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Hydraulische Drehmomentmeßeinrichtung Die Erfindung betrifft eine
hydraulische Drehmomentmeßeinrichtung, bei der eine als Meßwertgeber dienende, drehmomentproportionale
Verschiebekraft auf zumindest einen, in einem Zylinder axial verschiebbaren und
mit einem Steuerkolben zusammenarbeitenden Kraftkolben einwirkt, wobei der als Mehrkantenschieber
ausgebildete Steuerkolben in Abhängigkeit von seinem Verschiebeweg
die
Größe einer hydraulisch erzeugten Gegenkraft in Form eines in diesem Zylinder unter
Druck stehenden Flüssigkeitspolsters regelt, das der drehmomentproportionalen Verschiebekraft
entgegenwirkt und wobei der zur Herstellung des Gleichgewichtes zwischen Verschiebekraft
und Gegenkraft erforderliche Druck des Flüssigkeitspolsters als Maß für das zu messende
Drehmoment anzeigbar ist.
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Derartige Drehmomentmeßeinrichtungen werden außer zu reinen Meß- und
Kontrollzwecken in zunehmendem Maße auch bei der automatischen Steuerung und Regelung
von Produktionsabläufen benötigt. So müssen beispielsweise die Arbeitsgeschwfndigkeite
mehrerer hintereinander geschalteter aber einzeln angetriebener Maschinen, die ein
strang- oder. bandförmiges Gut bearbeiten, das die einzelnen Maschinen durchläuft
und diese deshalb miteinander koppelt, aufeinander abgestimmt sein, weil das die
Maschinen durchlaufende Gut entweder in allen Maschinen dieselbe Geschwindigkeit
oder aber infolge Reckung oder Schrumpfung durch den Bearbeitungsvorgang bestimmte
abgestufte Geschwindigkeiten hat, Darüber hinaus wird verlangt, daß auf das die
Maschinen durchlaufende Gut eine bestimmte, stets gleichbleibende Zugkraft ausgeübt
wird, Daher müssen nicht nur die Antriebsdrehzahlen, sondern auch die Antriebsdrehmomente
an den hintereinander geschalteten Maschinen genau aufeinander abgestimmt sein,
Das gleiche Problem ergibt sich auch beim Antrieb von Wicklern. Für diese
gilt
theoretisch, daß Geschwindigkeit und Zugkraft an der Wickelwelle über den gesamten
Wicklerbereich konstant bleiben müssen. Dies ist dann gegeben, wenn die Drehzahl
der.Wickelwelle umgekehrt proportional zum Wickeldurchmesser verändert wird und
wenn sich das Drehmoment der Wickelwelle proportional zum Wickeldurchmesser ändert.
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Bei der eingangs geschilderten, bekannten Drehmomentmeßeinrichtung
wird die aus dem Drehmoment resultierende Umfangskraft in eine axial wirkende Verschiebekraft
umgesetzt, die eine drehmomentproportionale Verschiebung des Kraftkolbens bedingt,
Diese Verschiebung wird durch ein Gestänge auf den Steuerkolben Ubertragen, der
separat in einem Gehäuse mit Anschlüssen für die Zu- und Abführung des hydraulischen
Steuermittels untergebracht ist. Diese bekannte Meßeinrichtung ist hinsichtlich
ihrer Ansprechempfindlichkeit nicht voll befriedigend und benötigt außerdem einen
relativ großen Platzbedarf.
