DE3206503C1 - Verfahren zur Kompensation der bei der Drehmomentmessung nach dem Wirbelstromprinzip an Wellen auftretenden durch die Inhomogenität der Permeabilität der Oberfläche der Welle erzeugten elektr. Störspannung - Google Patents

Description

• Darstellung der Erfindung Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert Es zeigt F i g. 1 eine prinzipielle Ausbildung des verwendeten Drehmomentaufnehmers, Fig. 2 eine Anordnung zur Kompensation der aufgrund von Inhomogenitäten der Permeabilität auf der Wellenoberfläche erzeugten Störspannung, F i g. 3 ein Diagramm mit einem Drehmomentverlauf beim Einschalten eines mit einer Schwungscheibe belasteten Elektromotors, F i g. 4 ein Diagramm mit dem Störspannungsverlauf des mit einer Schwungscheibe belasteten Elektromotors, F i g. 5 ein Diagramm mit einem Drehmomentverlauf beim Einschalten des mit einer Schwungscheibe belasteten Elektromotors, wobei die Störspannung kompensiert ist.
• Die F i g. 1 zeigt die prinzipielle Ausbildung eines Drehmomentaufnehmers 1 und dessen Justage relativ zu einer Welle 2, deren Drehmoment vom Aufnehmer 1 erfaßt wird. Der Aufnehmer 1 besteht aus einem geschlitzten ferritischen Topfkern 3 mit vier Mantelsegmenten 4 bis 7 und einem zentrischen Kern 8; die Mantelsegmente sind mit Meßwicklungen 9 bis 12 und der Kern 7 mit einer Erregerwicklung 13 versehen. Die Wicklungen 9, 11 und 10, 12 sind je zu einem Paar mit gleichem Wicklungssinn zusammengefaßt und beide Paare gegeneinander in Reihe geschaltet. Die Erregerwicklung 13 wird mit einem Wechselstrom von beispielsweise etwa 170 kHz gespeist.
• Wirkt an der Welle 2 kein Drehmoment, so ist auch die von den Meßwicklungen abgenommene Meßspannung Null; wirkt auf die Welle 2 ein Drehmoment ein, dann wird beispielsweise unter +45" gegen die Achsrichtung der Welle die Permeabilität erhöht und unter -45" erniedrigt, wie durch die Anzahl der Pfeile angedeutet ist. Die resultierende Meßspannung ist nunmehr von Null verschieden und nach einer phasenabhängigen Gleichrichtung ergibt sich eine Aussage über das momentane Drehmoment und dessen Richtung.
• Aus der F i g. 2 ist die genauere Ausbildung der dem Drehmomentaufnehmer 1 nachgeordneten Drehmoment-Meßelektronik mit Mitteln zur Kompensation der der Drehmoment-Meßspannung überlagerten Störspannung näher ersichtlich.
• Die Enden A, E und der Verbindungspunkt M der Meßwicklungspaare 9, 11 und 10, 12 sind an einen elektrischen Abgleichkreis 14 geführt, durch den etwaige Unsymmetrien des Topfkernes 3, die unterschiedliche Meßspannungen an den Meßwicklungspaaren hervorrufen können, kompensiert werden. Die Drehmoment-Meßspannung mit überlagerter Störspannung wird einem phasenabhängigen Gleichrichter 15 zugeführt, dem ein Addierglied 16 und ein Anzeigegerät 17, beispielsweise in Form eines YT-Schreibers, nachgeordnet ist.
• Der Phasengleichrichter 15 erhält von einem Hochfrequenzgenerator 18 mit einer Frequenz von beispielsweise 170kHz eine Steuerspannung; der Generator 18 speist über einen Verstärker 19 die Erregerwicklung 13 des Drehmomentaufnehmers 1.
• Zur Kompensation der der Drehmoment-Meßspannung überlagerten Störspannung ist ein Kompensationskreis vorgesehen, der aus einem Verstärker 20, einem Umschalter 21, einem magnetischen Schreib-Lesekopf 22 mit einer Wicklung 23, einem weiteren Verstärker 24, einem Integrator 25 sowie dem Addierglied 16 besteht.
