DE3006310C2 - - Google Patents

Description

Das Hauptpatent betrifft ein Bremsdynamometer mit ei­ nem um eine ortsfeste Schwenkachse auslenkbaren Sta­ tor, in dem ein mit der Welle einer auszumessenden An­ triebsmaschine drehfest kuppelbarer, auf den Stator ein Drehmoment übertragender Rotor drehbar gelagert ist, sowie mit einem an dem Stator befestigten und des­ sen 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.

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 einem Dreh­ moment eine pendelnde Ausweichbewegung, die durch die an dem Widerlager angreifende Meßeinrichtung, abhängig von der Größe des Drehmomentes, begrenzt wird.

Es ergibt sich hierdurch eine last- oder drehmoment­ abhängige Ausweichbewegung der Rotorwelle, die unter bestimmten Meßbedingungen unerwünscht ist, weil hier­ durch Fluchtungsfehler zwischen der Welle der auszu­ messenden Antriebsmaschine und der Rotorwelle auftre­ ten, die gegebenenfalls durch komplizierte Ausgleichs­ gelenke ausgeglichen werden müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Bremsdynamo­ meter 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 auf­ treten und folglich komplizierte Ausgleichsgelenke vermieden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Brems­ dynamometer durch die Merkmale des Hauptanspruches ge­ kennzeichnet.

Aufgrund der elastischen Lagerung vollführt das Brems­ dynamometer nunmehr lediglich eine Drehbewegung um eine Schwenkachse, die mit der Rotorwelle zusammenfällt und ortsfest ist, so daß die einen seitlichen Versatz her­ vorrufende seitliche Ausweichbewegung des Widerlagers kompensiert ist.

Je nach Größe und Gewicht des Bremsdynamometers können unterschiedliche Lagerungen des Stators vorgesehen sein. Bei kleinen bis mittleren Bremsdynamometern können zur Lagerung Schwingmetalle verwendet werden, die entweder eine elastische Verbindung zwischen der das Brems­ dynamometer halternden Achse und dem Stator ergeben oder die die mehr oder weniger starr mit dem Stator verbundene Achse in der Meßapparatur elastisch lagern. Bei großen Bremsdynamometern bzw. wenn relativ 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.

Eine sehr einfache Lagerung des Bremsdynamometers ergibt sich, wenn der Stator in einem elastischen Ge­ lenk mit zwei Freiheitsgraden gelagert ist und durch eine Parallelogrammführung gefesselt ist, die in ei­ ner 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.

Schließlich ist es auch möglich, den Stator durch ein elastisches Glied in der Meßapparatur zu haltern, das unter dem Einfluß der durch das eingespeiste Drehmo­ ment hervorgerufenen Querkraft eine Scherbewegung vollführt.

In allen Fällen ist die Federkonstante der elastischen Lagerung des Stators so zu bemessen, daß unter Berück­ sichtigung 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 Dreh­ moment die Rotorwelle ihre Stellung im Raum im wesent­ lichen nicht ändert.

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

Fig. 1 ein Bremsdynamometer gemäß der Erfindung, dessen Lagerung des Stators eine ortsfeste Achse und mit dem Stator verbundene elastische Lager auf­ weist, geschnitten entlang der Linie I-I nach Fig. 1 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, geschnit­ ten entlang der Linie III-III nach Fig. 4 in einer Seitenansicht,

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 Vorder­ ansicht,

Fig. 7 das Bremsdynamometer nach Fig. 5 in einer Drauf­ sicht und

Fig. 8 ein Bremsdynamometer gemäß der Erfindung, dessen Stator mit Hilfe eines elastischen Gliedes ge­ lagert ist, das unter dem Einfluß des eingespeisten Drehmoments eine Scherbewegung ausführt, in einem Querschnitt und einer Ansicht von vorne.