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Bekannt sind weiterhin mechanische Meßeinrichtungen, die auf Kurvenmuffenbasis
arbeiten. Diese Meßeinrichtungen sind nicht sehr genau und bringen außerdem den
Nachteil der Umschlaglose bei Drehrichtungswechsel mit sich.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in erster Linie darin,
die Meßgenauigkeit, insbesondere die Ansprechempfindlichkeit bei einer hydraulischen
Drehmomentmeßeinrichtung der eingangs erwähnten Art zu erhöhen. Auch soll der zu
ihrem Einbau erforderliche Platzbedarf erheblich verkleinert werden. Zu diesem Zweck
soll insbesondere der drehmomentproportionale Flüssigkeitsdruck direkt zur Beeinflussung
von Schaltelementen, Regel- und Sicherheitseinrichtungen zur Verfügung stehen, so
daß auf eine zusätzliche Druckpumpe für die Steuerflüssigkeit verzichtet werden
kann. Die erfindungsgemaße Meßeinrichtung soll sich schließlich durch einfachen,
kostensparenden Aufbau auszeichnen und dabei für alle in Betracht kommenden Anwendungsfälle
geeignet sein.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß das
Flüssigkeitspolster unmittelbar zur Ubertragung des zu messenden Drehmomentes von
einem getriebenen auf ein anzutreibendes Maschinenteil dient.
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Anstatt irgendeine aus dem Drehmoment resultierende, sekundäre Reaktionskraft
zur Messung heranzuziehen, wie es bei den bekannten Meßeinrichtungen der Fall ist
(z. B. die Axialverschiebung eines schrägverzahnten Zahnrades), wird erfindungsgemäß
genau die zu diesem Drehmoment gehörende Umfangskraft gemessen, indem das den Meßdruck
aufbauende Flüssigkeitspolster als voll integriertes Übertragungselement für das
zu messende Drehmoment dient. Da das Umsetzen der Umfangakraft in eine meßbare Axialkraft
entfällt, können Meßfehler bzw. Meßungenauigkeiten, wie z. B. Hystereseerscheinungen,
klein gehalten und die Ansprechempfindlichkeit
wesentlich erhöht
werden, zumal die Wege, die von den Kraftkolben zur Druckänderung in ihren Zylindern
ausgeführt werden müssen, sehr gering sind, Bei Verwendung von 0-Ringentals Dichtung
liegen diese Wege im allgemeinen im Bereich der elastischen Verformung des Dichtmaterial,
, so daß kein Gleiten an den Dichtflächen auftritt.
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Nach einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Erfindungsgedankens
sind mehrere Kraftkolben, über den Unfang einer Kupplung verteilt, auf der einen
Kupplungsscheibe befestigt, während die Verbindung zu der anderen Kupplungsscheibe
durch die zugehörigen Zylinder hergestellt ist. Auf diese Weise kommt man zu einer
überaus kompakt bauenden, universal anwendbaren Meßkupplung, die ohne Schwierigkeiten
an jede drehmomentübertragende Welle angebaut werden kann.
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Zweckmäßigerweise sind die Kraftkolben paarweise miteinander verbunden,
wobei jedes Kraftkolbenpaar zweiseitig beaufschlagbar in zwei Zylindern gelagert
ist.
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Hierdurch wird eine Messung des Drehmomentes in beiden Drehrichtungen
ermöglicht Vorteilhafterweise werden gleichsinnig arbeitende Zylinderräume jeweils
unter sich durch eine Sammelleitung verbunden, so daß es zu einer Parallelschaltung
entsprechender Zylinderräume kommt. Der Meßbereich der Kupplung kann durch einfaches
Variieren der Anzahl der verwendeten Zylinder-Kolben-Elemente verändert werden.
Hierdurch ergeben sich große Vorteile in der Herstellung, da alle wesentlichen Teile
gleich bleiben und nach dem Baukastenprinzip zusammengesetzt werden.
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Dies erleichtert die Serienfertigung und die Lagerhaltung der Kupplungen
erheblich.
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Die Sammelleitungen sind aus Gründen einer einfachen Fertigung vorteilhafterweise
als halb offene, in eine Grundplatte eingearbeite und mit einer Dichtplatte verschließbare
Kanäle ausgeführt.
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Die Verbindung der Zylinder mit der ihnen zugeordneten Kupplungsscheibe
erfolgt am einfachsten über an dieser Kupplungsscheibe befestigte Mitnehmer, an
denen sich die Zylinder mit ihrer Kopffläche abstützen, Die Zylinder sind dadurch
lediglich in Umfangsrichtung der Kupplung gesichert, während sie sich beim Ausbau
der Kupplung ohne weiteres in axialer Richtung aus den Mitnehmern abziehen lassen,
Auch ist auf diese Weise sichergestellt, daß der Abstand der beiden Kupplungsscheiben
zueinander keinen Einfluß auf die Messung hat.