• Die Kompensation der in der Drehmoment-Meßspannung enthaltenen Störspannung geschieht wie folgt.
• In der Ausgangsstellung zur Drehmomentmessung nimmt der Schalter 21 die gezeichnete Stellung ein, so daß der an den Ausgang des Phasengleichrichters 15 geschaltete Verstärker 20 mit der Wicklung 23 des Schreib-Lesekopfes 22 verbunden ist, der dicht an der Oberfläche der Welle 2 angeordnet ist.
• Die Welle 2 wird unbelastet in Drehung versetzt. Der Drehmomentaufnehmer 1 erzeugt damit eine Spannung, die nur von der Inhomogenität der Permeabilität der Oberfläche der Welle 2 abhängt und der Störspannung entspricht, deren Verlauf der F i g. 4 zu entnehmen ist, die eine Aufzeichnung des Schreibers 17 darstellt. Die Störspannung gelangt über den Verstärker 20 zum Schreib-Lesekopf 22, welcher die Oberfläche der rotierenden, leerlaufenden Welle 2 entsprechend magnetisiert.
• Bei der folgenden Drehmomentmessung an der dann belasteten Welle 2 ist der Schalter 21 in die gestrichelte Stellung gebracht. Der Schreib-Lesekopf 22 liest nunmehr die von ihm getätigte magnetische Aufzeichnung der Störspannung auf der Oberfläche der Welle 2 und in der Wicklung 23 wird eine entsprechende Spannung induziert, die über den Schalter 21 an den Verstärker 24 und weiter an den Integrator 25 gelangt, dessen Ausgangsspannung der in der Drehmoment-Meßspannung enthaltenen Störspannung entspricht.
• Die Amplitude dieser Kompensationsspannung kann mittels des Verstärkers 24 an die Amplitude der der Drehmoment-Meßspannung überlagerten Störspan-;nung angepaßt werden.
• Das Addierglied 16 erhält bei der Drehmomentmessung die Drehmoment-Meßspannung mit überlagerter Störspannung vom Phasengleichrichter 15 und vom Integrator 25 die dieser Störspannung entsprechende Kompensationsspannung mit umgekehrtem Vorzeichen, wie durch das Minuszeichen angedeutet ist. Am Ausgang des Addiergliedes 16 tritt damit eine korrigierte Drehmoment-Meßspannung auf, die praktisch keine Störspannung mehr enthält, wie aus der Fig.5 ersichtlich ist, die eine Aufzeichnung des dem Addierglied 16 nachgeordneten Schreibers 17 ist.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Verfahren zur Kompensation der bei der Drehmomentmessung nach dem Wirbelstromprinzip an Wellen auftretenden, durch die Inhomogenität der magnetischen Permeabilität der Oberfläche der Welle erzeugten elektrischen Störspannung, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale: a) in einem Leerlauf der Welle (2) wird mittels eines vor der Wellenoberfläche angeordneten, nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden Drehmomentaufnehmers (1) die Störspannung erzeugt, b) die Störspannung wird auf der Welle (2) gespeichert, c) die gespeicherte Störspannung wird bei der Drehmomentmessung zur in der Meßspannung enthaltenen Störspannung mit umgekehrtem Vorzeichen addiert.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die bei Leerlauf der Welle (2) vom Drehmomentaufnehmer (1) erzeugte Störspannung einem vor der gleichen Welle (2) angeordneten magnetischen Schreib-Lesekopf (21) zugeführt wird, welcher bei Leerlauf die Störspannung auf der Oberfläche der Welle (2) als magnetische Spur aufzeichnet und daß bei der Drehmomentmessung der Schreib-Lesekopf (21) diese magnetische Spur abtastet und eine der Störspannung entsprechende Kompensationsspannung erzeugt, die mit umgekehrtem Vorzeichen zur Drehmomentmeßspannung addiert wird.

