DE3042721C2

DE3042721C2 - Meßvorrichtung für Drehmomente

Info

Publication number: DE3042721C2
Application number: DE3042721A
Authority: DE
Inventors: Heinrich 4102 Binningen Grünbaum
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-18
Filing date: 1980-11-13
Publication date: 1983-01-20
Also published as: US4384493A; GB2070258B; FR2476309B3; FR2476309A1; DE8030311U1; DE3042721A1; IT8167018A0; CH643092A5; GB2070258A; IT1143259B

Description

30

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des von einem Elektromotor :<iit Befestigungsflansch ausgeübten Drehmomentes.

Derartige Meßvorrichtungen . nd dort erforderlich, wo die Überwachung des Antriebs-Drehmomentes einer Produktionsmaschine von grundsätzlicher Bedeuturg für die Qualität des hergestellten Erzeugnisses ist. beispielsweise bei Rührwerken, Extrudern, Förder-Schnecken und Maschinen zur Behandlung von Papier und Folien aller Art.

Bekannte Vorrichtungen sind Glieder zur Verbindung der Motorwelle mit der Welle der anzutreibenden Maschine über zusätzliche Kupplungs-Elemente. Abgesehen vom sehr hohen Preis besteht ihr Nachteil in der Beschlagnahme der Motorwelle, die in der Regel für die Aufnahme anderer Maschinenteile, wie Riemenscheiben. Rührarme oder Zahnräder, verfügbar sein sollte.

Bekannt ist es ferner, das Reaktionsmoment am Stator des Elektromotors zu messen und zu diesem Zwecke eine Torsionsverbindung zwischen dem Befestigungsteil und dem Gehäuse des Motors vorzusehen. Dieses voüführt eine Drehbewegung und wirkt auf ein Meßglied ein. Als Torsionsverbindungen dienen entweder flexible Lamellen oder Wälzkörperbahnen.

Den bekannten Ausführungen dieser Art haften folgende Nachteile an:

1. Voluminöser Aufbau, weil der Befestigungsteil ein dem Motor nachgeschaltetes Gerät ist.

2. Mangel an Stabilität des Aggregates oder erhöhte Hysterese im Meß-Signal.

Diese Aussage läßt sich belegen, beispielsweise anhand der US-PS 35 95 074. Dorf ist die Länge des dem Motor nachgeschalteten Gerätes etwa gleich der halben Motorlänge (Fig, I),

Dadurch wird das aus dem Motor austretende Wellenende ca. dreimal länger als bei einem normalen Motor (Fig. 8). Nur auf das letzte Drittel kann ein Antriebselement, wie Riemenscheibe oder Zahnrad, aufgesetzt werden. Eine auf diese Art belastete Welle muß in kürzester Zeit brechen. Versuche, die Längenmasse zu reduzieren (Fig. 11 oder 12), vergrößern die Bauhöhe und vermindern die Sensibilität der Meßglieder.

Der Motor hängt an vier elastischen Lan eilen, die sich unter Einwirkung des Drehmomentes verbiegen sollen und daher auch dünn sein müssen. Obschon gewisse Versteifungen gegen radiale Kräfte vorgesehen sind, handelt es sich trotzdem um ein schwingungsfähiges Gebilde, welches i.ach physikalischen Gesetzen die von dem unlaufenden Rotor, infolge Unwucht oder magnetischer Kräfte, erzeugte Vibrationen verstärkt, statt sie zu amortisieren, wie es die feste Verbindung eines normalen Motors tut. Mit Recht darf man daher behaupten, daß eine verminderte Stabilität des Aggregates vorliegt. Die Hysterese ist hier von Reibungsverlusten in der Vorrichtung abhängig, welche den Biegewinkel der Lamellen mißt und ein Signal liefert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen handelsüblichen Normmotor mit Befestigungsflansch, vorzugsweise in den Bauformen B5, Vl und V3 nach DIN 42 950, durch Einfügung einer Torsionsverbindung zwischen Flansch -jnd Gehäuse, jedoch unter Beibehaltung aller Abmessungen so umzubauen, daß er bei ausreichender Stabilität ein Signal mit geringster Hysterese für die Anzeige seines Drehmomentes zu liefern vermag.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Torsionsverbindung mindestens eine spielfreie Wälzkörperbahn mit einem einstellbaren Berührungsdruck zwischen den Wälzkörpern und deren Laufbahn aufweist.

An eine solche Wälzkörperbahn werden sehr hohe Ansprüche gestellt, denn sie darf trotz leichtester Drehung keinerlei andere Beweglichkeit besitzen. Sie muß außerdem das Gewicht des Motors ohne Beeinträchtigung der Meßfunkvon aufnehmen und Vibrationsfreisein.

Um diese Bedingungen zu erfüllen, wird nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die Laufbahn durch zwei in Opposition zueinander stehende abgeschrägte Rillen, die eine im Gehäuseansatz, die andere im Befestigungsflansch. gebildet, wodurch eine Vierpunktauflage der vorzugsweise als Kugeln ausgebildeten Wälzkörper an de/i Rillenflanken gewährleistet ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Linearität des vom Meßgliede gelieferten Signals sowie seine Nullpunktlage ohne Beeinträchtigung der Stabilität des Elektromotors erhalten bleiben und daß dieser dank den unverändert gebliebenen Abmessungen gegen einen Normmotor austauschbar ist.

Hin Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Gezeigt ist der Axialschnitt durch den oberen Teil der Torsionsverbindung.

Der Ansatz 2 ist an das Gehäuse fest angesehraubt und bildet mit demselben ein Ganzes. Der Befestigungsflansch 3 trägt das antriebsseitige Kugellager für die Welle 4.