In Fig. 1 ist ein an eine nicht weiter gezeigte aus­ zumessende Antriebsmaschine angeschlossenes Bremsdyna­ mometer 1 veranschaulicht, das einen Rotor 2 und einen Stator 3 aufweist. Der Rotor 2 ist mittels einer Rotor­ welle 4 in zwei an den Stirnseiten des Stators 3 be­ findlichen Rotorlagern 5 und 6 drehbar gelagert. Die Rotorwelle 4 ist über eine Kupplung 7 mit der Antriebs­ welle 8 der auszumessenden Antriebsmaschine gekuppelt.

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 veran­ kerten Achse 14 sitzen. Die Achse 14 verläuft im Abstand und im wesentlichen parallel zu der Rotorwelle 4.

Auf der den Lagern 11 und 12 diametral gegenüberliegen­ den Seite des Stators 3 ist eine ein Widerlager 15 bil­ dende Strebe angebracht, die einen Meßfühler 16 einer Meßeinrichtung 17 beaufschlagt. Die Meßeinrichtung 17 ist ihrerseits ebenfalls wieder mit dem Fundament 13 verbunden.

Das Bremsdynamoter 1 nach den Fig. 1 und 2 bildet so­ mit ein frei hängendes Pendel, das mit den Lagern 11 und 12 an der Achse 14 hängt. Wenn nunmehr ein in Rich­ tung eines Pfeiles 18 wirkendes Drehmoment in das Brems­ dynamometer eingespeist wird, entstehen hierdurch in den Lagern 11 und 12 sowie in dem Widerlager 15 Querkräfte, die betragsmäßig gleich sind, jedoch umgekehrtes Vor­ zeichen aufweisen. Aufgrund der in dem Widerlager 15 wirksamen Querkraft vollführt das Bremsdynamometer 1 eine Pendelbewegung in Richtung auf die Meßeinrichtung 17 zu, so daß sich die Rotorwelle 4 aus ihrer ur­ sprünglichen Lage parallelversetzt herausgeschwenkt werden würde. Da aber die beiden Lager 11 und 12 Gummimetall­ teile und somit selbst elastisch 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 Versatzbe­ wegung an dem Widerlager 15, und hierdurch, bei richtiger Wahl der Federkonstanten der Lager 11 und 12, die durch die Pendelbewegung hervorgerufene seit­ liche Verschiebung der Rotorwelle 4 kompensiert wird und der Stator 3 nurmehr eine Drehbewegung um die Rotor­ welle ausführt.

Ohne daß die Rotorwelle 4 fest mit dem Fundament 13 verbunden ist, vollführt das Bremsdynamometer 1 eine Schwenkbewegung um eine ortsfeste Schwenkachse.

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 Angriffs­ punkt der Meßeinrichtung an dem Widerlager 15 die Feder­ konstante der beiden elastischen Lager 11 und 12 zusam­ men 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 Angriffs­ punkt 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 Ver­ satz auftritt. Es ist leicht zu sehen, daß zur Aufrecht­ erhaltung der Lage der Rotorwelle 4 im Raum, unabhängig von dem jeweils eingespeisten Drehmoment, das Produkt aus Federkonstante der elastischen Lager 11 und 12 sowie dem jeweiligen Hebelarm gleich dem Punkt der Federkonstanten der Meßeinrichtung 17 und dem zugehörigen Hebelarm sein muß.

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.

Bei dem in den Fig. 3 und 4 veranschaulichten Ausführungs­ beispiel bzeichnen gleiche Bezugszeichen wiederum gleiche Bauteile wie bei dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2, so daß sich eine Beschreibung insoweit erübrigt. 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 er­ sichtlich, 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.

Wenn das Bremsdynamometer 1 mit einem in Richtung des Pfeiles 18 wirkenden Drehmoment beaufschlagt wird, so vollführt das Widerlager 15, wie bei dem Ausführungsbei­ spiel nach Fig. 2, eine Ausweichbewegung in Richtung auf die Meßeinrichtung 17 zu. Durch die an der Achse 14 an­ greifende, 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 befind­ lichen 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.

Damit die Rotorwelle 4 nicht wegen der seitlichen Ver­ satzbewegung der Achse 14 in den zugehörigen Schlitzen 22 und 23 eine Aufwärtsbewegung vollführt, die wiederum zu Fluchtungsfehlern mit der Abtriebswelle 8 der auszumes­ senden 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 ent­ spricht. Bezüglich der Federkonstanten der Federn 24 gilt das bereits oben gesagte.

