DE2326582C2

DE2326582C2 - Drehmomentmeßvorrichtung in einem Zahnräderuntersetzungsgetriebe

Info

Publication number: DE2326582C2
Application number: DE19732326582
Authority: DE
Inventors: Henri Reze Charonnat; Michel Nantes Gachet; Jean Carquefou Havard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1973-05-24
Filing date: 1973-05-24
Publication date: 1983-11-03
Also published as: DE2326582A1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentsmeßvorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Es ist z.B. durch die DF.-AS 10 45 757 bekannt. Meßvorrichtungen an Umlaufgetrieben anzuordnen, bei denen ein angetriebenes Sonnenrad und ein nichtrotierender, im wesentlichen feststehender Zahnring vorhanden sind, zwischen denen ein den Zwischengetriebeteil tragendes Planetenradträgergehäuse umläuft.

Bei diesen Getrieben bestehen die Mittel zum Messen &5 der Druckkräfte an den Zähnen des Zwischengetriebeteils aus hydraulischen Kolbcnzylindereinheitcn, die rings um den Zahnring angeordnet sind und sich einerseits an dem Zahnring, andererseits an feststehenden Gehäuseteilen abstützen. Derartige Meßniittcl sind für Standgetriebe nicht geeignet, weil die letzteren im Getriebezug nur rotierende Räder aufweisen und demgemäß die Voraussetzungen für eine Drehmomentmessung, nämlich ein nichtroticrcnder. im wesentlichen feststehender Zahnring. nicht gegeben sind.

Bekannt ist es ferner, an Bauteilen, auf welche Druck-oder Zug- oder Biegespannungen ausgeübt werden, selbst kleinste Verformungen zu messen mittels Dehnungsmeßstreifen, die unmittelbar auf dem beanspruchten Bauteil befestigt sind. Diie Stauchung oder Dehnung der Fasern zeigt sich durch eine Änderung der Kennwerte eines die Meßstreifen durchfließenden elektrischen Stromes.

Solche Meßstreifen benutzt man manchmal, um das Ausgangsdrehmoment eines Motors zu messen: man kann sie z. B. auf Kupplungshülsen (also umlaufenden Bauteilen) anordnen, um die vom treibenden Kupplungsteil auf den getriebenen Kupplungsteil ausgeübten Kräfte zu messen. Ihr Raumbedarf ist erfreulicherweise gering. Aber sie haben den Nachteil, daß sie umlaufende elektrische Kontakte erfordern, und diese sind — vor allem an Bord von Schiffen — nicht zuverlässig; ferner sind Erschütterungen der Meßstreifen zu befürchten, denn die Meßstreifen sind empfindlich und recht zerbrechlich. Diese Art von Drehmomentmessung ist also unbefriedigend.

Anstelle von Dehnungsmeßstreifen kann man auch andere Messungsarten, wie z. B. hydraulische, optische oder magnetische verwenden. Diese sind aber ziemlich aufwendig.

Um das Drehmoment zu messen und gegebenenfalls konstant zu halten, das an oder von einer Vorrichtung ausgeübt wird, die ein Seil oder ein biegsames Band spannt, wendet man ein anderes Verfahren an. Das Seil oder Band wird über eine Zwischen-Seilscheibe geführt und von ihr getragen: ihr Halter unterliegt der auf die Achse der Scheibe ausgeübten Radialkraft. Dieser Halter kann an einem Dynamometer oder Beanspruchungsanzeiger angebracht sein; oder er kann an einem Arm befestigt sem. der mit odet ohne Gelenk ausgeführt sein kann und dessen Verformungen gemessen werden. Diese Verformungen sind der Zugkraft des Seils und daher dem Antriebs- oder dem Brems-Drehmoment annähernd verhältnisgleich. Aber um zu diesem wenig genauen Ergebnis zu gelangen, ist ein ziemlich sperriges Zwischenglied erforderlich gewesen. Die Übertragung des Meßgerätes auf den Seilweg kann auch den Nachteil haben, daß das Meßgerät den Schwankungen der Lufttemperatur und der Luftfeuchtigkeit ausgesetzt ^;st. Dies kann der Wirksamkeit der Vorrichtung schaden: zumindest erfordert es Vorsichtsmaßnahmen.

Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Drehmomentmeßvorrichtung der im Oberbegriff des Hauptanspruchs geschilderten Art dahingehend /u verbessern, daß diese mit einfachem buulichen Aufwand auch bei Standgcsrieben einsetzbar sind, die in ihrem Getriebezug nur rotierende Räder aufweisen, wobei umlaufende elekirische Kontakte vermieden werden sollen.