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Selbstverständlich läßt sich die Verbindung der beiden Kupplungsscheiben
auch auf andere Weise realisieren.
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Beispielsweise können bei Anordnung des Steuerkolbens außerhalb des
Kraftkolbens die Zylinder gleichzeitig die vorerwähnten Mitnehmer biiden und fest
mit der einen Kupplungsscheibe verbunden sein, während die Kraftkolben gelenkig
gelagert mit der anderen Kupplungsscheibe verbunden sind.
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Zweckmäßigerweise ist der Steuerkolben als zweifacher, symmetrischer
Dreikantenschieber ausgebildet, von dessen Stirnseiten Längsbohrungen axial nach
innen verlaufen, durch welche die auf jeweils einer Schieberhälfte angeordneten
Drosselstellen verbindbar sind. Ein derartiger Schieber bewältigt bei geringem Platzbedarf
die feinfühlige Steuerung mehrerer Drosselstellen und kommt mit geringem Ölverbrauch
aus, Praktisch stellt er die Kombination mit einem Schaltkolben
dar,
so daß neben der Steuerung des Oldruckes dafür gesorgt wird, daß der Druck unabhängig
von der Drehrichtung stets als positive Größe angezeigt wird, Eine besonders kompakte
Bauweise ergibt sich, wenn der Steuerkolben in einem der Kraftkolben untergebracht
wird, etwa indem er diesen in Umfangsrichtung durchquert und sich mit seinen Stirnflächen
an den beiden zugehörigen Zylindern abstützt. Unter bestimmten Einsatzbedingungen
kann es jedoch auch zweckmäßig sein, den Steuerkolben außerhalb des Eraftkolbens
anzuordnen und seine Verschiebung mittels einer Hebelübersetzung durchzuführen.
Durch entsprechende Wahl des Übersetzungsverhältnisses dieses Hebels kann bei geringsten
Relativbewegungen zwischen An- und Abtriebsteil der Kupplung der maximale Druckausschlag
erzeugt werden.
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Die Abdichtung zwischen den Kraftkolben und ihren Zylindern erfolgt
auf einfache, jedoch wirkungsvolle Weise durch fest eingespannte Membranen.
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Falls die drehmomentproportionalen Verschiebekräfte eine bestimmte
Größe nicht überschreiten, ist es technisch möglich, Kraft- und Steuerkolben beiderseits
zu einem einzigen Element zusammenzufassen. Dabei können die Stirnflächen des Steuerkolbens
direkt als Ärbeitskolben verwendet werden, so daß eine kompakte, wenig Platz beanspruchende
Einheit entsteht, die beispielsweise in bereits vorhandene Getriebe organisch miteingebaut
werden kann, Aus der nachstehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand
von Zeichnungen ergeben sich
weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung.
Es zeigen: Fig, 1 eine schematische Darstellung des der Erfindung zugrunde liegenden
Regelprinzips; Fig. 2 die Anwendung des Erfindungsgedankens bei einer Drehmomentmeßkupplung
im Längsschnitt gemäß Schnitt II-II in Fig. 3; Fig. 3 dieselbe Kupplung in teilweise
aufgeschnittener Draufsicht gemäß Schnitt III-III in Fig. 2;und Fig. 4 die Anwendung
einer Drehmomentmeßkupplung nach den Fig. 2 und 3 bei einer Wicklerregelung.
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Das in Fig. 1 dargestellte Schema soll zunächst das hier zugrunde
liegende Meßprinzip deutlich machen.
