DE2550402C3 - Elektronisches Transmissions-Dynamometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektronisches Transmissions-Dynamometer gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Bei einem aus der GB-PS 9 68 503 bekannten Transmissions-Dynamometer sind die den Markierungsringen zugeordneten Köpfe starr gelagert. Diese Art zur Zuordnung der Köpfe ist mit dem Nachteil verbunden, daß seitliche Vibrationen oder Längsvibrationen, ferner Taumelbewegungen und Drallbewegungen der Welle falsche oder verzerrte Impulse in den Köpfen ergeben, die im Anzeigeinstrument falsche oder t>o gar keine Drehmomentanzeigen auslösen. Solche Sekundärbewegungen einer belasteten Welle treten insbesondere bei großen Lagerabständen, häufigen Belastungsänderungen und Drehzahlschwankungen auf. Da es zu einer feinfühligen Ermittlung der Übertra- h3 gungswerte zweckmäßig ist, die Köpfe den Markierungsringen mit geringem Abstand gegenüberzustellen, besteht bei den Sekundärbewegungen die ständige Gefahr, daß die Köpfe die Markierungsringe berühren. Berührungen führen nicht nur zu einem unzulässigen Verschleiß der Köpfe bzw. der Markierungsringe, sondern unter ungünstigen Umständen auch zu einer Verzerrung oder teilweisen Löschung der aufgebrachten Markierungen. Die bekannte Einrichtung entspricht außerdem nicht mehr modernen Anforderungen, da sie nur das übertragene Drehmoment ermittelt und anzeigt, während die übertragene Drehzahl und die Leistung entweder gar nicht oder in unrationeller Weise mit getrennten Einrichtungen zu ermitteln sind.

Aus der US-PS 36 04 255 ist eine weitere Ausführung eines Transmissions-Dynamometers bekannt bei dem zahnradartige Markierungsträger benutzt werden, um Torsionsbelastungen der Welle und die Wellendrehzahl anzuzeigen. Derartige mechanische Markierungsträger bilden eine zu ungenaue Basis für die Ermittlung exakter Übertragungswerte. Bei einer starren Lagerung der Köpfe verzerren Sekundärbewegungen der Welle die Ablesegenauigkeit sehr stark, da der radiale Abstand der Köpfe von der Welle sehr groß ist Dieses Transmissions-Dynamometer beansprucht infolge der großen Zahnräder sehr viel Platz, der in vielen Fällen nicht vorhanden ist

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Transmissions-Dynamometer der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, daß mit ihm trotz der Sekundärbewegungen der Welle die Übertragungswerte exakt angezeigt werden und die Gefahr von Berührungen zwischen den Köpfen und den Markierungsringen auch bei starken Wellenvibrationen zuverlässig eliminiert ist

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe bei einem Transmissions-Dynamometer der vorstehenden Gattung durch die im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Merkmale gelöst.

Sekundärbewegungen einer derart hinsichtlich ihrer Übertragungswerte überwachten Welle können damit zu keinen Relativbewegungen zwischen den Markierungsringen und den Köpfen mehr führen, so daß die Werte ständig exakt übermittelt werden. Das Abtasten der Impulse folgt feinfühlig; die Köpfe werden zuverlässig gegen eine Berührung der Markierungsringe gehindert. Die Abstützung der die Brücke stabilisierenden, elastischen Elemente kann außerhalb des Bewegungsbereiches der Welle erfolgen, was im Hinblick auf die üblicherweise beschränkten Platzverhältnisse vorteilhaft ist Günstig ist ferner, daß das Transmissions-Dynamometer als vorgefertigte Einheit mit geringem Montageaufwand an gewünschter Stelle der Welle, auch im Rahmen einer nachträglichen Umrüstung, angebracht werden kann.

Bevorzugte Ausführungsformen des Anmeldungsgegenstandes sind aus den Unteransprüchen entnehmbar.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Ansicht eines installierten Transmissions-Dynamometers,

F i g. 2 ein Blockschaltbild der elektronischen Schaltung des Transmissions-Dynamometers,

F i g. 3 den Signalverlauf an verschiedenen Punkten der in F i g. 2 dargestellten Schaltung, und

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Transmissions-Dynamometers.

Das dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt eine Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung 10, die um eine Welle 12 herum angebracht ist und ein sinusförmi-

ges Signal mit einer bestimmten Frequenz magnetisch aufzeichnet, wenn die Welle lastfrei rotiert Ein elektronischer Rechner 14 ist eingegliedert, um während der Drehung der Welle unter Last kontinuierlich die Wiedergabe des aufgezeichneten Signals der Welle aufzunehmen und Ausgangssignale zu erzeugen, die proportional dem Drehmoment, der Leistung und der Drehzahl der Welle sind. Anzeigeinstrumente sind elektrisch angeschlossen, die die Ausgangssignale des elektronischen Rechners 14 empfangen und sie in Drehmomenteinheiten, Pferdestärken und Umdrehungen pro Minute wiedergeben.

