DE2529552A1 - Vorrichtung zum messen der auf ein drehteil ausgeuebten radialbelastung - Google Patents

Vorrichtung zum messen der auf ein drehteil ausgeuebten radialbelastung

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Description

P-teiiU.iwaiie
München 2 2 · Steinsdorf&irafob 21 - ζ 2 - ι e ί e r ο η 089 / 29 84 62
B 7405
Francois SIMON Chemin des Moliöres, 73420 LE VIVIERS DU LAC, Frankreich
Vorrichtung zum Messen der auf ein Drehteil ausgeübten Radialbelastung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen der Radialbelastung, die auf ein Drehteil, wie eine Scheibe, Rolle, ein Zahnrad, eine Bremstrommel, eine Welle und dgl., ausgeübt wird.
Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung zum Messen der relativen Radialbelastung zwischen einerseits einem von zwei koaxialen ringförmigen Teilen, die drehbar ineinander um eine Welle angeordnet sind, und andererseits einen Träger, mit dem eines der beiden Ringteile mittels eines zwei Flansche aufweisenden Verbindungssystems verbunden ist.
S/Li 509885/0366
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß sich Messungen von großer Präzision ergeben und daß die erzielte Meßgenauigkeit selbst dann beibehalten werden kann, wenn sich die Richtung der betreffenden Radialbelastung ändert.
Die Merkmale der zur Lösung dieser Aufgabe geschaffenen Vorrichtung ergeben sich aus den Ansprüchen.
Wenn bei der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung die vorgesehenen Detektoren derart angeordnet sind, daß die Messung der Verformungen von Verbindungsteilen in einer Richtung durchgeführt wird, die derjenigen der zu messenden Radialbelastung entspricht, lassen sich Messungen mit großer Präzision erzielen. Darüber hinaus kann diese Genauigkeit selbst für den Fall beibehalten werden, bei dem die Richtung der betreffenden Radial belastung veränderlich ist, wenn der Träger durch eine Welle gebildet ist, die exzentrisch zur Achse der Relativdrehung zwischen den beiden Ringteilen angeordnet ist. Die Vorrichtung mißt nämlich Verformungen desjenigen Systems, das den Träger und eines der beiden koaxialen Ringteile miteinander verbindet, oder sie mißt die Deformationen dieses betreffenden Ringteiles selbst, da Letzteres und die betreffenden Verbindungsteile sich stets automatisch um die Achse der Relativdrehung zwischen den beiden Ringteilen in Richtung der resultierenden Radialbelastung ausrichten.
Bei einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung weist das ringförmige Teil, das nicht mit den Flanschen verbunden ist, die Form einer Scheibe, einer Rolle, eines Zahnrades, eines Windentrommelflansches oder dgl. auf, während bei anderen Ausführungsbeispielen das betreffende ringförmige Teil fest ist und die Gesamtheit der Vorrichtung ein Lager für die Welle bildet.
509885/0366 7405
Die Erfindung wird im folgenden in Form einiger Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert. Diese zeigt in:
Fig. 1 im Längsschnitt gemäß Linie I-I in Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel, bei dem das Drehteil ein Zahnrad ist;
Fig. 2 einen Querschnitt gemäß Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 im Längsschnitt gemäß Linie III-III nach Fig. 4 eine zweite Ausführungsform, bei der das Drehteil eine Riemenscheibe ist;
Fig. 4 einen Querschnitt gemäß Linie IV-IV in Fig. 3;
Fig. 5 eine dritte Ausführungsform im Schnitt gemäß der Bruchlinie V-V in Fig. 6 und
Fig. 6 in teilweise aufgeschnittener Seitenansicht;
Fig. 7 im Schnitt gemäß Linie VII-VII in Fig. 8 eine vierte Ausführungsform, bei der die Drehteile der beiden einander zugeordneten ähnlichen Vorrichtungen die Flansche einer Windentrommel bilden;
Fig. 8 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht;
Fig. 9 im Schnitt gemäß Linie IX-IX in Fig. 10 eine fünfte Ausführungsform, bei der die beiden einander zugeordneten ähnlichen Vorrichtungen als Lager für eine Welle dienen, die Riemenscheiben trägt;
5098 8 5/0366 7405
Fig. 10 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht;
Fig. 11 im Schnitt gemäß Linie XI-XI in Fig. 12 eine sechste Ausführungsform, bej. der das innere drehbare Ringteil fest ist;
Fig. 12 eine Stirnansicht in Richtung des Pfeiles F gemäß Fig. 11;
Fig. 13 im Schnitt gemäß der Linie ΧΙΠ-ΧΙΠ in Fig. 14 eine weitere
Ausführungsform, bei der die Vorrichtung zur Messung der Belastungen eine elastische verformbare Membran aufweist, die mit einem Fluid gefüllt ist, und
Fig. 14 in der rechten Hälfte eine Stirnansicht der Ausführungsform
gemäß Fig. 13 und in der linken Hälfte einen Schnitt gemäß Linie XIV-XIV in Fig. 13 .