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Dabei sei die Kraft P eine drehmomentproportionale Verschiebekraft,
die auf ein nach links oder rechts bewegbares Teil 1, das z. B. die eine Hälfte
einer Kupplung sein kann, einwirkt. Teil 1 stützt sich je nach Bewegungsrichtung
über einen Zylinder 2 oder 2' und ein Flüssigkeitspolster 4, 4' gegen einen Kraftkolben
3 bzw. 3' ab. Die beiden Kraftkolben 3 bzw, 3' sitzen auf einem Teil 6, das beispielsweise
die
andere Hälfte einer Kupplung sein kann. In dem Teil 6 sind ferner ein Steuerkolben
7 und ein Schaltkolben 8 angeordnet. Sie werden durch jeweils eine Druckfeder 5
gegen das Teil 1 gedrückt Veränderbare Drosselstellen 10, 10' und 11, 11' am Steuerkolben
sowie 12 und 14 am Schaltkolben bewirken eine von der Stellung dieser beiden Kolben
abhängige Aufteilung des von einer Pumpe 9 kommenden Ölstromes in die beiden Zylinder
2, 2', in den Abfluß 15 und in die Leitung 13.
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Drückt beispielsweise die eingeleitete Kraft P das Teil 1 nach rechts,
so wird der Zylinder 2 und der Steuerkolben 7 sowie der Schaltkolben 8 ebenfalls
nach rechts bewegt, und zwar so weit, bis die beiden Drosselstellen 10 und 1i wirksam
werden Denn mit zunehmender Öffnung, der Drosselstelle 11 und der damit einhergehenden
Verengung der Drosselstelle 10 baut sich über die Drosselstelle 11 ein Überdruck
im Zylinderraum 4 auf, der der eingeleiteten Kraft P entgegenwirkt. Durch das allmähliche
Anwachsen des Überdruckes im Zylinder 4 kommt es schließlich zum Stillstand der
Verschiebebewegung und zu einem Gleichgewichtszustand, Der Druck im Zylinder 4 ist
dann ein Maß für die Größe der Kraft P und damit für das zu messende Drehmoment.
Dieser Druck gelangt über die geöffnete Drosselstelle 12 des Schaltkolbens 8 in
die Leitung 13, wo er als Meß- oder als Steuerdruck verwendet werden kann.
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Hierbei ist zu berücksichtigen, daß durch entsprechende
Dimensionierung
der Drosselstellen 12 und 14 am Schaltkolben keine tatsächliche Drosselung des Ö1-stromes
erfolgt, sondern eine verlustlose Freigabe des im Zylinder 2 oder 2' herrschenden
Druckes in die Leitung 13. Dies wird praktisch dadurch erreicht, daß man für den
Steuerkolben 7 einen größeren Verschiebeweg zwischen den Drosselstellen 11 und 11'
vorsieht als für den Schaltkolben 8 zwischen den Drosselstellen 12 und 14, so daß
die Drosselstelle 12 oder 14 ganz geöffnet bzw. ganz geschlossen ist, ehe die Drosselstellen
11 bzw, 11' am Steuerkolben wirksam werden.
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Bei dem Steuerkolben 7 handelt es sich praktisch um die Zusammenfassung
von zwei Zweikantenschiebern, wobei je nach dem, ob Zylinder 2 oder 2' gegen den
zugehörigen Krattkolben bewegt wird, entweder die Drosselstellen 10 und 11 oder
10' und 11' arbeiten und einen drehmomentproportionalen Flüssigkeitsdruck aufbauen,
Der Abstand zwischen den Steuerkanten 11 und 11' ist so groß gewählt, daß bei Kraftrichtungswechsel
an den Meßzylindern 2 und 2' der Steuerkolben einen gewissen Weg zurücklegen muß,
bis seine Steuerkanten in ihrer neuen Arbeitsstellung sind. Damit wird sichergestellt,
daß der Schaltkolben 8 rechtzeitig seine neue Lage einnimmt und den Öldruck aus
dem jeweils kraftbeaufschlagten Zylinder 2 oder 2' an das Meßgerät weitergibt.
