DE2947696C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einem Bremsdynamometer mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.

Ein diese Merkmale aufweisendes Bremsdynamometer ist in dem Artikel "Measurement of Shaft Horsepower" in der Zeit­ schrift "Instruments and Control Systems" vom September 1962, auf den Seiten 111 bis 116, beschrieben. Der Stator dieses Bremsdynamometers weist an seinen beiden stirn­ seitigen Enden, durch die die Rotorwelle drehbar gelagert hindurchführt, Lagerflächen auf, die zu der Rotorwelle konzentrisch sind. Die Lagerflächen stecken in zugehöri­ gen, mit dem Fundament starr verbundenen Lagerböcken. Auf diese Weise ist der Stator koaxial zu dem Rotor drehbar, wenn vom Rotor auf den Stator ein Drehmoment übertragen wird.

Diese Anordnung hat zwar den Vorteil, daß zur pendelnden Lagerung des Bremsdynamometers an jeder seiner Stirnsei­ ten nur ein Lager vorhanden ist, dessen einer Teil an dem Bremsdynamometer und dessen anderer Teil an dem Fundament angebracht ist, so daß an sich hierdurch von dem Lager ausgehende und eine Hysterese aufweisende Kräfte, die die Meßgenauigkeit beeinträchtigen, vermin­ dert sind. Doch andererseits erfordert diese Art der Lagerung des Bremsdynamometers Lagerflächen mit ver­ hältnismäßig großem Durchmesser, die einen Durchtritt der Rotorwelle gestatten. Die in einem Lager notwendiger­ weise auftretenden Reibungskräfte greifen deswegen mit einem verhältnismäßig großen Hebelarm an dem Stator an, und erzwingen ein verhältnismäßig großes Drehmoment, das dem Drehmoment überlagert ist, das von dem Rotor auf die an dem Stator angreifende Meßeinrichtung übertragen werden soll. Schwankungen der Lagerreibungskräfte haben folglich einen nicht zu vernachlässigenden Einfluß auf das jeweils gemessene Drehmoment, was insbesondere beim Messen kleiner Drehmomente als störend in Erscheinung tritt. Außerdem erzeugt das von den großen Lagern hervor­ gerufene Drehmoment einen nicht zu vernachlässigenden Null­ punktsfehler.

Noch ungünstiger sind die Verhältnisse bei der Pendelma­ schine nach der DE-OS 28 09 453, die zur Verbindung mit dem Fundament insgsamt vier Blattfedern aufweist. Die Blattfedern sind paarweise an beiden Stirnseiten der Pendelmaschine angeordnet und laufen, ausgehend vom Fundament, an jeder Stirnseite der Pendelmaschine V-förmig in Richtung auf die Rotorwelle. An ihrem der Rotorwelle benachbarten Ende sind die Blattfedern mit dem Stator starr verbunden, während das fundamentseitige Ende Gummi­ metallelemente trägt, die die jeweilige Blattfeder schwenk­ bar mit dem Fundament verbinden.

An jeder Stirnseite des Stators bilden die beiden Blatt­ federn zusammen mit dem Stator und dem Fundament ein ebenes Fachwerk mit einer trapezförmigen Gestalt, des­ sen schräge Kanten die Blattfedern bilden und dessen parallele Kanten der Stator bzw. das Fundament darstel­ len. Damit unter diesen Umständen der Stator die ge­ wünschte Ausweichbewegung vollführen kann, die zu einer Krafteinwirkung auf die mit dem Stator verbundenen Kraft­ meßdose führt, müssen sowohl die Blattfedern in sich als auch die Gummimetallelemente verbunden werden. Dies be­ deutet, daß bei der Pendelmaschine je Stirnseite vier Biege- oder Schwenklager vorhanden sind, von denen zwei durch die Blattfedern selbst und die anderen beiden durch die Gummimetallelemente gebildet sind.

Die Folge dieser Anordnung ist einerseits, daß der Ver­ bindungspunkt des Stators mit der Kraftmeßdose eine ver­ hältnismäßig komplizierte und schwer zu erfassende Bahnkurve beschreibt und daß andererseits infolge der Vielzahl der beweglichen Stelle eine nenneswerte Lager­ hysterese auftritt, die zu einer entsprechenden Meßun­ sicherheit führt.

Weil die Blattfedern einenends starr mit dem Stator ver­ bunden sind, führt die Erwärmung des Stators zu einer entsprechenden Erwärmung der Blattfedern, die entsprechend ihre Federcharakteristik und damit das erzeugte Rückstell­ moment für den Stator verändern. Wegen der komplizierten Bewegung, die die einenends starr eingespannten Blatt­ federn ausführen, läßt sich obendrein die Änderung der Federcharakteristik nur schwer erfassen, insbesondere dann, wenn sich die Blattfedern ungleichmäßig erwärmen.