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 zu­ sätzlich zu den möglichen Dreh- und Kippbewegungen mehr oder weniger starke translatorische Bewegungen zuläßt. Damit das Bremsdynamometer 1 keine unerwünschten Drehbe­ wegungen um die Hochachse ausführt, ist es über eine Parallelogrammführung mit dem Fundament 13 verbunden. Die Parallelogrammführung enthält an den Stator 3 an­ gebrachte 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.

Diese Anordnung der Längslenker 33 und 34 zu einer Parallelogrammführung behindert nicht eine Drehbewegung des Stators 3 um die Rotorwelle 4.

Wenn über die Rotorwelle 4 in das Bremsdynamometer 1 ein Drehmoment eingespeist wird, vollführt es eine Dreh­ bewegung 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.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 8 besteht die La­ gerung 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.

Das elastische Glied 40 kann entweder die Gestalt einer Stahlfeder haben oder ebenfalls als Gummimetallteil aus­ gebildet sein.

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 Auslen­ kung 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.

Claims (7)

1. Bremsdynamometer mit einem um eine ortsfeste Schwenk­ achse auslenkbaren Stator, in dem ein mit einer Welle einer auszumessenden Antriebsmaschine drehfest kup­ pelbarer, auf den Stator ein Drehmoment übertragender Rotor drehbar gelagert ist, sowie mit einem an dem Stator befestigten und dessen Reaktionsdrehmoment auf­ nehmenden Widerlager, das mit einer Meßeinrichtung ge­ kuppelt ist, wobei die aus Stator und dem darin gelagertem Rotor gebildete Einheit lediglich in an dem Stator angebrachten und von der Rotorwelle unabhängigen La­ gern gelagert ist, nach Patent 29 47 696, dadurch gekennzeichnet, daß die gegenüber der Rotorwelle (4) exzentrisch versetzte Lagerung des Stators (3) derart elastisch ausgeführt ist, daß beim Einspeisen eines Drehmoments in den Stator die Schwenk­ achse mit der Achse der Rotorwelle (4) zusammenfällt und die mögliche Ausweichbewegung der Rotorwelle (4) aufgrund der Elastizität des Widerlagers (15) und der Meßeinrichtung (17) bei allen in dem Meßbereich liegenden Drehmomenten im wesentlichen kompensiert ist.

2. Bremsdynamometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagerung des Stators (3) eine ortsfeste Achse (14) aufweist, auf der in sich elastische, mit dem Stator (3) verbundene Lager (11, 12) sitzen.

3. Bremsdynamometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lager (11, 12) Schwingmetalle sind, die einerseits mit der Achse (14) und andererseits mit dem Stator (3) verbunden sind.

4. Bremsdynamometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagerung des Stators (3) eine elastisch aufgehängte Achse (14) aufweist, auf der starr mit dem Stator (3) verbundene Lager (20, 21) sitzen.

5. Bremsdynamometer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Achse (14) auf beiden Seiten in in Rich­ tung der aufgrund des eingespeisten Drehmomentes wir­ kenden Querkraft sich erstreckenden Schlitzen (22, 23) gelagert ist und durch entsprechende Federglieder (24) in die Ruhestellung zurückgedrückt ist.

6. Bremsdynamometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagerung des Stators (3) durch ein mit dem Stator (3) verbundenes elastisches Glied (40) ge­ bildet ist, das unter dem Einfluß der aus dem einge­ speisten Drehmoment resultierenden Querkraft feder­ elastisch seitlich ausweicht.

7. Bremsdynamometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der Stator (3) in einem elastischen Gelenk (30) mit zwei Freiheitsgraden gelagert und durch eine Parallelogrammführung (31, 32, 33, 34, 35, 36) ge­ fesselt ist, die in einer Ebene liegt, die etwa senk­ recht auf der durch die Achse der Rotorwelle (4) und der Normalen auf dieser Achse durch das Gelenk (30) aufgespannten Ebene steht.