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Bremsdynamometer
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Zusatz zu Patent ... (Patentanmeldung P 29 47 696.8) Das Hauptpatent
betrifft ein Bremsdynamometer mit einem um eine ortsfeste Schwenkachse 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 gekuppelt ist, wobei die aus Stator und
darin gelagertem Rotor gebildete Einheit lediglich in an dem Stator angebrachten
und von der Rotorwelle unabhängigen Lagern gelagert ist.
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Wenn ein derartiges Bremsdynamometer in der Weise in der Meßapparatur
gelagert bzw. aufgehängt ist, daß seine Lagerstellen nicht konzentrisch zu der Rotorachse
sind, so vollführt es bei der Beaufschlagung mit enem Drehmoment eine pendelnde
Ausweichbewegung, die durch die an dem Wider lager angreifende Meßeinrichtung' abhängig
von der Größe des Drehmomentes, begrenzt wird.
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Es ergibt sich hierdurch eine last- oder drehmomentabhängige Ausweichbewegung
der Rotorwelle, die unter bestimmten Meßbedingungen unerwünscht ist, weil hierdurch
Fluchtungsfehler zwischen der Welle der auszumessenden Antriebsmaschine und der
Rotorwelle auftreten, die gegebenenfalls durch komplizierte Ausgleichsgelenke ausgeglichen
werden müssen.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Bremsdynamometer der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei dem die Schwenkachse innerhalb des vorgesehenen Meßbereiches
ortsfest bleibt, damit nahezu keine Fluchtungsfehler mit der Welle der auszumessenden
Antriebsmaschine auftreten und folglich komplizierte Ausgleichsgelenke vermieden
sind.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Bremsdynamometer
durch die Merkmale des Hauptanspruches gekennzeichnet.
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Aufgrund der elastischen Lagerung vollführt das Bremsdynamometer nunmehr
lediglich eine Drehbewegung um eine Schwenkachse, die mit der Rotorwelle zusammenfällt
und ortsfest ist, so daß die einen seitlichen Versatz hervorrufende seitliche Ausweichbewegung
des Widerlagers kompensiert ist.
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Je nach Größe und Gewicht des Bremsdynamometers können unterschiedliche
Lagerungen des Stators vorgesehen sein.
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Bei kleinen bis mittleren Bremsdynamometern können zur Lagerung Schwingmetalle
verwendet werden, die entweder eine elastische Verbindung zwischen der das Bremsdynamometer
halternden Achse und dem Stator ergeben oder die die mehr oder weniger starr mit
dem Stator verbundene Achse in der Meßapparatur elastisch lagern.
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Bei großen Bremsdynamometern bzw. wenn raltiv große tangentiale Ausweichbewegungen
zugelassen werden müssen, kann die das Bremsdynamometer halternde Achse an ihren
beiden Enden in in Richtung der wirksamen Querkraft sich erstreckenden Schlitzen
gehaltert sein und durch Federn in die Ruhestellung zurückgedrückt werden.
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Eine sehr einfache Lagerung des Bremsdynamometers ergibt sich, wenn
der Stator in einem elastischen Gelenk mit zwei Freiheitsgraden gelagert ist. und
durch eine Parallelogrammführung gefesselt ist, die in einer Ebene liegt, die etwa
senkrecht auf der durch die Drehachse des Rotors und der Normalen der Drehachse
durch das Gelenk aufgespannten Fläche steht. Hierbei kann das elastische Gelenk
mit zwei Freiheitsgraden ein als Gummimetallteil ausgebildetes Kugelgelenk sein.
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Schließlich ist es auch möglich, den Stator durch ein elastisches
Glied in der Meßapparatur zu haltern, das unter dem Einfluß der durch das eingespeiste
Drehmoment hervorgerufenen Querkraft eine Scherbewegung vollführt.
