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Bremsdynamometer
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Die Erfindung betrifft ein Bremsdynamometer mit einem um eine ortsfeste
Scha-er.kachse auslenkbaren Stator, in dem ein mit der Welle einer auszumessenden
Antriebsmaschine drehfest kuppelbarer, auf den Stator ein Drehmoment übertragender
Rotor drehbar gelagert ist, sowie mit einem an dem Stator befestigten und dessen
Reaktionsdrehmoment aufnehmenden Widerlager, das mit einer Meßeinrichtung gekupit
ist Ein aus der Praxis bekanntes Bremsdynamometer ist dadurch um eine ortsfeste
Schwenkbachse gelagert, daß die Welle des Rotors, der von einer auszumessenden Antriebsmaschine
in Umdrehungen versetzt wird, in mit dem Fundament verbundenen Lagerböcken gelagert
ist. Die Lagerung des Stators erfolgt auf diese Weise mittelbar über die Rotorwelle.
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Damit sich der Stator nicht aufgrund des von dem Rotor auf ihn übertragenen
Drehmomentes mit letzterem mitdreht, ist ein Widerlager vorgesehen, in dem die zum
Abstützen notwendige Kraft gemessen wird. Bei bekanntem Abstand des Widerlagers
von der Drehachse des Rotors ist diese Kraft ein Maß für das von der auszumessenden
Antriebsmaschine abgegebene Drehmoment.
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Die Lagerung des Rotors in den mit dem Fundament verbundenen Lagerböcken
erzeugt einen Meßfehler, denn hierdurch wird ein Teil des von der Antriebsmaschine
gelieferterl
Drehmomentes aufgezehrt, ohne daß es der eigentlichen
Meßeinrichtung in dem Widerlager zugeführt werden kann.
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Iale Meßungenauigkeit wird noch gesteigert, weil die Largerreibung
zun.ilzlich drehzahlabhängig ist.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Bremsdynamometer mit erhöhter
Genauigkeit zu schaffen.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Bressdynamrter
dadurch gekennzeichnet, daß die aus Stator und darin gelagertem Rotor gebildete
Einheit lediglich in an dem Stator angebrachten und von der Rc-Rotorwelle unabhängigen
Lagern gelagert ist.
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Aufgrund der eigenen Lagerung des Stators treten an der Rotorwelle
nur noch Lagerreibungen aufgrund der Lagerung des Stators auf dieser Welle auf,
die ebenfalls auf die Kraftmeßeinrichtung übertragen werden. das Bremsdynamaneter
ist folglich frei von eventuell drehzahlabhängigen Lagerreibungen, die zu einem
Meßfehler führen.
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Eine sehr stabile und raumsparende Lagerung des Bremsdynamometers
ergibt sich, wenn die Schwenkachse des Stators mit der Drehachse des Rotors zusammenfällt.
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Die Koijstruktionsverhältnisse werden hingegen sehr ein fach, wenn
die Schwenkachse des Stators exzentrisch beztlglich der Drehachse des Rotors angeordnet
ist, weil diese Form der Lagerung nachträglich sehr einfach anzubringen ist.
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Die Lagerung des Stators kann entweder an zwei räumlich voneinander
getrennten Stellen erfolgen, deren Verbindungsgerade parallel zur Drehachse des
Rotors ist oder
rie kann mit Hilfe wenigstens einer Biegefeder ausgeführt
sein.
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llierbei ist die Lagerung an zwei räumlich getrennten Stellen sehr
robust und folglich für Bremsdynamometer mit großem Drehmoment geeignet, während
die Lagerung durch eine Biegefeder eine sehr präzise Messung gerade im Bereiche
kleiner Drehmomente ermöglicht.
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Wenn der Stator mit einem zwei Freiheitsgrade aufweisenden Gelenk
gelagert und durch eine von zwei Längslenkern gebildete Parallelogrammführung gefesselt
ist, bei der sich die Längslenker im wesentlichen in Richtunq der Statorwelle erstrecken,
fallen nahezu alle Fluchtungsprobleme bei der Lagerung des Bremsdynamometers um
die Schwenkachse weg.
