DE2811809C2

DE2811809C2 - Meßumformer zum Messen von Verdrehwinkeln zwischen zwei Meßstellen eines ein Drehmoment übertragenden Maschinenelementes

Info

Publication number: DE2811809C2
Application number: DE19782811809
Authority: DE
Inventors: M. Heinz Dr. 4000 Duesseldorf Hiersig; Wolfgang 4600 Dortmund Sudhoff
Original assignee: Mannesmann AG
Current assignee: Vodafone GmbH
Priority date: 1978-03-16
Filing date: 1978-03-16
Publication date: 1980-04-17
Also published as: DE2811809B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Meßumformer der Gattung des Anspruchs I.

Die Messung von Winkeln, die sich zwischen zwei rotierenden Maschinenteilen befinden und während des Betriebes Veränderungen unterworfen sind, ist bekannter Stand der Technik (»Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen«, Christian Rohrbach, VDI-Verlag, Düsseldorf, 1967. S. 520). Handelt es sich jedoch um sehr kleine Winkel bzw. um den Vergleich wenig unterschiedlicher Winkel, wird an das bisher angewendete Verfahren ein zu hoher Anspruch hinsichtlich seiner Meßgenaiiigkeil gestellt. Es besteht die Gefahr, daß entweder die Meüfehlertoleran/. größer ist als der zu messende Betrag oder der wirtschaftliche Aufwand ungerechtfertigt groB wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, die dem Stand der Technik anhaftenden Unzulänglichkeiten zu vermeiden und einen Meßumformer zu schaffen, der das Messen kleiner Verdrehwinkel und damit insbesondere die Torsion einer sich drehenden Welle zu erfassen gestattet.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Meßumformer mit den Kennzeichnungsmerkmalen gemäß Patentanspruch 1 vorgeschlagen.

Auf Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Unteransprüchen sei verwiesen.

Hervorzuheben ist, daß die in den Patentansprüchen 6 und 7 niedergelegte Anwendung mehrerer der erfindungsgemäßen Einrichtungen die Kontrolle einer gleichmäßigen Lastaufnahme in einem Getriebe mit mehreren Leistungszweigen gestattet.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beschrieben. Dabei zeigt in schematischer Darstellung

Fig. I die Torsionsmessung einer Welle,

F i g. 2 das Zusammenwirken der Meßscheiben,

F i g. 3 ein Getriebe mit zwei Leistungszweigen,

F i g. 4 ein Getriebe mit Leistungsverzweigung

Fig. 5 eine Einrichtung zum Überwachen eines Getriebes mit 4 Leistungszweigen.

Der Grundgedanke der Erfindung sei zunächst anhand von F i g. 2 erläutert. Diese deutet eine Primärmeßscheibe i und eine Sekundärmeßscheibe 2 an, wobei auf die Primärmeßscheibe I dreißig Impulsgeber 3 gleichmäßig auf einen entsprechenden Teilkreis derselben verteilt sind. Die Sekundärmeßscheibe 2 enthält ebenfalls dreißig Impulsgeber 4. Ein zu messender Winkel λ wird durch die noniusartige Einrichtung in der Weise ausgedehnt, daß als Meßsirekke der gesamte Umfang der beiden kreisförmigen Meßscheiben zur Verfügung steht. Die noniusartige Einteilung wird dabei durch dit Diffeicn/. zwischen den Zcntrumswinkeln β und γ bzw. durch den unterschiedlichen Abstand der Impulsgeber 3 der Primärmeßscheibe zum Abstand der Impulsgeber 4 der Sekundärmeßscheibe bewirkt. Während bei den bisher bekannten Verfahren der zeitliche Abstand zweier Meßimpulse unmittelbar das Maß der Verdrehung ist. wird jetzt der zeitliche Abstand des Eintretens der Koinzidenz von zwei Impulsen zu einem dem Nulldrchwinkcl anzeigenden Impuls gemessen. Dabei ist es nicht unbedingt erforderlich, drei Impulsgeber zu verwenden, wenn, wie in F i g. 2 angedeutet, beispielsweise der Impulsgeber 3/V gleichzeitig auch einen Nullimpuls zu geben in der Lage ist oder eine der beiden Impulse aussendenden Meßscheiben 1 oder 2 an einer durch einen besonders starken oder nicht vorhandenen Impuls die Nullstelle markiert. Die Verwendung der Impulse bis /ur Ermittlung des Verdrchwinkcls wird in an sich bekannter Weise mit Hilfe der elektronischen Datenverarbeitung vorgenommen.