Die aus Fig. 1 und 2 ersichtliche Vorrichtung weist zwei koaxiale Ringteile auf, d. h. ein äußeres Ringteil 1 sowie ein inneres Ringteil 2, die drehbar gegeneinander angeordnet sind, beispielsweise mittels eines Laufkranzes aus Rollkörpern, wie Kugeln 3. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das äußere Ringteil 1 ein Zahnrad, während das innere Ringteil 2 durch einen zylindrischen Kranz bzw. Ring gebildet ist. An dessen Stirnflächen sind mittels Schraubbolzen 11, die vorzugsweise über den gesamten Umfang verteilt sind, zwei kreisförmige Flansche 4,5 befestigt, deren Achse bei 6 angedeutet ist.
In zwei entsprechenden Ausnehmungen bzw. Bohrungen 8,9 der beiden Flansche 4,5 ist eine feste Welle 7 angeordnet bzw. befestigt, deren geometrische Achse 12 um den Wert bzw. Abstand e exzentrisch gegenüber der geometrischen Achse 6 der Flansche 4, 5 angeordnet ist.
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Beim Betrieb ist die Verzahnung 13 des Rades 1 Belastungen unterworfen, deren radiale Resultierende durch den Pfeil F in Fig. 2 angegeben ist. Da zwischen den beiden Achsen 6, 12 die Exzentrizität e vorliegt, nehmen die verschiedenen Teile der Vorrichtung die in der Zeichnung dargestellte Relativlage zueinander ein, d. h. die beiden Achsen 6, 12 befinden sich in derselben Ebene, welche die resultierende radiale Kraft bzw. BelastungF enthält. Um die relative Radialbelastung zwischen dem Zahnrad 1 und der Welle 7 zu messen, sind Mittel zum Erfassen bzw. Messen der Verformung der die Verbindung zwischen der Welle 7 und dem inneren Ringteil 2 gewährleistenden Flansche 4, 5 vorgesehen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind diese zum Messen vorgesehenen Mittel durch Dehnungsmeßstreifen 16 gebildet, die Verstärkern 17 zugeordnet und an den Innenflächen der beiden Flansche 4,5 befestigt sind, um die Verformungen dieser Flansche 4,5 zu messen, die eine Funktion des Wertes bzw. des Betrages der aufgebrachten Radialkraft F sind, wobei diese Radialkraft über das Zahnrad 1 mittels des Kugellagers bzw. Laufkranzes 3, des inneren Ringteiles 2 und der beiden Flansche 4,5 auf die Welle 7 aufgebracht wird. Die Änderungen der Charakteristika der Dehnungsmeßstreifen 16 werden in bekannter Weise mittels jeder geeigneten Schaltung erfaßt, die vorzugsweise eine direkt ablesbare Anzeige der Belastungswerte liefern kann.