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Bei der in den Fig. 2 und 3 gezeigten, besonders vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung sind mehrere Kraftkolben 17, 17' mit ihren Zylindern 26, 26' paarweise
und gleichmäßig auf den Umfang einer Kupplung verteilt, Dabei sind die Kraftkolben
jeweils mittels zweier Befestigungsschrauben 80, 81an der einen, mit 20 bezeichneten
Kupplungsscheibe angebracht, während sich die Zylinder 26, 26' über Mitnehmer 25
an der anderen, mit 24 bezeichneten Kupplungsscheibe abstützen. Beide Kupplungsscheiben
20, 24 sind mit kerbverzahnten Naben 28 :bzw. 22 versehen, Über eine ein Nadellager
tragende Hülse 30 sind beide Kupplungsscheiben verdrehbar gegeneinander gelagert.
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Ein Kraftkolbenpaar 17, 17' ist durchbohrt und trägt einen Steuerkolben
18, der hier eine Zusammenfassung von Steuerkolben 7 und Schaltkolben 8 nach Fig.
1 darstellt, Steuer- und Schaltkolben können unter Umständen auch außerhalb des
Kraftkolbens 17, 17' in der Nähe der Kupplungsnabe untergebracht sein. Doch empfiehlt
sich dann die Verwendung einer Hebelübersetzung zur Betätigung derselben, um ein
feinfühliges Reagieren auf die Bewegungen der Kupplungshälften zueinander sicherzustellen.
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Die in Fig, 3 schematisch dargestellten Ringleitun gen 19 und 19'
zur Verbindung der durch die Zylinder 26 und 26' gebildeten Druckräume 27 bzw. 27'sind
in Fig, 2' oben und unten als Ausnehmungen in der
Kupplungsscheibe
20 zu erkennen. Diese Leitungen sind nach dem Prinzip einer Kanalplatte in die Kupplungsscheibe
20 eingegossen und werden, nachdem die Scheibe 20 plan geschliffen wurde, durch
eine fest angeschraubte Dichtplatte 21 abgedichtet. In entsprechender Weise können
auch die Zuführleitung 31 und die Druckleitungen 38 und 49 ausgeführt sein. Die
zugehörigen Anschlüsse 42 bzw. 41 sitzen auf einem feststehenden Ring 29, der auf
der Nabe 28 verdrehbar angeordnet ist. Die Abdichtung des feststehenden Ringes 29
gegenüber der im Betrieb umlaufenden Nabe 28 erfolgt in an sich bekannter Weise
durch Dichtungsringe, Ebenfalls durch Dichtungsringe kann auch die Abdichtung zwischen
den Kraftkolben 17, 17' und den Zylindern 26, 26' erfolgen. Zur Vermeidung von aus
der Reibung zwischen Dichtung und Zylinder eventuell hervorgehender Hysterese werden
zweckmäßigerweise ringförmige Membranen verwendet, die zwischen Kolben und Zylinder
fest eingespannt sind.
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Der als doppelter Dreikantenschieber ausgebildete Steuerkolben 18
weist zwei Längsbohrungen 34, 47 auf, die über Querbohrungen 33 und 40 bzw. 46 und
48 jeweils zwei Drosselstellen 35 und 37 bzw. 44 und 45 verbinden können, Die Wirkungsweise
ist folgende:
Es sei angenommen, daß das zu messende Drehmoment
über die kerbverzahnte Nabe 22 in die Kupplung eingeleitet und über die kerbverzahnte
Nabe 28 wieder abgeführt wird, Von der Nabe 22 und der mit ihr über Schrauben 23
befestigten Kupplungsscheibe 24 wird das Drehmoment auf die Mitnehmer 25 übertragen,
die sich ihrerseits je nach Drehrichtung über die Zylinder 26 oder'26', über die
Druckräume 27 bzw. 27' gegen die Kraftkolben 17 bzw. 17' abstützen. Diese sind mit
der Kupplungsscheibe 20 verschraubt und übertragen so das Drehmoment auf die Nabe
28.
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Bezüglich der Drehmomentrichtung sei angenommen, daß das Drehmoment
von den mit dem Antrieb verbundenen Mitnehmern 25 jeweils auf die mit dem Abtrieb
verbundenen Kraftkolben 17 übertragen werden soll und daß der.Steuerkolben 18 seine
Verschiebebewegung aus einer Mittelstellung heraus beginnt. Solche Verhältnisse
liegen beispielsweise beim Anlauf einer Maschine vor.