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In der Zeichnung sind stark schematisierte Ausführungsheisliele des
Gegenstandes der Erfindung dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 «in Bremsdynamometer gemäß der Erfindung mit einer
exzentrisch angeordneten Schwenkachse (3 t(tors, geschnitten entlang der Linie l-l
nach Fig. 2, in einer Seitenansicht, Fig. 2 d'- Bremsdynamometer nach Fig. 1, geschnitten
entlang (1er Linie II-II,in einer Vorderansicht, Fig. 3 ein Bremsdynamometer gemäß
der Erfindung, bei dem die Schwenkachse mit der Drehachse des Rotors zusammenfällt,
geschnitten entlang der Linie III-III nach Fig. 4, in einer Seitenansicht, Fig.
4 das Bremsdynamometer nach Fig. 3, geschnitten entlang der Linie IV-IV, in einer
Vorderansicht,
Fig. li ein relll!.dynamometer gemäß der Erfindung,
das nlit einem Gelenk mit zwei Freiheitsgraden lert ist und mit Hilfe einer Parallelogrammftihrung
gefesselt ist, in einer Seitenansicht, Fig. 6 das Bremsdynamometer nach Fig. 5 in
einer Draufsicht und Fig. 7 das Bremsdynamometer nach Fig. 5 in einer Vorderansicht.
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In Fig. 1 ist ein Bremsdynamometer 1 veranschaulicht, das um eine
ortsfeste Schwenkachse 2 schwenkbar angelenkt ist. Die ortsfeste Schwenkachse 2
ist beispielsweise, wie schematisch angedeutet, mit einem Fundament 3 verbunden
und trägt zwei schwenkbar auf ihr gelagerte Pendelarme 4 und 5, an denen der Stator
6 des Bremsdynamometers 1 starr angebracht ist.
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hn den Stirnseiten des Stators 6 befinden sich zwei Wellenlager 7
und 8 für die Lagerung einer Rotorwelle 9 des Rotors 10 des Bremsdynamometers 1.
An einem Ende trägt die Rotorwelle 9 ein Ausgleichsgelenk 11, über das sie mit einer
Antriebswelle 12 einer nicht veranschaulichten, auszumessenden Antriebsmaschine
gekuppelt ist.
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gegenüber den Pendelarmen 4, 5 ist ein Widerlager angeordnet, das
von einem an dem Stator 6 angebrachten Hebel 13 sowie einer mit dem Fundament 3
verbundenen Kraftmeßeinrichtung 14 gebildet wird.
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Obwohl das Bremsdynamometer nach den Fig. 1 und 2 pendelnd dargestellt
ist und der Hebel 13 des Widerlagers in Verlän<j<'rung der lendelarme 4, 5
gezeigt ist, sind auch andere
Anordnungen der Pendelarme 4, 5 und
des Hebels 13 denkbar, beispielsweise können sie einen Winkel von 90 miteinander
einschließen oder das Bremsdynamometer kann auf den Pendelarmen 4, 5 stehend angeordnet
sein.
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Wenn der Rotor 10 über die Abtriebswelle 12 und das Austlleichsgelenk
11 gen den Uhrzeigersinn in Richtung eines Pfeiles 15 nach Fig. 2 angetrieben wird,
greif: in dr Drehachse der Rotorwelle 9 ein Drehmoment an, das den Stator 6 des
Bremsdynamomoters 1 ebenfalls in Richtung des Pfeiles 15 verdrehen will. Entsprechend
den Abständen der Drehachse des Rotors 10 zu der Schwenkachse 2 bzw. dem Angriffspunkt
der Kraftmeßeinrichtung 14 an dem Hebel 13 entstehen sowohl an der Schwenkachse
2 als auch an der Kraftmeßeinrichtung 14 dem Drehmoment proportionale Kräfte, wobei
aus der durch <1I(' Kraftmeßeinrichtung 14 gemessenen Kraft und den -ieweiligen
Abständen von der Drehachse des Rotor 10 das von der Abtriebswelle 12 aufgebrachte
Drehmoment berechnet werden kann.
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In den Fig. 3 und 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt,
bei dem gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente bezelchnen, so daß sich eine Beschreibung
insoweit erübrigt. An den Stirnseiten des Stators 6 sind zusätzlich zu den Rotorlagern
7 und 8 weitere Lager 20 iiiid 21 vorqesehei, mit denen das Bremsdynamometer 1 nlt
Hilfe von Lagerböcken 22, 23 auf dem Fundament 3 gelagert ist. Die Statorlager 20
und 21 sind so angeordnet,
daß die ortsfeste Schwenkachse 2 mit
der Drehachse der Rotorwelle 9 zusammenfällt.