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In allen Fällen ist die Federkonstante der elastischen Lagerung des
Stators so zu bemessen, daß unter Berücksichtigung der Federkonstanten der Meßeinrichtung
und der Hebelverhältnisse, d.h. des Abstandes der Lagerung des Stators von der Rotorwelle
und dem Abstand der Rotorwelle von der Angriffsstelle der Meßeinrichtung, bei jedem
innerhalb des Meßbereiches liegenden Drehmoment die Rotorwelle ihre Stellung im
Raum im wesentlichen nicht ändert.
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In der Zeichnung sind stark schematisierte Ausführungsbeispiele des
Gegenstandes der Erfindung dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 ein Bremsdynamometer gemaß der Erfindung, dessen
Lagerung des Stators eine ortsfeste Achse und mit dem Stator verbundene elastische
Lager aufweist, 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 nach Fig.
1 in einer Vorderansicht, Fig. 3 ein Bremsdynamometer gemäß der Erfindung, dessen
Statorlagerung eine an beiden Enden in Schlitzen geführte Achse aufweist, wobei
sich die Schlitze in Richtung der wirkenden Querkraft erstrecken, geschnitten entlang
der Lirie III-III nach Fig. 4 in einer Seitenansich Fig. 4 das Bremsdynamometer
nach Fig. 3, geschnitten entlang der Linie IV-IV nach Fig. 3 in einer Vorderansicht,
Fig. 5 ein Bremsdynamometer gemäß der Erfindung, bei dem der Stator in einem elastischen
Gelenk mit zwei Freiheitsgraden gelagert und durch eine Parallelogrammführung gefesselt
ist in einer Seitenansicht, Fig. 6 das Bremsdynamometer nach Fig. 5 in einer Vorderansicht,
Fig. 7 das Bremsdynamometer nach Fig. 5 in einer Draufsicht und Fig. 8 ein Bremsdynamometer
gemäß der Erfindung, dessen Stator mit Hilfe eines elastischen Gliedes gelagert
ist, das unter dem Einfluß des eingespeisten Drehmoments eine Scherbewegung ausführt,
in einem Querschnitt und einer Ansicht von vorne.
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In Fig. 1 ist ein an eine nicht weiter gezeigte auszumessende Antriebsmaschine
angeschlossenes Bremsdynamometer 1 veranschaulicht, das einen Rotor 2 und einen
Stator 3 aufweist. Der Rotor 2 ist mittels einer Rotorwelle 4 in zwei an den Stirnseiten
des Stators 3 befindlichen Rotorlagern 5 und 6 drehbar gelagert. Die Rotorwelle
4 ist über eine Kupplung 7 mit der Abtriebswelle 8 der auszumessenden Antriebsmaschine
gekuppelt.
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Zur Halterung des Bremsdynamometers 1 in der gesamten Meßapparatur
sind an dem Stator 3 mittels zweier Streben 9 und 10 zwei als Schwingmetalle oder
Gummimetallteile ausgebildete, elastische Lager 11 und 12 befestigt, die auf einer
in dem Fundament 13 der Meßapparatur verankerten Achse 14 sitzen. Die Achse 14 verläuft
im Abstand und im wesentlichen parallel zu der Rotorwelle 4.
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Auf der den Lagern 11 und 12 diametral gegenüberliegenden Seite des
Stators 3 ist eine ein Widerlager 15 bildende Strebe angebracht, die einen Meßfühler
16 einer Meßeinrichtung 17 beaufschlagt. Die Meßeinrichtung 17 ist ihrerseits ebenfalls
wieder mit dem Fundament 13 verbunden.
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Das Bremsdynamometer 1 nach den Fig. 1 und 2 bildet somit ein frei
hängendes Pendel, das mit den Lagern 11 und 12 an der Achse 14 hängt. Wenn nunmehr
ein in Richtung eines Pfeiles 18 wirkendes Drehmoment in das Bremsdynamoter eingespeist
wird, entstehen hierdurch in den Lagern 11 und 12 sowie in dem Widerlager 15 Querkräfte,
die betragsmäßig gleich sind, jedoch umgekehrtes Vorzeichen aufweisen. Aufgrund
der in dem Widerlager 15 wirksamen Querkraft vollführt das Bremsdynamometer 1 eine
Pendelbewegung in Richtung auf die Meßeinrichtung 17 zu, so daß an sich die Rotorwelle
4 aus ihrer ursprünglichen Lage parallelversetzt herausgeschwenkt werden
würde.