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Da bei Mittelstellung des Steuerkolbens 18 kein Öl in die Druckräume
27, 27' gefördert wird und somit eine Drehmomentübertragung nicht möglich ist, führt
das in die Nabe 22 eingeleitete Moment zu einer Verschiebung des Zylinders 26 in
Richtung auf den Kraftkolben 17, Der mit seinen Stirnseiten an den Zylindern anliegende
Steuerkolben 18 wird dabei mitgenommen, wodurch sich die Drosselstelle 32 allmählich
öffnet
und die Ölzufuhr aus der Zuführleitung 31 in den links liegenden Bereich des Steuerkolbens
freigibt.
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Durch die gleichzeitige Verengung der den Ölabfluß regelnden Drosselstelle
35 baut sich ein gewisser Überdruck auf, der sich über die Querbohrung 33 und die
Längsbohrung 34 in den Druckraum 27 fortpflanzt, wo er der drehmomentproportionalen
Verschiebekraft entgegenwirkt und ihr nach entsprechender Verschiebung des Steuerkolbens
die Waage hält. Der im Zylinderraum 27 herrschende Druck gelangt über die Querbohrung
40 und die in Arbeitsstellung des Steuerkolbens weit geöffnete Drosselstelle 37
über die Leitung 38 zu dem Anschluß 41, wo er als Meß- oder Steuerdruck entnommen
werden kann. Die abgeschlossene Drosselstelle 45 verhindert, daß das unter Meßdruck
stehende Öl über die Leitung 49 in den Abfluß 52 gelangt.
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Der Druckraum 27 ist über eine Stichleitung 39 und eine Sammelleitung
19 mit den anderen gleichsinnig arbeitenden Druckräumen parallel geschaltet. Gleichermaßen
sind auch jeweils die Druckräume 27' über eine Sammelleitung 19' untereinander verbunden.
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Erhöht sich beispielsweise nach einem Gleichgewichtszustand das zu
übertragende Drehmoment weiter, so reicht der in den Druckräumen 27 befindliche
Druck
nicht mehr aus, dieses erhöhte Drehmoment zu übertragen.
Zylinder 26 und Kolben 17 nähern sich weiter, wodurch auch der Steuerkolben 18 weiter
nach rechts verschoben wird. Dadurch vermindert sich die Drosselung an der Drosselstelle
32, während sich die an der Drosselstelle 35 erhöht. Der Druck zwischen den beiden
Drosselstellen steigt und über die Bohrungen 33 und 34 steigt auch der Druck im
Zylinderraum 27, über die Leitungen 39 und 19' steigt parallel auch der Druck in
den anderen Zylinderräumen 27, Dieser erhöhte Druck teilt sich über die Querbohrung
40 der Leitung 38 mit und wird an dem Anschluß 41 entnommen.
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Beim Wechsel der Drehmomentrichtung wird der Steuerkolben 18 relativ
zu seinem Kraftkolbenpaar 17, 17' nach links verschoben, und zwar so weit, bis die
Drosselstellen 43 und 44 in Arbeitsstellung sind. In dieser Stellung ist die Drosselstelle
32-geschlossen, während die Drosselstelle 45 voll geöffnet ist, Der zwischen den
Drosselstellen 43 und 44 entstehende Druck gelangt über die Querbohrung 46 und die
Längsbohrung 47 in den Druckraum 27' und über die Querbohrung 48 und die voll geöffnete
Drosselstelle 45 in die Leitung 49 und damit zum Anschluß 41. Die Stichleitungen
39' und die Sammelleitung 19' bewirken ebenfalls eine Parallelverbindung zwischen
den gleichsinnig arbeitenden Druckräumen 27'. Die abgeschlossene Drosselstelle 37
verhindert, daß das unter Meßdruck stehende Öl über die Leitung -38 zum Abfluß gelangt,
wohingegen die offene Drosselstelle 35 eine
Verbindung zwischen
Druckraum 27 und Abfluß 52 herstellt, so daß ein Druckausgleich dieses nicht zur
Drehmomentübertragung beitragenden Druckraumes möglich ist.