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An dem Stator 6 ist ebenfalls wieder ein Hebel 13 vorgesehen, der
mit der Kraftmeßeinrichtung zusammenwirkt und das Widerlager für den Stator 6 bildet,
damit sich dieser nicht aufgrund des auf ihn übertragenen Drehmomentes mitdrehen
kann. Die an dem Hebel 13 gemessene Querkraft ist wie bei den Ausführungsbeispielen
nach Fig. 1 und 2 ein Maß für das auf den Rotor 10 übertragene Drehmoment.
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Anstelle der Pendelarme 4 und 5 bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.
1 können auch zwei Biegefedern vorgesehen sein, die eine extrem reibungsarme Aufhängung
des Stators 6 ermöglichen, so daß das Bremsdynamometer mit großer Genauigkeit auch
verhältnismäßig kleine Drehmomente messen kann, ohne den Meßwert durch die Lagerreibung
in der Aufhängung zu verfälschen.
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Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, das die beiden
Pendelarme 4 und 5 aufweist, enthält das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 lediglich
einen starren Pendelarm 30,mit dem der Stator 6 des Bremsdynamometers 1 über ein
Gelenk 31 mit zwei Freiheitsgraden mit dem Fundament 3 verbunden ist. Die Anordnung
ist hierbei so getroffen, daß bei horizontal verlaufender Rotorwelle 9 das Gelenk
31 etwa über dem Schwerpunkt des Bremsdynamometers 1 liegt.
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Damit das Bremsdynamometer 1 keine unerwünschten Drehbewegungen um
die Hochachse ausführt, ist eine zusätzliche, durch Längslenker 32, 33 gebildete
Parallelogrammführung vorgesehen. Die im wesentlichen in Richtung der Statorwelle
9 verlaufenden Längslenker 32 und 33 sind jeweils einenends über Gelenke 34 und
36 mit zwei Freiheitsgraden
an den Stator 6 angelenkt, während
das jeweils andere Ende von ihnen über Gelenke 35 und 37 ebenfalls mit zwei Freiheitsgraden
an das Fundament 3 angelenkt ist.
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Wenn die Statorwelle 9 des Ausführungsbeispieles nach Fig. 5, wie
in Fig. 7 veranschaulicht, entgegen dem Uhrzeigersinn in Umdrehungen versetzt ist,
versucht das auf den Stator 6 wirkende Drehmoment das Bremsdynamometer 1 nach rechts
zu schwenken und den Hebel 13 gegen die Kraftmeßeinrichtung 14 zu drücken. Bei dieser
seitlichen Bewegung wird es mit Hilfe der Längslenker 32 und 33 so gefesselt, daß
die Drehachse der Statorwelle 9 im wesentlichen eine Parallelverschiebung vollführt.
Wegen der starren Verbindung des Pendelarmes 30 mit dem Stator 6 vollführt die Statorwelle
9 jedoch aufgrund der Längslenker 32 und 33 beim seitlichen Verschieben eine geringfügige
Nickbewegung, die ebenso wie der seitliche Versatz durch das Ausgleichsgelenk 11
ausgeglichen wird.
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Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als auch bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 5 werden dann besonders genaue Meßergebnisse erhalten, wenn die Kraftmeßeinrichtung
14 in der Lage ist, die an dem Hebel 13 auftretende Querkraft ohne nennenswerte
seitliche Bewegung des Hebels 13 zu messen, so daß das Bremsdynamometer beim Meßvorgang
nicht wesentlich aus seiner Ruhelage verschwenkt wird. Hierdurch wird obendrein
der Einfluß des Ausgleichsgelenkes 11 auf den Meßvorgang weitgehend reduziert.
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Als Bremsdynamometer 1 kommen alle Anordnungen in Betracht, bei denen
von einem Rotor auf einen Stator ein Drehmoment übertragbar ist, wie beispielsweise
bei Motoren, Generatoren, Wirbelstrombremsen, hydrodynamischen Wandlern u.dgl. Alle
Ausführungsbeispiele weisen den Vorteil auf,
daß auf sehr einfache'Weise
serienmäßige Motoren, Generatoren u.dgl. in Bremsdynamometer umgebaut werden können,
weil in die Rotorlagerung keine Eingriffe vorgenommen werden müssen, sondern die
zusätzlichen Lager für die Befestigung des Stators an dem Gehäuse angebracht werden
können.