In F i g. 1 und 2 weist die Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung 10 zwei nicht-magnetische Ringe 18 auf, die auf der Welle 12 axial im Abstand voneinander befestigt sind. Magnetbänder 20 umspannen die Ringe 18. Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe 22 und 24, die sich jeweils in Halterungen 26 befinden, sind Ober den Ringen 18 angeordnet und ortsfest an daneben befindlichen Lagergehäusen 28 der Welle befestigt Ein Signalgenerator 30 steht Ober Leitungen 32 und einen Ein-Aus-Schalter mit den Aufzeichnungsund Wiedergabeköpfen 22 und 24 in Verbindung. Der Kopf 22 befindet sich näher am Antriebsende der Welle als der Kopf 24, der näher am Wellenausgang angeordnet ist

Zum Betrieb wird der Schalter 34 eingeschaltet Es liefert der Signalgenerator 30 ein periodisches Signal mit wählbarer Frequenz, die in der später erläuterten Weise gewählt wird. Das Signa! wird durch die jeweiligen Köpfe 22 und 24 gleichzeitig auf die Bänder 20 Übertragen und aufgezeichnet, während die Welle lastfrei oder im Leerlauf läuft Der Schalter 34 wird anschließend geöffnet Die Welle 12 wird dann unter Last gedreht Die auf den Bändern 20 aufgezeichneten Signale werden dann von den Köpfen 22 und 24 abgenommen und dem elektronischen Rechner 14 zugeführt Die Welle 12 wird zum Aufzeichnen der Signale nur einmal gedreht Das Abfühlen unter Last erfolgt fortlaufend.

Gemäß F i g. 2 enthält der Rechner 14 Vorverstärker 36 und 38, die die von den Köpfen kommenden Signale verstärken. Da sich der Kopf 22 näher am Antriebsende der Welle 12 befindet, eilt infolge der Verdrehung der belasteten Welle das Signal vom Kopf 22 dem Signal vom Kopf 24 voraus. Von den Vorverstärkern gelangen die Signale jeweils ze Präzisions-Nulldurchgangsdetektoren und Begrenzern 40, 42 und laufen anschließend durch Differenzierschaltungen 44 und 46. Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 44, d.h. das vorauseilende Signal, steuert den Setzeingang eines bistabilen Verknüpfungsgliedes 48 an, während das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 46, d. h. das nacheilende Signal, den Rücksetzeingang des Verknüpfungsgliedes 48 ansteuert Das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes 48 weist eine Breite auf, die gleich dem Phasenunterschied oder der Zeitverzögerung zwischen den Nulldurchgängen der Signale ist Das Ausgangssignal des Verknüpfungsgliedes 48 gelangt zu einem Impulsbreitenwandler SO, der eine Impulsbreite in einen Spannungswert umwandelt und dessen Ausgangssignal eine dem Drehmoment der Welle 12 proportionale Gleichspannung ist Das Ausgangssignal des Wandlers 50 betreibt einen Drehmomentmesser 52, der ein digitales oder herkömmliches Einbauinstrument sein kann. Ein Potentiometer 54 k?nn zur Eichung des Drehmomentmessers 52 oder zum direkten Ablesen Das Ausgangssigna] der Differenzierschaltung 46 steuert parallel ebenfalls einen monostabilen Multivibrator 56 an, dessen Ausgangsimpulsfrequenz proportional der Drehzahl der Welle ist Ein Frequenzwandler 58, der die Frequenz in einen Spannungswert umwandelt, liefert eine der Drehzahl der Welle proportionale Gleichspannung, mit der ein Drehzahlmeßgerät 60 betrieben wird. Ein Potentiometer 62 ist zur Eichung vorgesehen, um direkt die Umdrehungen pro Minute

ίο abzulesen.

Die dem Drehmoment entsprechende Spannung vom Wandler 50 liegt am X-Eingang eines Spannungsvervielfacher 64 an. Die der Drehzahl der Welle entsprechende Spannung vom Wandler 58 liegt hingegen am V-Eingang des Spannungsvervielfachers 64 an. Das Ausgangssignal des Vervielfachers ist gleich dem Produkt X ■ V und daher proportional der von der Welle übertragenen Leistung. Das Ausgangssignal des Vervielfachers 64 wird einem durch ein Potentiometer zur direkten Ablesung in Pferdestärken geeichten Voltmeter 66 zugeführt