IiTi Gehauseansatz 2 ist eine Rille 5 eingearbeitet und ihr gegenüber eine Rille 6 im Befestigungsflansch 3. Zwischen diesen beiden Rillen befindet sich eine Anzahl

Kugeln 7. Dadurch is. ^n? Wälzkörperbahn entstanden, welche das Motorgehäuse 2 und den Befestigungsflansch 3 miteinander auf Drehung verbindet.

Vollrührt nun das Motorgehäuse 2 dank der Torsionsverbindung eine durch das Reaktions-Drehmoment bedingte Verdrehung gegenüber dem Befestigungsflansch 3, so wird dadurch ein Kraftaufnehmer betätigt, welcher ein dem Drehmoment proportionales elektrisches Signal liefert. Das gilt für beide Drehrichtungen der Welle 4.

Diese Verdreuung ist außerordentlich gering, liegt sie doch winkelmäßig bei 3-5 Min. für das maximale Signal. Deswegen ist es statthaft, den unvermeidlichen Spalt zwischen Ansatz 2 und Flansch 3 durch einen Ring 10 aus Weichgummi abzudichten. Erzeugt keine Reibungsverluste, sondern fängt die Verschiebung elastisch auf.

Die abgeschrägten Flanken der Rillen 5 und 6 verlaufen zueinander geradlinig unter einem bestimmten Winkel. Zweckmäßig erscheint ein Winkel von 90°, weil dabei sämtliche Kräfte gleichartig in Komponenten zerlegt werden. Vorbedingung ist, daß die Kugeln eine Vierpunktauflage aufweisen, d. h. aiie vier Fianken der Rillen berühren, um parasitäre Bewegungen auszuschließen.

Eine sehr wichtige Rolle spielt bei einer solchen Wälzkörperbahn der Berührungsdruck zwischen der Kugel und ihrer Laufbahn. Je größer er ist, um so größer werden auch die Verluste durch die rollende Reibung. Meßtechnisch wirkt sich dieses nachteilig auf das vom Kraftaufnehmer abgegebene Signal aus: es entstehen Linearitäts-Abweichungen und der Nullpunkt verschiebt sich.

Man spricht hier von Hysterese-Erscheinungen. Un die Hysterese klein zu halten, sollte also der Berührungsdruck gering sein. Andererseits verringert

aber der schwache Berührungsdruck die Stabilität des Elektromotors, da er zu Vibrationen führen kann. Es ist daher notwendig, den Berührungsdruck den beiden sich widersprechenden Erfordernissen in optimaler Weise anzupassen.

Zu diesem Zweck ist eine Anzahl Schrauben 16 vorgesehen, welche die Aufgabe haben, den Gehäuseansatz 2 über die Kugeln 7 an den Befestigungsflansch 3 in axialer Richtung anzudrücken. Damit wird der Berührungsdruck mechanisch einstellbar. Um ihn auf den ganzen Umfang der Laufbahn gleichmäßig zu verteilen, ist bei jeder Schraube eine Tellerfeder 17 unterlegt. Die Abdeck-Kappen 18 schützen das Motorinnere vor Öl und Verunreinigungen.

Es erscheint zweckmäßig, in die Übertragung der axialen Stellkräfte eine zweite Wälzkörperbahn einzuschalten, um die Reibungskräfte auf ein Mindestmaß herabzusetzen. Die Laufbahn selbst besteht aus der Rille 14 im Gehäuseansatz 2 und der Scheibe 15, auf welche die Schrauben 16 einwirken. Als Wälzkörper 13 dienen auch hier Kugeln.

Es wäre auch denkbar, alle Schrat" cn 16 durch eine einzige zentrale Gewindemuiter auf d<.r Kugcllagerrtabe des Flansches 3 zu ersetzen. Als zweite Wälzkörperbahn könnte dann etwa ein handelsüblicher Axialnadelkranz dienen.

Es sei Testgehalten, daß der beschriebene Aufbau der Meßvorrichtung für die Ausübung der Erfindung nicht zwingend ist. So wäre es beispielsweise möglich, das Kugellager für die Welle 4 nicht mit dem Befestigungsflansch 3, sondern mit dem Gehäuseansatz 2 in Verbindung zu bringen. Es wäre auch möglich, diesen Ansatz ganz zu eliminieren, indem das Gehäuse verlängert und entsprechend ausgebildet wird.

Anstelle des Dichtungsringes 10 könnte eine Labyrinth-Dichtung vorgesehen werden.

Hierzu I Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Messen des Drehn.omenies eines Elektromotors mit Befestigungsflansch unter Zuhilfenahme des Reaktionsmomentes an seinem Stator, mit einer Torsionsverbindung zwischen dem Befestigungsflansch (3) des Elektromotors und seinem auf ein Meßglied einwirkenden Gehäuse (2), dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsverbindung mindestens eine spielfreie Wälz- |₀ körperbahn (5—7) mit einem einstellbaren Berührungsdruck zwischen den Wälzkörpern (7) und deren Laufbahn (5, 6) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufbahn durch zwei in Opposition ^ zueinander stehende abgeschrägte Rillen, die eine (5) im Gehäuse (2), die andere (6) im Befestigungsflansch (3),gebildet wird, wodurch eine Vierpunktauflage der vorzugsweise als Kugel ausgebildeten Wälzkörper (7) an den Rillenflanken gewährleistet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2. gekennzeichnet durch Federmittel (17) zur gleichmäßigen Verteilung des Berührungsdruckes.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine in die Übertragung der axialen Stellkräfte eingeschaltete zweite Wälzkörperbahn (13,14,15).