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Um eine von der Drehzahl der Meßkupplung unabhängige Anzeige des übertragenen
Drehmomentes zu gew..h.'eisien, ist es notwendig, den Einfluß der Fliehkraft auszuschalten.
Denn diese erhöht drehzahlabhängig den im Druckraum 27 herrschenden Öldruck und
verfälscht dadurch das Meßergebnis, Dieser Fehler wird auf geschickte Weise kompensiert,
indem das bei 52 in den Ölsumpf abfließende Öl unter Einwirkung der Fliehkraft zunächst
in die jeweils nicht der Drehmomentübertragung dienenden Zylinderräume 27' gedrückt
wird und so einen der Fliehkraft proportionalen Ausgleichsdruck erzeugt. Sind beispielsweise
die Zylinderräume 27 mit Meßdruck beaufschlagt, so fließt das an der Drosselstelle
35 ausströmende Öl über die Leitung 50, die voll geöffnete Drosselstelle 44 und
über die Bohrungen 46 und 47 in die Druckräume 27' und füllt diese mit einem von
der Fliehkraft abhängigen Druck, um erst danach über die Leitung 51 in den Ölsumpf
52 abzufließen, Die durch die Fliehkraft bewirkte Druckerhöhung stellt sich also
in den beiden Druckräumen 27 und 27' gleichermaßen ein und kann daher nicht zu einer
Verschiebung des Kraftkolbenpaares in den Zylindern 26, 26' führen. Ihre Eliminierung
aus dem Meßdruck ergibt sich durch das Anbringen der Ölabflußbohrung 51 und der
Entnahmebohrung 41 auf demselben Durchmesser, wobei zu beachten ist, daß sowohl
die zum Zylinder 26 als auch die zum Zylinder 26' gehörigen Ölräume und Ölleitungen
in Form und Größe sowie hinsichtlich ihrer Lage zur Drehachse übereinstimmen, damit
die völlige Symmetrie der unter Einwirkung der
Fliehkraft erzeugten
Druckparabeln gewährleistet ist.
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Der Nullpunkt dieser Bruckparabeln liegt dann auf dem Radius, der
von der Innenkante der am nächsten an der Drehachse gelegenen Ölleitung oder -bohrung
berührt wird, da erst von diesem Radius an eine gewisse Ölmenge vorliegt, Die Darstellung
der Glleitungen in Fig. 2 und 3 hat nur schematischen Charakter.
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Tatsächlich wird angestrebt, die Ringleitungen 19 bzw. 19' auf demselben
mittleren Durchmesser zu führen, so daß sich gleichlange Zu- und Ableitungen ergeben.
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Wird eine drehrichtungsabhängige Anzeige am Druckmeßgerät gewünscht,
so kann man die Drücke beider Zylinderräume 27, 27' getrennt einem Differenzdruckmanumeter
zuführen. Hierbei kann der Schaltkolben 8 in Fig. 1 entfallen.
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Das-von der Kupplung übertragene Drehmoment ergibt sich aus der Anzahl
der am Umfang der Kupplungsscheibe 20 gleichmäßig verteilten wirksamen Kraftkolben
17 bzw.
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17' multipliziert mit deren Pläche, mit dem Meßdruck und mit dem wirksamen
Hebelarm, Da Kolbenfläche, Anzahl und Hebelarm konstant sind, ist der Öldruck dem
Drehmoment direkt proportional.
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Durch die verwendete Steuerung und Schaltung der hydraulischen Elemente
ist der Ölverbrauch- der Kupplung gering, so daß keine eigene Pumpe erforderlich
ist.