Die Lösung dieser Aufgabe crfolgi durch die im Hauptanspruch angeführten Merkmale. Die 'Jnterunsprüche kennzeichnen zweckmäßige weitere Ausbildungen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung nutzt die Genauigkeit und den geringen Raumbedarf der Dehnungsmeßstreifen, indem diese Streifen ohne sonstige Zutaten

unmittelbar auf einem der Bauteile angebracht werden, die im Untersetzungsgetriebe üblicherweise vorhanden sind und zum Antriebsmotor gehören. Da sie auf einer nicht umlaufenden, ganz unbeweglichen Achse, die einen der Zwischen-Getriebeteile trägt, befestigt, z. B. aufgeklebt sind, erleiden sie keinerlei Schwingungen; daher sind sie vor allen äußeren Erschütterungen geschützt. Diese nicht umlaufende Tragachse, die die Meßsireifen trägt, erfährt die Tangentialkräfte, welche der Motor auf ds; Ritzel und auf das getriebene Rad ausübt. Das Biegemoment, das zwischen den beiden äußeren Stützlagern der nicht umlaufenden Tragachse zwangsläufig entsteht, wirkt stets in derselben Ebene. Es ist dem übertragenden Drehmoment immer verhältnisgleich und gleichsinnig. Die Messung dieses Drehmornentes (mittels Meßstreifen) ist daher sehr gervau.

Ferner ist. wenn die die Meßstreifen tragende Tragachse in der kinematischen Kette nahe genug an der Ausgangswelle des Untersetzungsgetriebes ist, das gemessene Drehmoment wirklich dasjenige, welches auf das angetriebene Gerät, z. B. auf eine Windentrommel, ausgeübt wird. Das Auftreten mechanischer Verluste bleibt praktisch ohne Wirkung auf die Drehmoment-Messungen. Diese können zur automatischen Regelung der am Ausgang des Untersetzungsgetriebes empfangenen oder abgegebenen Kräfte dienen. Es ist keine Stoßdämpfung nötig; denn der Meß-Bauteil erfährt keine Verschiebung oder Verformung.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Zwischengetriebe-Zug, bestehend aus Rad und Ritzel, gelagert auf nicht-umlaufender, mit Dehnungsmeßstreifen versehener Tragachse, im Schrägbild, teilweise geschnitten;

F i g. 2 denselben Getriebe-Zug im Längsschnitt in Achsebene;

F i g. 3 die auf die Zähne und auf die biegsame Achse wirkenden Kräfte in schematischer Projektion auf die zur Achse senkrechte Ebene;

Fig. 4 eine Abwandlung der in Fig. 3 gezeigten⁴⁰ Anordnung, r.it treibendem Ritzel und getriebenem Rad in derselben Achsebene;

Fig. 5 eine schematiche Projektion der Kräfte gemäß Fig. 3 in einer Achsebene, in welcher die resultierende Pder Tangentialkräfte liegt.

Im Untersetzungsgetriebe, und /war in dem Zwischen-GetrL'beteil 1 (oder einem von .nehreren solcher Zwischen-Getriebeteile) kämmt das (motorseitige) Ritzel 2 mit dem Rad 3, das starr mit dem Ritzel 4 verbunden ist. Dieses Ritzel 4 kämmt mit dem Rad 5. das mittelbar oder unmittelbai mit einem Bauteil verbunden ist. dessen Drehmoment man messen will. Dieser Zwischen-Getriebeteil 1. de· aus dem Rad 3 und dem Ril/cl 4 besteht, ist hohlgebohrt. Durch seine Bohrung gehl eine /u ihm koaxiale, nicht umlaufende Tragachse 6 hindurch, die in Stützlagern 7 und 8 ruht: diese Stützlager sind verhältnismäßig kurz, und sie sind vollkommen fluchtend ausgerichtet.

45 Der Zwischen-Getriebeteil 1 kann auf Lagern (vorzugsweise Wälzlagern) 9 und 10 frei umlaufen. Auf der Achse sind, einander diametral gegenüber, Dehnungsmeßstreifen 11, 12, 13, 14 angebracht; sie fühlen die Durchbiegung der Tragachse ab. Diese Dehnungsmeßstreifen können unmittelbar auf die Tragachse 6 aufgeklebt sein (Fig. 1 und 2); sie können aber statt durch Kleben in beliebiger anderer Weise befestigt sein. Diese Spannungsmesser sind in einer Wheatstone'schen Brücke angeordnet. Diese Brücken-Anordnung ermöglicht folgende Ergebnisse:

a) Bei einer und derselben Beanspruchung ist die Spannungsänderung im Meßzweig der Brücke viermal so groß, wie wenn nur ein einziger Meßstreifen vorhanden wäre:

b) Temperaturänderungen ergeben keine störenden Spannungsänderungen.