Bei dem abgewandelten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 und 4 weist das äußere Ringteil 1 die Form einer Riemenscheibe auf, während die Dehnungsmeßstreifen 16 an der zylindrischen Innenfläche des inneren Ringteils 2 angeordnet sind, und zwar vorzugsweise an drei Stellen, die am oberen Teil dieser zylindrischen Innenfläche sowie an den benachbarten Bereichen der beiden Enden eines horizontal gelegten Durchmessers liegen, wie aus Fig. 4 ersichtlich. Damit diejenigenTeile des inneren Ringteils 2, welche die Dehnungsmeßstreifen 16 tragen, sich ungehindert elastisch verformen können, sind die beiden Flansche 4, 5 mit den Stirnflächen des inneren Ringteiles 2 nur an dessen unterer Hälfte verbunden, wie aus Fig. 4 anhand der Schraubbolzen 11 ersichtlich.
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Bei dem aus Fig. 5 und 6 ersichtlichen weiteren Ausführungsbeispiel erfolgt die Verbindung zwischen der Welle 7 und den Flanschen 4, 5 nicht direkt in den Flanschbohrungen 8, 9, die zu diesem Zweck einen größeren Durchmesser als die Welle 7 aufweisen, sondern mittels eines Pleuels 31, dessen Kopf auf der Welle 7 mittels einer Kunststoffbüchse 32 dreht, während der Pleuelfuß von zwei Achsen 33 durchsetzt wird, die auch die beiden Flansche 4, 5 durchsetzen. Jede dieser Achsen 33 weist einen in der Wand des einen Flansche 4 versenkt angeordneten Kopf 34 und ein mit einem Gewinde versehenes Ende 35 auf, auf den eine in der Wand des anderen Flansche 5 versenkt angeordnete Schraubenmutter 36 aufgeschraubt ist.
Beim dargestelltenAusführungsbeispiel sind die Dehnungsmeßstreifen 16 und die Verstärker 17, denen die Dehnungsmeßstreifen 16 zugeordnet sind, am Körper des Pleuels 31 angeordnet, das die Form eines rechtwinkligen bzw. rechteckigen Flachstabes aufweist und dessen Abmessungen urt er Berücksichtigung der Charakter is tika des Materials, aus dem das Pleuel 31 gefertigt ist, an den Wert bzw. Betrag der Belastungen angepaßt sind, die dieses Pleuel 31 vom Zahnrad 1 über den Laufkranz 3, das innere Ringteil 2 und die beiden Flansche 4, 5 auf die Welle 7 übertragen soll. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Dehnungsmeßstreifen 16 vollständig durch die beiden Flansche 4, 5 der.Vorrichtung geschützt.
Unter der Voraussetzung, daß bei.dem dargestellten Ausführungsbeispiel weder die Flansche 4, 5 noch das innere Ringteil 2 hinsichtlich des Betrages ihrer Deformationen an der Auswertung der Belastung teilnehmen, die sie übertragen, kann das innere Ringteil 2 mittels der Schraubbolzen 11 am gesamten Umfang der Flansche 4, 5 befestigt sein.
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Beim dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Kunststoffbüchse 32 in ihrer Bohrung einen mittig angeordneten, querschnittlich V-förmigen Ringgrat 38 auf, der sich auf der Welle 7 abstützt, um eine vollkommene Zentrierung der Belastungen zueinander zu gewährleisten, die bei den verschiedenen Teilen der Vorrichtung gegenseitig aufeinander einwirken. Diese Kunststoffbüchse 32 mit ihrem inneren Ringgrat 38 kann selbstverständlich durch jedes äquivalente System ersetzt werden, insbesondere durch ein Gelenksystem.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 und 8, das eine Abwandlung der Ausführungsform gemäß Fig. 5 und 6 darstellt, sind zwei Vorrichtungen der Art gemäß Fig. 5 und 6 vorgesehen, die einander zugeordnet sind, um insgesamt eine Wickeltrommel 45 zu bilden. Diese weist ein röhrenförmiges Teil 46 von ganz allgemein zylindrischer Form auf, das zum Aufrollen eines Kabels oder dgl. eine schraubenförmig verlaufende Nut 47 besitzt und mit seinen beiden Enden an zwei Flanschen 51, 52 befestigt ist, die - entsprechend dem Teil 1 in Fig. 5 und 6 - die äußeren Ringteile bilden. Darüber hinaus ist bei diesem Ausführungsbeispiel das innere Ringteil 2 einstückig mit dem Flansch 4 ausgebildet, und der Flansch 5 ist am inneren Ringteil 2 mittels Senkkopfschrauben 55 befestigt. Die anderen Teile der Vorrichtung entsprechen denen der Vorrichtung gemäß Fig. 5 und 6. Die Welle 7 ist durch zwei feste Träger 53, 54 gelagert. Die auf die Wickeltrommel 45 ausgeübte radial e Belastung entspricht daher der Summe derjenigen Belastung, die mittels der Dehnungsmeßstreifen 16 von den beiden jeweils die beiden Enden der Wickeltrommel 45 tragenden Vorrichtungen registriert werden.