In Fig. 2 liegt die Koinzidenz der Impulse zwischen den Impulsgebern 3* und 4* so daß tier zu messende Vcrdrehwinkel i\ zwischen den Impulsgebern 3;) und 4,7 über einen etwa dreiöigmal so großen Meßwinkel <V hinreichend genau bestimmt werden kann.

F i g. I zeigt die Einrichtung zum Messen der Torsion einer Welle 15 wobei die beiden Meßscheiben I und 2 mit axialem Abstand /iunutnclur auf dieser Welle 15 befestigt sind. Den Impulsgebern .1 und 4 der Meßscheiben 1, 2 sind Impiilsaufnehmer 5, 6 zugeord-

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net, die über Leitungen 13, 14 mit einer die Impulse auswertenden elektronischen Vergleichsvorrichtung 12 verbunden sind. Als Impulsaufnehmer sind hier Fotozellen vorgesehen, als Impulsgeber an je einer Lichtquelle 7 und 8 vorbeilaufende Löcher der Meßscheibe 1 und 2. Die Lichtquelle 7 und 8 sind über Leitungen 10 und 11 an eine Stromquelle 9 angeschlossen.

In Fig.3 ist schematisch ein Getriebe mit Leistungsverzweigung angedeutet, wobei das über eine Antriebswelle 19 eingeleitete Drehmoment vom Zahnrad 20 über Zahnräder 21 und 23 auf Torsionswellen 22 und 24 verteilt. Die Torsionswellen 22 und 24 sind mit Primärmeßscheiben 1, Γ und Sekundärmeßscheiben 2, 2' versehen, die über Impulsaufnehmer 5,5' und 6,6' den gemessenen Abstand der Impulse zur Auswertung an elektronische Vergleichsvorrichtutigen 12, 12'weiterleiten. Die ausgewerteten Ergebnissse werden über Leitungen 16 und 17 einer Anzeigevorrichtung 18 zugeleitet, welche die Differenz der Ergebnisse anzeigt und/oder bei Überschreitung eines vorgegebenen Grenzwerte:! einen nicht dargestellten Kontakt betätigt, der zum Beispiel einen Alarm auslöst oder Schritte zur Verbesserung der Leistungsverteilung in den miteinander verglichenen Leistungszweigen einleitet.

Das grundsätzliche Schema der in F i g. 3 dargestellten Überwachung der Leistungsverleilung ist in Fig.4 beibehalten, wobei allerdings das durch die Wellen 22 und 24 übertragende Drehmoment nicht unmittelbar über die Torsion dieser Wellen sondern mittelbar über drehsteife Schaltkupplungen 37 und 38 festgestellt wird. Dies sei anhand der Schaltkupplung 38 näher erläutert. Die Schaltkupplung 38 ist beispielsweise eine pneumatisch betätigte Doppelkegelreibungskupplung, deren Primäranteil 44 mit der Torsionswellc 24 verbunden ist. Der Primäranteil 44 enthalt /wischen den außcnliegenden Reibflächen und der mit der Torsionswelle 24 verbundenen Nabe elastische Glieder 45, wie der Schaltkupplung 38 eine gewisse Elastizität geben. Der Verdrehwinkel liegt dabei bei dem zu übertragenden Nennmomen. unter Γ, die wahrend des Betriebes hierbei auftretenden Abweichungen des Vcrdrehwinkels, die durch die Erfindung bestimmt werden können, wesentlich darunter.

Am P-imärteil 44 der Schaltkupplung 38 ist die Sekundärmeßscheibe 2' und an einer Verlängerung der Torsionswelle 24 die Primärmeßscheibe Γ befestigt. Primärmeßscheibe Γ und Sekundärmeßscheibe 2' verdrehen sich also relativ zueinander nur dann, wenn die Schaltkupplung 38 eingeschaltet ist und ein Drehmoment übertragen wird. Diese Anordnung stellt auch sicher, daß ein eventuelles Durchrutschen der Schaltkupplung 38 während des Einschaltens der Kupplung oder bei Überlast keinen Einfluß auf die Melivornchtung selbst hat. Das eben für die Schaltkupplung 38 Erläuterte gilt auch für die Schaltkupplung 37. Im übrigen sind die Impulsaufnehmer 5, 6 und 5', 6' im Sinne von Fig.3 an entsprechende Vergleichsvorrichtungen 12 und 12'angeschlossen.