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Es genügt, wenn durch eine Stichleitung Drucköl von einer bereits
vorhandenen Pumpe (z, B. von einer nachgeschalteten hydraulischen Regelungs- oder
Steuerungsanlage) zugeführt wird, Der Ausgleich der Fliehöldrücke ist auf einfache
Weise ohne Mehraufwand gelöst und alle Dichtungsquerschnitte liegen in einfach zu
bearbeitender Kreisform vor, Bei der in Fig, 4 gezeigten Anwendung der erfindungsgemäßen
Drehmomentmeßeinrichtung
handelt es sich um eine Wicklerregelung mit Hilfe eines hydraulisch verstellbaren,
mechanischen, stufenlosen Getriebes.
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Die Drehmomentmeßkupplung 63 erhält ebenso wie ein Steuerschieber
64 Drucköl von der Pumpe 65. Der von der Kupplung 63 kommende drehmomentproportionale
Meßdruck wird in einen Kraftkolben 66 geleitet, der einen Steuerhebel 67 betätigt,
Dadurch wird der Steuerschieber 64 verstellt und der Scheibensatz I oder II des
stufenlos verstellbaren Getriebes bekommt mehr Öldruck, wodurch die Getriebeübersetzung
dem Sollwert entsprechend eingeregelt wird. Mit dem Hebel 68 kann der Drehmoment-
bzw. Leistungsbereich eingestellt werden.
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Bei Wicklern werden im allgemeinen während des gesamten Auf- oder
Abwickelvorganges im wesentlichen konstante Zugkräfte und gleichbleibende Warengeschwindigkeit
verlangt, Da sich während des Wickelvorganges der wirksame Wickeldurchmesser laufend
ändert, müssen die Antriebsdrehzahlen und Antriebsdrehmomente für die Aufwickeltrommel
bzw. die Bremsdrehzahlen und Bremsdrehmomente für die Abwickeltrommel umgekehrt
proportional zueinander sein, d. h.
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N = P ' v = konstant.
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Dies ist gegeben, wenn die Drehzahl der Wickelwelle umgekehrt proportional
zum Wickeldurchmesser verändert wird und wenn sich das Drehmoment der Wickelwelle
proportional zum Wickeldurchmesser ändert, Da Drehmoment und Drehzahl an der Getriebewelle
II mit der Getriebewelle I durch die Übersetzung miteinander verknüpft sind, braucht
bei mit konstanter Drehzahl angetriebener Welle I nur das Antriebsdrehmoment konstant
gehalten zu werden, um über die stufenlos einstellbare Übersetzung die oben gestellte
Forderung zu erfüllen.
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Wird also bei steigendem Wickeldurchmesser und konstantem Bandzug
das Abtriebsdrehmoment erhöht, so steigt bei einer bestimmten Übersetzungsstellung
auch das Antriebsdrehmoment entsprechend an. Der Meßdruck an der Kupplung 63 steigt
ebenfalls und der Kolben 66 wird allmählich nach links verschoben und ebenso der
Steuerschieber 64. Dadurch bekommt der Scheibensatz II mehr Öldruck und das Getriebe
verstellt sich ins Langsame.
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Die Abtriebsdrehzahl wird verringert und das Produkt aus Drehmoment
und Drehzahl erreicht wieder den erforderlichen konstanten Wert. -Während des -Aufwickelvorganges
wird also das stufenlose Getriebe mit steigendem Wickeldurchmesser laufend ins Langsame
verstellt. Die Drehmomentmeßeinrichtung ist sowohl für Rechts- als auch für Linkslauf
geeignet. Dadurch kann die Wickeleinrichtung als Auf- und als Abwickler verwendet
werden.
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Die vorbeschriebene Regeleinrichtung ist besonders dann vorteilhaft,
wenn die bekannten Regelungen mit Tänzerwalze, Abfühlen der Warenbahn durch Meßgeräte
oder Bandzug bzw. Durchhangmesser nicht anwendbar sind oder auch, wenn eine Regelung
des Antriebsmotors (beispielsweise durch Thyristor-Steuerungen) entfällt, wenn nämlich
beispielsweise von einem Hauptantrieb mehrere Wickler gleichzeitig angetrieben aber
unterschiedlich gesteuert werden sollen.