Da aber die beiden Lager 11 und 12 Gummimetallteile und somit selbstlelastisch sind,
bewirkt die in den Lagern angreifende Querkraft eine Verformung, so daß auch die
obere Seite des Stators 3 mit den Streben 9 und 10 eine seitliche Versatzbewegung
-ausführt, die in die umgekehrte Richtung erfolgt wie die Versatzbewegung an dem
Widerlager 15, und hierdurch, bei richtiger Wahl der Federkonstanten der Lager.11
und 12, die durch die Pendelbewegung hervorgerufene seitliche Verschiebung der Rotorwelle
4 kompensiert wird und der Stator 3 nurmehr eine Drehbewegung um die Rotorwelle
ausführt.
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Ohne daß die Rotorwelle 4 fest mit dem Fundament 13 verbunden ist,
vollführt das Bremsdynamometer 1 eine Schwenkbewegung um eine ortsfeste Sehwenkachse.
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Es ist ersichtlich, daß bei gleichen Hebelverhältnissen, d.h. bei
gleichem Abstand zwischen der Rotorwelle 4 und der Achse 14 bzw. der Rotorwelle
4 und dem Angriffspunkt der Meßeinrichtung an dem Widerlager 15 die Federkonstante
der beiden elastischen Lager 11 und 12 zusammen genau so groß sein muß wie die Federkonstante
der Meßeinrichtung 17, damit kein Versatz der Rotorwelle 4 bei der Meßung auftritt.
Wenn andererseits der Abstand zwischen der Achse 14 und der Rotorwelle 4 kleiner
als der Abstand zwischen der Rotorwelle 4 und dem Angriffspunkt der Meßeinrichtung
17 an dem Widerlager 15 ist, muß die Federkonstante der beiden Lager 11 und 12 zusammen
entsprechend härter gewählt werden, damit bei gleicher Querkraft nur ein geringerer
seitlicher Versatz auftritt. Es ist leicht zu sehen, daß zur Aufrechterhaltung der
Lage der Rotorwelle 4 im Raumtunabhängig von dem jeweils eingespeisten Drehmoment,
das Produkt aus Federkonstante der elastischen Lager 11 und 12 sowie dz jeweiligen
Hebelarm gleich dem Produkt der Federkonstanten der
Meßeinrichtung
17 und dem zugehörigen Hebelarm sein muß.
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Bei der Verwendung von Gummimetallteilen für die Lager 11 und 12 bietet
es sich daher an, den Abstand zwischen der Achse 14 und der Rotorwelle 4 klein zu
machen, damit große Federkonstante verwendet werden können.
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Bei dem in den Fig. 3 und 4 veranschaulichten Ausführungsbei spiel
bezeichnen gleiche Bezugszeichen wiederum gleiche Bauteile wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach den Fig 1 und 2, so daß sich eine Beschreibung insoweit erübrigt.
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Anders als bei dem ersten Ausführungsbeispiel sind bei dem zweiten
Ausführungsbeispiel die auf der Achse 14 sitzenden und mit dem Stator. 3 über die
Streben 9 und 10 verbundenen Lager 20 und 21 starr ausgeführt, während andererseits
die Achse 14 endseitig, wie aus Fig. 4 ersichtlich, in Schlitzen 22 und 23 geführt
ist, die sich etwa tangential zu dem Stator 3 und folglich in Richtung der entstehenden
Querkraft erstrecken. Mittels einer Feder 24 ist die Achse 14 in die Ruhestellung
vorgespannt.