Fig. 2 zeigt deutlicher einen Schnitt in Achsebene durch die Meßstreifen-Anordnung, d. K durch diejenigen Erzeugenden, die der am stärkste.) gedehnten und der am stärksten gestauchten Faser entsprechen. Und sie zeigt auch, daß die Tragachse 6 sich eventuell axial verschieben kann ohne Beanspruchungen, die für die Messung schädlich wären; das Lager 7 und gegebenenfalls das Lager 8 lassen Gleiten zu.

In welchem Winkel zueinander auch immer das Ritzel 2 und das Rad 5 (Fig. 3 und 5) und somit der Angriffspunkt der treibenden Tangentialkraft M und der Widerstandskraft R (die sich im übrigen umkehren kann) angeordnet sein mögen, in jedem Fall also zeigt die in den Lagern 7 und 8 auf die Tragachse 6 wirkende Reaktionskraft P (die Resultierende), daß auf die Tragachse ein Biegemoment wirkt, welches vom Abstand e dieser Lager 7 und 8, in denen die Tragachse ruht, ferner von dem kleineren Abstand d der Lager 9 und 10. auf denen der Zwischen-Getrieb^pteil 1 umläuft (Fig.7), und natürlich vom Wert der Kräfte Mund R abhängt. Dieses Biegemoment ist unmittelbar veihältnisgleich der Kraft M (oder R), denn die Werte e und d sind Ponstant. Seine Richtung ändert sich, wenn M und R ihre Richtung ändern.

Die Drähte 15 speisen die Dehnungsmeßstreifen mit Strom und empfangen deren Informationen übr-r Mund R (also über das Drehmoment); sie gehe« durch die Bohrung der hohlen Tragachse hindurch. Sie gehen von der Bohrung zu den Meßstreifen durch radiale oder schräge Löcher 16. die vorzugsweise in der Mittelebene der neutralen Phase (d. h. in einer zur Achsebene der Meßstreifen senkrechten Ebene) liegen.

Die von den Meß^treifen 11, 12, 13 und 14 gegebene Anzeige (d. h. der je nach der Größe des Drehmoment· geänderte Strom) werden außerhalb der Tragachse in einem Gehäuse 17 aufgenommen und verstärkt, um auf den Antriebsmotor zu wirken, dessen Drehmoment veränderlich sein kann. Das Gehäuse 17 kann in einigem Abstand von der Tragachse 6 angeordnet sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Drehmomentmeßvorrichtung an einem Untersetzungszahnrädergetriebe mit mindestens einem Zwischengetriebeteil, der aus einem Ritzel und einem größeren Zahnrad besteht, die einstückig starr miteinander verbunden sind und frei in zwei Lagern rotieren, wobei die Lager von zwei mit Getriebegehäuseteilen verbundenen Stützlagern getragen sind, und mit Mitteln zum Messen der an den Zähnen des Zwischengetriebeteils auftretenden Druckkräfte, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung des Untersetzungszahnrädergetriebes als Standgetriebe die Lager (9, 10) auf einer zu diesen koaxialen Achse (6) ruhen, die starr « (undrehbar) in den Stützlagern (7, 8), und zwar außerhalb der Lager (9,10) gehalten ist, und daß die Mittel zum Messen der Druckkräfte aus einem Paar oder mehreren Paaren von Dehnungsmeßstreifen bestehen, die auf der Achse (6) zwischen den Lagern (9,10) SLfS zwei einander diametral gegenüberliegenden Manteiiinien aufgeklebt oder aufgelötet sind und die in derselben Achsebene wie die Resultierende (P) aus den beiden auf die Lager (9, 10) wirkenden, an den Zähnen der Zwischengetrieberäder (3, 4) angreifenden Tangentialkräften liegen und das auf die Achse (6) wirkende (dem Drehmoment verhältnisgleiche) Biegemoment messen, indem sie einen elektrischen Strom verändern, der dann von einem Meßgerät angezeigt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, wjß die Achse (6) hohlgebohrt ist und daß diese Bohrung du^rch eir Loch (16) am Ort der Dehnungsmeßstreifen (11 bis 14) auf den Außenumfang mündet und als Durchgang Für die elektrischen Drähte (15) dient, welche die Meßstreifen mit elektrischem Strom speisen und ihre Meßsignale ableiten, die anschließend verstärkt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrung der Achse (6) außerhalb « eines der Stützlager (7,8) unmittelbar in ein Gehäuse (17) mündet, in welchem die elektrischen Meßdrähte (15) angeschlossen und die Einrichtung zur Verstärkung des Meßstromes angeschlossen sind, der von dort zu den zu steuernden Einrichtungen geführt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß der verstärkte Drehmomentmeßstrom auf den am Eingang des Untersetzungsgetriebes angeordneten Motor (2a) wirkt und dessen Drehmoment steuert.