreben verbunden ist, die an dem Endteil bzw. dem Zwischenstück drehbar angelenkt sind und bei dem ferner die Längsbewegung des Zwischenstückes bei Verdrehung des Drehmomentaufnehmers von ei- is nem Meßgerät abgegriffen wird, dadurch gekennzeichnet, daß auch das andere der beiden Endteile (2a, 2b) des Übertragungsteils (2) mit dem Zwischenstück (2c) über drehbar angelenkte Verbindungsstreben verbunden ist, und daß die Verbindungsstreben %2d, 2e), die das Zwischenstück (2c^mit dem einen Endteil (2a) verbinden, gegenüber der Längsachse des Drehmomentaufnehmers (1) um einen Winkel schräg geneigt sind, der entgegengesetzt dem Winkel ist, um den die Verbindungsstreben (2/), die das Zwischenstück (2c^mit dem anderen Endteil (2b) verbinden, gegenüber der Längsachse geneigt sind.

2. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zumindest eines der beiden Endteile (2a) mit dem Zwischenstück (2c)übe\ zwei zueinander parallel verlaufende Verbindungsstreben (24 2e)erk'gt

3. Torsionsmeßgerät each Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstreben mit einer zur Längsachse des Drehmomentaufnehmers (1) senkrecht stehenden Linie einen Winkel von 40° oder weniger, vorzugsweise 7° — 17° bilden.

4. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel 12° beträgt.

5. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Endteile (la, Xb) des Drehmomentaufnehmers (1) durch Scheiben gebildet werden, die über Speichen (IcJ miteinander verbunden sind, daß ferner in dem Raum innerhalb der Speichen ein induktives Meßgerät (4) mit einer Spule angeordnet ist, in die hinein sich ein mit dem Zwischenstück (2c) verschiebbarer Stab (5) erstreckt, der mit den Zwischenstücken (2c) von zwei einander bezüglich der Längsachse diametral gegenüberliegend an dem Drehmomentaufnehmer (1) angeordneten Übertragungsteilen verbunden ist.