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Wenn das Bremsdynamometer 1 mit einem in Richtung des Pfeiles 18 wirkenden
Drehmoment beaufschlagt wird, so vollführt das Widerlager 15, wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2, eine Ausweichbewegung in Richtung auf die Meßeinrichtung 17 zu. Durch
die an der Achse 14 angreifende, von dem Drehmoment in Richtung des Pfeiles 18 hervorgerufene
Querkraft wird diese in den Schlitzen 22 und 23 gegen die Wirkung der in den Schlitzen
befindlichen Feder 24, bezogen auf Fig. 4, nach links bewegt, so daß die Ausweichbewegung
des Widerlagers 15 kompensiert ist und das Bremsdynamometer 1 eine Drehbewegung
um die Rotorwelle 4 vollführt.
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Damit die Rotorwelle 4 nicht wegen der seitlichen Versatzbewegung
der Achse 14 in den zugehörigen Schlitzen 22
und 23 eine Aufwärtsbewegung
vollführt, die wiederum zu Fluchtungsfehlern mit der Abtriebswelle 8 der auszumessenden
Antriebsmaschine führt, ist es gegebenenfalls zweckmäßig, bei großen zu erwartenden
Auslenkbewegungen der Achse 14 die Schlitze 22 und 23 in dem Fundament 13 bogenförmig
auszuführen, wobei deren Krümmungsradius dem Abstand zwischen der Achse 14 und der
Rotorwelle 4 entspricht. Bezüglich der Federkonstanten der Federn 24 gilt das bereits
oben gesagte.
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In den Fig. 5 bis 7 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des Bremsdynamometers
1 veranschaulicht, das jedoch im Gegensatz zu den vorhergehenden Ausführungsbeispielen
lediglich mit einem mehrere Freiheitsgrade aufweisenden Gelenk 30 in dem Fundament
13 gehaltert ist. Wie stark schematisch gezeigt, kann das Gelenk 30 ein in einem
Schwingmetall eingebettetes Kugelgelenk sein, das zusätzlich zu den möglichen Dreh-
und Kippbewegungen mehr oder weniger starke translatorische Bewegungen zuläßt.
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Damit das Bremsdynamometer 1 keine unerwünschten Drehbewegungen um
die Hochachse ausführt, ist es über eine Parallelogrammführung mit dem Fundament
13 verbunden.
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Die Parallelogrammführung enthält an den Stator 3 angebrachte Lager
31 und 32, in denen jeweils ein Ende von Längslenkern 33 und 34 aufgenommen ist,
deren anderes Ende in mit dem Fundament 13 verbundenen Lagern 35 und 36 sitzt.
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Diese Anordnung der Längslenker 33 und 34 zu einer Parallelogrammführung
behindert nicht eine Drehbewegung des Stators 3 um die Rotorwelle 4.
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Wenn über die Rotorwelle 4 in das Bremsdynamometer 1 ein Drehmoment
eingespeist wird, vollführt es eine Drehbewegung um die Rotorwelle 4, weil das Kugelgelenk
30 entsprechend der durch das Drehmoment hervorgerufenen
Querkraft
eine seitliche Ausweichbewegung zuläßt, die die Ausweichbewegung des Widerlagers
15 wie bei den vorherigen Ausführungsbeispielen kompensiert.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 besteht die Lagerung des Bremsdynamometers
1 an dem Fundament aus einem elastischen Glied 40, das den Stator 3 an dem Fundament
13 befestigt. Im übrigen ist die Anordnung genauso getroffen wie bei dem Ausführungsbeispiel
nach Fig. 2.
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Das elastische Glied 40 kann entweder die Gestalt einer Stahlfeder
haben oder ebenfalls als Gummimetallteil ausgebildet sein.
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Bei einer Beaufschlagung des Bremsdynamometers 1 mit einem Drehmoment
in Richtung des Pfeiles 18 tritt, wie in Fig. 8 veranschaulicht, in dem elastischen
Glied 40 eine Scherbewegung auf, die ebenfalls wieder die Auslenkung des Widerlagers
15 aufgrund des eingespeisten Drehmomentes derart kompensiert, daß die Rotorwelle
4 ihre Lage im Raum beibehält und somit komplizierte Ausgleichsgelenke zwischen
der Rotorwelle 4 und der Abtriebswelle 8 der auszumessenden Antriebsmaschine entbehrlich
sind.