Die DE-OS 28 51 441 zeigt ein hydraulisches Dynamo­ meter, dessen Stator auf insgesamt drei biegesteifen Stäben steht, die über entsprechende Lager einerseits mit dem Stator und andererseits mit dem Fundament ver­ bunden sind. Zwei der Stäbe befinden sich auf einer Sei­ te des Stators in der Nähe der Stirnseiten, während der dritte Stab auf der bezüglich der Rotorachse gegenüber­ liegenden Seite angeordnet ist, und zwar etwa in der Mitte des Stators, bezogen auf seine Längserstreckung. Im Ruhezustand bildet das aus den biegesteifen Stäben dem Stator und dem Fundament aufgebaute Fachwerk ein Rechteck, das zusätzliche, quer dazu wirkende Lenker erfordert, damit das Dynamometer nicht von den sie tra­ genden Stäben seitlich herunterklappt.

Die Zahl der Lager, die das Bremsdynamometer mit dem Fundament verbinden, ist deswegen hier noch weiter er­ höht, weshalb noch stärkere Hysteresekräfte zustande­ kommen, die die Meßkraft beeinflussen.

Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, einen Bremsdynamometer zu schaffen, der sehr genau ist und mit wenigen und kleinen Schwenklagern auskommt, deren Reibungskräfte nur zu verschwindend kleinen Null­ punkts- und Empfindlichkeitsunterschieden führen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Bremsdyna­ mometer mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Aufgrund der seitlichen Anordnung der Schwenkachse kön­ nen die Lager zur Aufhängung des Stators sehr klein ausgeführt werden, weshalb sie auch nur ein sehr klei­ nes Drehmoment erzeugen können, das die zu messende Kraft beeinflußt. Außerdem ist die Anzahl der Lager stark verringert, was ebenfalls entsprechend zur Ver­ minderung der Lagerkräfte beiträgt.

Außerdem läßt sich diese Art der Lagerung nachträglich sehr einfach anbringen.

Die Lagerung des Stators kann entweder an zwei räumlich voneinander getrennten Stellen oder an einer einzigen Stelle erfolgen. Die Lagerung an zwei räumlich getrenn­ ten Stellen ist sehr robust und folglich für Brems­ dynamometer mit großem Drehmoment geeignet, während die Lagerung an nur einer Stelle sehr präzise Messungen gerade im Bereich extrem kleiner Drehmomente ermöglicht.

Wenn der Stator mit einem zwei Freiheitsgrade aufweisen­ den Gelenk gelagert und durch eine von zwei Längslenkern gebildete Parallelogrammführung gefesselt ist, bei der sich die Längslenker im wesentlichen in Richtung der Statorwelle erstrecken, fallen nahezu alle Fluchtungsprobleme bei der Lagerung des Bremsdynamometers um die Schwenk­ achse weg.

In der Zeichnung sind stark schematisierte Ausführungs­ beispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 ein Bremsdynamometer gemäß der Erfindung mit einer exzentrisch angeordneten Schwenkachse des Stators, geschnitten entlang der Linie I-I nach Fig. 2, in einer Seitenansicht,

Fig. 2 das Bremsdynamometer nach Fig. 1, geschnitten entlang der Linie II-II, in einer Vorderansicht,

Fig. 3 ein Bremsdynamometer gemäß der Erfindung, das mit ei­ nem Gelenk mit zwei Freiheitsgraden gelagert und mit Hilfe einer Parallelogrammführung ge­ sichert ist, in einer Seitenansicht,

Fig. 4 das Bremsdynamometer nach Fig. 3 in einer Drauf­ sicht und

Fig. 5 das Bremsdynamometer nach Fig. 3 in einer Vorder­ ansicht.

In Fig. 1 ist ein Bremsdynamometer 1 veranschaulicht, das um eine ortsfeste Schwenkachse 2 schwenkbar ange­ lenkt ist. Die ortsfeste Schwenkachse 2 ist beispiels­ weise, 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 Brems­ dynamometers 1 starr angebracht ist.

An 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 veran­ schaulichten, auszumessenden Antriebsmaschine gekuppelt ist.

Gegenüber den Pendelarmen 4, 5 ist ein Widerlager ange­ ordnet, das von einem an dem Stator 6 angebrachten Hebel 13 sowie einer mit dem Fundament 3 verbundenen Kraftmeß­ einrichtung 14 gebildet wird.