Im folgenden wird der übrige Aufbau des in Fig. 4 dargestellten leistungsverzweigten Getriebes erläutert. Beim dargestellten Getriebeaufbau wird das Drehmoment über eine Antriebswelle 34 in das Getriebe eingeleitet und über das Zahnrad 3⁷. auf die beiden Lcistungs/.weige, bestehend aus Zahnrädern 29, 30 mit Hohlwellen 31, 32, den Torsionswellen 22, 24, den Schaltkupplungen 37, 38 und weiteren Hohlwellen 35, 36 mit Zahnrädern 27, 28 verteilt. Die Zusammenfassung der zuvor verzweigten Drehmomente erlolgt in einem Zahnrad 42, welches mit der Antriebswelle 25 verbunden ist. An die Antriebswelle 25 wird eine nicht dargestellte Propellerwelle angeschlossen. Den Axialschub nimmt ein Axialdrucklager 26 auf Innerhalb des Getriebegehäuses 46 sind Lager 39, 40, 41 und 47 angedeutet.

Werden die Schaltkupplungen 37 ur»d 38 abgeschaltet, so wird damit die kinematische Verbindung der Hohlwellen 31, 32 mit den Hohlwellen 35, 36 unterbrochen.

Die Erfindung läßt sich auch auf ein Getriebe mit beispielsweise vier Leistungszweigen anwenden, wobei dann das in F i g. 5 dargestellte Schema gilt und jedem der Getriebszweige eine eigene Vergleichsvorrichtung 12, 12', 12", 12'" zugeordnet ist, die über entsprechende Leitungen 16, 16', 17, 17' mit einer entsprechenden Anzeigevorrichtung 18 verbunden sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:. 28 Π 809

1. Meßumformer zum Messen von Verdrehwinkeln zwischen zwei Meßstellen eines ein Drehmoment übertragenden Maschinenelementes, insbesondere zum Messen der Torsion einer Welle, bestehend aus zwei mit dem Maschinenelement verbundenen Meßscheiben, nämlich einer Primärmeßscheibe und einer Sekundärmeßscheibe, die jeweils mehrere gleichmäßig auf einen Teilkreisabschnitt der Meßscheibe verteilte Impulsgeber aufweisen, aus zwei den Meßscheiben zugeordneten, den Durchlauf eines Impulsgebers registrierenden Impulsaufnehmern und aus einer die Impulse auswertenden elektronischen Verglcichsvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Zentrumswinkel (ß) zwischen benachbarten Impulsgebern (3) der Primärmeßscheibe (1) zum Zentrumswinkel (γ) zwischen benachbarten Impulsgebern (4) der Sekunddärmeßscheibe (2) wie die Anzahl der Impulsgeber (3) der Primärmeßscheibe (1) zu der um I vermindertem Anzahl der impulsgeber (3) der Primärmeßscheibe (1) verhält.

2. Meßumformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärmeßscheibe (1) mindestens zehn Impulsgeber (3; aufweist.

3. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 und

2, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsgeber (3) der Primärmeßscheibe (1) gleichmäßig auf dem zugeordneten Teilkreis verteilt sind und die Anzahl der Impulsgeoer (4) der Sekundärmeßscheibe (2) der Anzahl der Impulsgeber (3) d. . Primärmeßscheibe (I) gleich ist.

4. Meßumformer nach einem ι ;r Ansprüche I bis

3, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Impulsgeber (3/V^der Primärmeßscheibe (1) zur Abgabe eines Null-Impulses bestimmt ist.

5. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis

4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Vergleichsvorrichtung (12) einen Speicher enthält, der das Ergebnis einer Drehwinkel- bzw. Torsionsmessung bis zum Eintreffen lies Ergebnisses de₃ nächsten Meßwertes enthält.

6. Meßumformer nach einem der Ansprüche 1 bis

5, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Getriebezweig an einem für das zu übertragende Drehmoment repräsentativen Maschinenelement.

7. Meßumformer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Getriebezweigen verwendeten Vergleichsvorrichtungen (12, 12') an Anzeigevorrichtung (18) angeschlossen sind.