In F i g. 3 sind typische Wellenformen an verschiedenen Punkten im Rechner 14 dargestellt Es handelt sich zunächst um Sinusweilen mit einer Frequenz, die so gewählt ist, daß die größte Breite des Drehmomentsignals der Köpfe 22 und 24 kleiner als eine Periode der Wiedergabefrequenz ist Die Wellenform des Signals von? Kopf 22 oder vom Kopf 24, das gleichzeitig das Eingangssignal für die Vorverstärker 36 und 38 ist, ist auf der Linie 70 dargestellt Das Ausgangssigna! der Vorverstärker, das auf der Linie 72 dargestellt ist, wird mit Hilfe der Nulldurchgangsdetektoren und Begrenzer 40 und 42 rechteckig gemacht und abgeschnitten, wie es in der Linie 74 dargestellt ist Zum Ansteuern des bistabilen Verknüpfungsgliedes 48 kann entweder der über der Linie liegende positive Impuls oder der unter der Linie liegende negative Impuls verwandt werden. Dies ist auf den Linien 76 und 78 dargestellt. Diese Impulse werden von den Differenzierschaltungen 44 und 46 geliefert Das Ausgangssignal der Differenzierschaltung 44, das auf der Linie 76 dargestellt ist, läuft dem Ausgangssignal der Differenzierschaltung 46, das auf der Linie 78 dargestellt ist, um einen Betrag voraus, der dem Drehmoment der Welle proportional ist Zur Ermittlung des Drehmoments wird das auf der Linie 80 in Fig.3 dargestellte positive Ausgangssignal des bistabilen Verknüpfungsgliedes 48 verwandt, dessen Frequenz gleich der Frequenz des ursprünglichen, auf der Linie 70 der F i g. 3 dargestellten Signales ist, und

so dessen Impulsbreite gleich der vom Drehmoment verursachten Zeitverzögerung zwischen den Nulldurchgängen der jeweiligen Wellen ist Diese Impulsbreite ist daher proportional dem Drehmoment der Welle. Das Ausgangssignal des monostabilen Multivibrators 56, das auf der Linie 82 in Fig.3 dargestellt ist, ist der die Drehzahl darstellende Wellenzug und weist die Frequenz des ursprünglichen, auf der Linie 70 dargestellten Signales bei fester Impulsbreite auf, die kleiner als eine Periode bei der größten Drehzahl ist

6ü In F i g. 4 ist eine weitere Ausführungsform angedeutet Eine Brücke 84 trägt an beiden Enden starre Ausleger 86, deren Enden 88 einander gegenüberliegen. Die Oberseite 90 der Brücke 84 ist eben, im Abstand voneinander sind auf der Welle 12 Ringe 18 angeordnet,

h) die die Markierungsaufzeichnungen tragen. Aufzeichnungs- und Wiedergabeköpfe 22 und 24 sind an den äußeren Enden 88 der Ausleger 86 angebracht. Die i

Flache 92, an der Rollen 94 vorgesehen sind, die sich auf zur Welle 12 parallelen Achsen 96 drehen. Die Rollen 94 laufen auf der Welle 12 und halten die Brücke 84 im Abstand darüber. Die Brücke 84 wird durch Federn 98 gegenüber einer Versetzung durch die Drehung der Welle i2 gehalten. Die Federn 98 greifen an gegenüberliegenden Seiten der Brücke 84 an und sind an festen Punkten neben der Welle befestigt. Dieses Transmissions-Dynamometer wird bei Wellen verwandt, die seitliche Vibrationen oder Längsvibrationci, sowie andere Sekundärbewegungen bezüglich ihrer Lagergehäuse 28 ausführen. Dadurch, daß die Köpfe auf der Brücke 84 angeordnet sind, die der Sekundärbewegung der Welle folgt, werden ansonsten hervorgerufene Fehlersignale eliminiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichmingen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Elektronisches Transmissions-Dynamometer zum kontinuierlichen Ermitteln des Drehmoments und gegebenenfalls weiterer Übertragungswerk! einer rotierenden Welle, auf der mit axialem Abstand zwei magnetisierbar Markierungsringe befestigt sind, denen berührungsfrei je ein stationärer Markierungs- und Wiedergabekopf zugeordnet ist, die getrennt einen Schaltkreis ansteuern, in welchem von Markierungen auf den Markierungs ■ ringen in den Köpfen erzeugte Impulse verstärke und in Signale umgewandelt werden, die einzeln und/oder miteinander verglichen Anzeigeinstrumenten eingegeben werden, wobei den Köpfen zum is Markieren der Ringe bei unbelasteter Welle ein Impulsgenerator zuschaltbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Köpfe (22.24) an beiden Enden einer auf der Welle (12) reitend gelagerten Brücke (84) befestigt sind, die durch wenigstens ein quer zur Wellenlängsrichtung angreifendes, elastisches Element (98) gegen ein Mitdrehen mit der Welle festgehalten ist

2. Transmissions-Dynamometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jeder Seite der Brücke (84) wenigstens je ein elastisches Element (98) angelenkt ist.

3. Transmissions-Dynamometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Köpfe (22, 24) aiii Auslegern (86) auf den Enden der Brücke (96) angeordnet sind.

4. Transmissions-Dynamometer nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brücke (84) über einen Teil des Wellenumfangs; überspannende Rollenpaare (94) auf der Welle abgestützt ist

5. Transmissions-Dynamometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollen (94) an jeweils einer Seite der Brücke (84) auf einer gemeinsamen Achse (96) drehbar gelagert sind.

6. Transmissions-Dynamometer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes elastische Element von einer sich quer zur Wellenlängsrichtung erstreckenden, stationär abgestützten Feder (98) gebildet wird.