Obwohl das Bremsdynamometer nach den Fig. 1 und 2 pendelnd dargestellt ist und der Hebel 13 des Widerlagers in Ver­ längerung der Pendelarme 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 3, 4 stehend angeordnet sein.

Wenn der Rotor 10 über die Abtriebswelle 12 und das Ausgleichsgelenk 11 gegen den Uhrzeigersinn in Rich­ tung eines Pfeiles 15 nach Fig. 2 angetrieben wird, greift in der Drehachse der Rotorwelle 9 ein Drehmoment an, das den Stator 6 des Bremsdynamometers 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 Kraftmeß­ einrichtung 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 die Kraftmeßeinrichtung 14 gemessenen Kraft und den jeweiligen Abständen von der Drehachse des Rotors 10 das von der Abtriebswelle 12 aufgebrachte Drehmoment berechnet werden kann.

Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, das die beiden Pendelarme 4 und 5 aufweist, enthält das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 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 Rotor­ welle 9 das Gelenk 31 etwa über dem Schwerpunkt des Bremsdynamometers 1 liegt.

Damit das Bremsdynamometer 1 keine unerwünschten Drehbe­ wegungen um die Hochachse ausführt, ist eine zusätzliche, durch Längslenker 32, 33 gebildete Parallelogrammführung vorgesehen. Die im wesentlichen in Richtung der Stator­ welle 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.

Wenn die Statorwelle 9 des Ausführungsbeispieles nach Fig. 3, wie in Fig. 5 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 Kraftmeßein­ richtung 14 zu drücken. Bei dieser seitlichen Bewegung wird es mit Hilfe der Längslenker 32 und 33 so gefes­ selt, 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 Nickbe­ wegung, die ebenso wie der seitliche Versatz durch das Ausgleichsgelenk 11 ausgeglichen wird.

Sowohl bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als auch bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 werden dann be­ sonders genaue Meßergebnisse erhalten, wenn die Kraft­ meßeinrichtung 14 in der Lage ist, die an dem Hebel 13 auftretende Querkraft ohne nennenswerte seitliche Be­ wegung des Hebels 13 zu messen, so daß das Bremsdyna­ mometer beim Meßvorgang nicht wesentlich aus seiner Ruhelage verschwenkt wird. Hierdurch wird obendrein der Einfluß des Ausgleichsgelenkes 11 auf den Meßvorgang weitgehend reduziert.

Als Bremsdynamometer 1 kommen alle Anordnungen in Betracht, bei denen von einem Rotor auf einen Stator ein Drehmoment übertragen ist, wie beispielsweise bei Motoren, Gene­ ratoren, Wirbelstrombremsen, hydrodynamischen Wandlern u. dgl. Alle Ausführungsbeispiele weisen den Vorteil auf, daß auf sehr einfache Weise serienmäßige Motoren, Generatoren u. dgl. in Bremsdynamometer umgebaut wer­ den 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.

Claims (3)

1. Bremsdynamometer mit einem um eine Schwenkachse auslenkbaren Stator, in dem ein mit der Welle ei­ ner auszumessenden Antriebsmaschine drehfest kup­ pelbarer, auf den Stator ein Drehmoment übertragen­ der Rotor drehbar gelagert ist, sowie mit einem an dem Stator befestigten und dessen Reaktionsdrehmo­ ment aufnehmenden Widerlager, das mit einer Meßein­ richtung gekuppelt ist, wobei die aus dem Stator und dem darin gelagerten Rotor gebildete Einheit lediglich in an dem Stator angebrachten und von der Rotorwelle unabhängigen Lagern gelagert ist, und wo­ bei der eine Teil jedes Lagers starr mit dem Stator und der andere Teil unmittelbar mit dem Fundament ver­ bunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwenk­ achse (2) des Stators (6) exzentrisch bezüglich der Drehachse des Rotors (10) ist, derart, daß der Sta­ tor (6) pendelnd unterhalb der Schwenkachse (2) auf­ gehängt ist.

2. Bremsdynamometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stator (6) an zwei Stellen gelagert ist, deren Verbindungsgerade etwa parallel zu der Drehachse des Rotors (10) verläuft.

3. Bremsdynamometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stator (6) in einem Gelenk (31) mit zwei Freiheitsgraden gelagert und durch eine Parallelogramm­ führung gefesselt ist, die in einer Ebene liegt, die etwa senkrecht auf der durch die Drehachse des Rotors (10) und der Normalen der Drehachse durch das Gelenk (31) aufgespannten Ebene steht.