Das aus Fig. 9 und 10 ersichtliche fünfte Ausführungsbeispiel kann als Abwandlung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 7 und 8 angesehen werden, jedoch bilden hierbei die äußeren Ringteile 57 nicht mehr die Flansche einer Wickeltrommel, sondern sind feste Organe, in deren Inneren die beiden Vorrichtungen zentriert sind, lh diesen sind die beiden Enden der
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Welle 7 gelagert, die Riemenscheiben 58 - beim dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Riemenscheiben - trägt. Diese Riemenscheiben 58 können selbstverständlich auch durch andere Elemente, wie beispielsweise durch Zahnräder, ersetzt werden. Die anderen Teile der Vorrichtung entsprechen denen der Vorrichtungen gemäß Fig. 5 bis 8. Die Gesamtheit der von den Riemenscheiben 58 aufgenommenen und an die Welle 7 weitergegebenen radialen Kräfte entspricht daher der Summe derjenigen Belastungen, die durch die Dehnungsmeßstreifen 16, die den beiden die Welle 7 tragenden Vorrichtungen zugeordnet sind, registriert werden.
Bei dem aus Fig. 11 und 12 ersichtlichen sechsten Ausführungsbeispiel sind die Flansche 4A, 5A nicht mehr mit dem inneren Ringteil fest verbunden, sondern demgegenüber mit dem äußeren Ringteil 1, und zwar mittels Schraubbolzen 11.
Die Gesamtheit der Vorrichtung ist auf einem Träger 65 befestigt, und zwar mittels Schrauben 66, die den Träger 65 durchsetzen und in einem Teil 67 festgelegt sind. Dieses gehört zum inneren Ringteil 2 und ragt über die äußere Stirnfläche des Flansche 5A hinaus, und zwar durch Ausnehmungen hindurch, die in Form eines Kreisbogens 68 bzw. eines Kreissektors in dem Flansch 5A vorgesehen sind, so daß Letzterer, d. h. die Gesamtheit aus äußerem Ringteil 1 und den beidenFlanschen 4A, 5A, unter der Wirkung der weitgehend vertikalen Kraft, der er unterworfen ist, aus seiner mittigen vertikalen Gleichgewichtsstellung über einen bestimmten Winkel A hinweg gegenüber dem festen inneren Ringteil 2 verschwenkt werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird daher die Belastung zwischen der Welle 7 und dem festen Träger 65 durch die Verformungen gemessen, denen die am Verbindungspleuel 31 befestigten Dehnungsmeßstreifen 16 unterworfen sind.
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Das aus Fig. 13 und 14 ersichtliche abgewandelte Ausführungsbeispiel ähnelt in seiner allgemeinen Struktur demjenigen gemäß Fig. 3 und 4, jedoch weist hierbei die Vorrichtung zum Messen der Belastungen eine mit einem Fluid gefüllte elastische verformbare Membran 71 auf.
Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bildet die elastische verformbare Membran 71 einen geschlossenen Körper bzw. Speicher, der vollständig mit einer Flüssigkeit, beispielsweise Öl, gefüllt ist. Dieser Speicher weist weitgehend die Form eines zylindrischen Halbkranzes auf und ist in der oberen Hälfte desjenigen freien Raumes angeordnet, der durch die Bohrung 73 des inneren Ringteiles 2, die Innenflächen der beiden Flansche 4, 5 und die Welle 7 begrenzt ist.