   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

   Zur Drehmomentmessung an ruhenden oder rotierenden ferromagnetischen Wellen ist es bekannt, die magnetische Permeabilitätsänderung in der Oberfläche der Welle als Maß für eine Drehmomentenänderung heranzuziehen und diese Permeabilitätsänderung mittels eines nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden Drehmomentaufnehmers zu messen. Aus der US-PS 30 11 340 ist ein Drehmomentmesser bekannt, welcher aus zwei oder drei Ring-Magnetkernen besteht, die über den wellenförmigen Prüfling geschoben werden; die Magnetkerne weisen eine Anzahl von gegen den Prüfling gerichtete Polstücke auf, wobei die Polstücke des einen Ringkernes mit einer Erregerwicklung und die Polstücke des anderen Ringkernes mit einer Meßwicklung versehen sind. Durch diese Ausbildung wird eine geringere Abhängigkeit von Inhomogenitäten der Wellenoberfläche erreicht. Aus der DE-OS 30 08 584 ist es bekannt, bei einem ebenfalls drei Jochringe verwendenden Drehmomentmesser die in den Meßsignalen auftretenden Oberwellen herauszufiltern. Aus der DE-AS 2420195 ist eine Vorrichtung zur Kompensation des Einflusses von bei Walzen einer Walzanlage auftretenden Exzentrizität und Unrundheiten bekannt, bei welcher die Störgrößen an der laufenden Walze gemessen und gespeichert werden; beim Walzvorgang werden zwecks Regelung dann die gespeicherten Werte herangezogen.

   Es ist auch ein Drehmomentaufnehmer vorgeschlagen, welcher aus einem mit vier Schlitzen versehenen ferritischen Topfkern mit einem zylindrischen Innenkern besteht, bei dem die durch die Schlitze gebildeten vier Jochsegmente mit Meßwicklungen und der Innenkern mit einer wechselstromgespeisten Erregerwicklung versehen sind; der Topfkern wird vor der Oberfläche der Welle angeordnet. Die Meßwicklungen sind zu einer magnetischen Brücke verschaltet und zu zwei Paaren zusammengefaßt, die gegeneinander geschaltet sind, so daß bei Abwesenheit eines Drehmomentes auch die von diesem Aufnehmer induzierte Meßspannung Null ist. Tritt ein Drehmoment auf, so wird wegen der in den +45°-Richtungen der Wellenoberfläche unterschiedlichen Permeabilitäten eine Meßspannung erzeugt, die dem Drehmoment direkt proportional ist (Patentanmeldung P 30 31 997.2-52).

   Dem Drehmomentaufnehmer ist eine Meßelektronik mit beispielsweise einem Registriergerät nachgeordnet, auf dem die gewonnene Meßspannung unmittelbar als Funktion der Zeit dargestellt wird. In der dortigen F i g. 3 ist ein von einem derartigen Registriergerät (YT-Schreiber) registrierter Drehmomentverlauf beim Einschalten eines Motors dargestellt.

   Wie ersichtlich, treten nach dem Abklingen der Drehmomentschwingungen A zur Rotation der Welle synchrone Störschwingungen B auf, die auf Schwankungen der Permeabilität auf der Wellenoberfläche zurückzuführen sind.

   Für genaue Drehmomentmessungen sind diese überlagerten Störschwingungen nicht mehr zulässig.

   Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Kompensation der dieser Störschwingungen entsprechenden elektrischen Störspannungen zu schaffen.

   Lösung Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

   Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ist dem Anspruch 2 zu entnehmen.

   Vorteil Durch die Erfindung wird der Vorteil erzielt, daß die Drehmomentmessung nunmehr unabhängig von den verfälschenden Störspannungen ist.