Die Meßvorrichtung wird durch ein Rohr 74 vervollständigt, dessen eines Ende in die elastische verformbare Membran 71 mündet und dessen anderes Ende mit einem Anschluß 75 versehen ist, der zur Verbindung mit einem Gerät zur Messung der Änderung des jeweils im Innern der Membran 71 herrschenden Druckes dient.
Entsprechend der Natur des Fluids, mit dem die elastische Membran 71 gefüllt ist, d. h. je nachdem, ob es sich um eine Flüssigkeit oder um ein Gas handelt, wird selbstverständlich auch jeweils ein geeignetes Meßgerät bekannter Art gewählt.
Selbstverständlich kann die elastische verformbare Membran auch eine andere als die dargestellte Ausbildung aufweisen, und zwar jeweils in Anpassung an das Ausführungsbeispiel, bei dem die Membran zur Anwendung gelangen soll.
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Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen können die in'Form von Zahnrädern, Riemenscheiben oder Rollen beschriebenen Teile entweder untereinander oder aber auch gegenüber anderen ähnlichenTeilen ausgetauscht werden, ohne daß deswegen das beschriebene Prinzip zur Messung von Belastungen geändert werden müßte.
Darüber hinaus ist es auch bei den verschiedenen beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich, die Dehnungsmeßstreifen nicht an dem Verbindungspleuel zu lagern, sondern stattdessen an den Innenflächen der beiden Flansche oder auch an der Innenfläche des inneren Ringteils zu lagern, dessen obere Hälfte vorzugsweise dann nicht starr mit den Flanschen verbunden ist, so daß es sich in Abhängigkeit von den Belastungen, die das innere Ringteil überträgt, elastisch verformen kann.
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Claims (10)

  1. Patentansprüche
    Ij Vorrichtung zum Messen der relativen Radialbelastung zwischen einerseits einem von zwei koaxialen ringförmigen Teilen, die drehbar ineinander um eine geometrische Achse angeordnet sind, und andererseits einem Träger, mit dem eines der beiden Ringteile mittels eines zwei Flansche aufweisenden Verbindungssystems verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung durch wenigstens einen Detektor (16) zum Erfassen der Verformungen in Richtung der zu messenden Radialbelastung von weni gstens einem der Elemente gebildet ist, die aus den beiden koaxialen Ringteilen (1, 2) und dem Verbindungssystem (5, 31) bestehen.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger eine Welle (7) ist, die exzentrisch zur geometrischen Achse (6) der Relativdrehung zwischen den beiden koaxialen Ringteilen (1, 2) angeordnet ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (7) mittels der beiden Flansche (4, 5) mit dem inneren Ringteil (2) verbunden
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Verformungsdetektoren (16) an der Innenfläche des inneren Ringteils (2) befestigt sind.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Verformungsdetektoren (16) an den Innenflächen der Flansche (4, 5) befestigt sind.
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  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (7) die Flansche (4, 5) in Bohrungen (8, 9) der Flansche (4, 5) durchsetzt, ohne die Ränder der Bohrungen (8, 9) zu berühren, und daß die Welle (7) mit den Flanschen (4, 5) mittels eines Pleuels (31) verbunden ist, auf dem der oder die Verformungsdetektoren (16) befestigt sind.
  7. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verformungsdetektor (16) ein elektrischer Dehnungsmeßstreifen ist.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verformungsdetektor (71) als druckmittelabhängige Einrichtung ausgebildet ist.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den Flanschen (4, 5) verbundene Ring teil (2) im Innern des anderen Ringteils (1) angeordnet ist, das die Form einer Scheibe, einer Rolle, eines Zahnrades, des Flansches einer Wickeltrommel oder dgl. aufweist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das mit den Flanschen verbundene Ringteil im Innern des anderen Ringteils angeordnet ist, das fest ist, wobei die Gesamtheit der Vorrichtung ein Lager für die Welle (7) bildet.
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