DE3336730C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer zur Übertragung eines Drehmoments geeigneten Anordnung, bestehend aus einem ersten Körper aus hartmagnetischem Material und einem von dem magnetischen Feld des ersten Körpers beeinflußbaren weiteren, gegenüber dem ersten Körper mechanisch frei drehbaren Körper aus elektrisch leitfähigem und/oder magnetisierbarem Material, wobei einer der Körper zur Aufnahme eines von außen aufgebrachten Drehmoments und der andere Körper zur Übernahme des Drehmoments dient.

Aus der DE-PS 8 91 629 ist bekannt, Zeigermeßinstrumente, bei denen das beweglich gelagerte Zeigersystem eine der Meßgröße entsprechende Drehbewegung ausübt, mit Hilfe von Drehmomentmessungen zu prüfen.

Weiterhin ist aus der US-PS 37 45 821 bekannt, zur Übertragung von Drehmomenten Permanentmagnete zu benutzen.

Schließlich wird in "Messen und Prüfen/Automatik" März 1978, Heft 3, Seite 90 bis 98, beschrieben, daß das Drehmoment bei nichtstationären Anlaufvorgängen bei bekanntem Massenträgheitsmoment des Körpers durch Messen der Beschleunigung des Körpers bestimmt werden kann.

Zu den Anordnungen zur Übertragung eines Drehmomentes bestehend aus einem ersten Körper aus hartmagnetischem Material und einem von dem magnetischen Feld des ersten Körpers beeinflußbaren weiteren, gegenüber dem ersten Körper mechanisch frei drehbaren Körper aus elektrisch leitfähigem und/oder magnetisierbarem Material gehören u. a. auch Hysteresekupplungen und Wirbelstromkupplungen und -bremsen.

In Tachometern werden meist Wirbelstromkupplungen mit einem angetriebenen Magneten und einer diesen umgebenden Aluminiumglocke verwendet, wobei die Aluminiumglocke mit einer Drehfeder gekoppelt ist. Das von dem Magneten auf die Aluminiumglocke ausgeübte Drehmoment ist dabei im allgemeinen nicht größer als 10^-2 Ncm.

Zur Prüfung bzw. zur Kontrolle der in einem Tachometer eines Kraftfahrzeugs einzubauenden Teile ist es bekannt, je einen Magneten und eine Aluminiumglocke in einen Tachometer mit geeichter Federkennlinie einzubauen und die mit diesen Teilen bei vorgebenener Drehzahl erzielte Anzeige mit einer Sollanzeige zu vergleichen.

Die bekannte Methode ist außerordentlich zeitraubend, so daß bei einer Großserienfertigung nur ein geringer Anteil der einzubauenden Magnete und Aluminiumglocken mit vertretbarem Aufwand geprüft werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem in besonders einfacher Weise objektive Meßwerte zur Beurteilung der Eignung zumindest des aus hartmagnetischem Material bestehenden Körpers einer zur Übertragung eines Drehmoments geeigneten Anordnung gewonnen werden können. Außerdem soll eine Vorrichtung geschaffen werden, die die Durchführung dieses Verfahrens in vorteilhafter Weise ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es in einfacher Weise möglich, durch zwei Winkelmessungen und eine Zeitmessung die magnetische Eignung des aus hartmagnetischem Material betehenden Körpers zu beurteilen: weist sein magnetisches Feld die Sollfeldstärke auf, so deckt sich die gemessene Zeit mit dem entsprechenden Vergleichswert. Ist die gemessene Zeit dagegen größer oder kleiner als der Vergleichswert, so ist die Feldstärke des Magneten kleiner bzw. größer als seine Sollfeldstärke.

Durch die Ermittlung der Zeiten für das Drehen von zwei Meßwinkeln gemäß Anspruch 2 läßt sich die durch das Magnetfeld verursachte Winkelbeschleunigung des in Drehung versetzten Körpers und - durch Multiplikation mit dem Massenträgheitsmoment dieses Körpers bzw. der mit ihm gebildeten Rotationseinheit - das bei einer bestimmten Drehzahldifferenz von dem aus hartmagnetischem Material bestehenden Körper auf den in Drehung versetzten Körper ausgeübte Drehmoment bestimmen. Bei den Maßnahmen nach den Ansprüchen 3 und 4 läßt sich dieses Drehmoment in besonders einfacher Weise ermitteln.

Durch das Aufnehmen einer weiteren Drehmasse in die Rotationseinheit gemäß Anspruch 5 verringert sich die Winkelbeschleunigung der Rotationseinheit, so daß der Einfluß der Drehzahl der Rotationseinheit gegenüber dem Einfluß der Drehzahl des von außen angetriebenen Drehkörpers auf das Drehmoment stärker vernachlässigbar ist.

Zum Prüfen einer aus einem Körper aus hartmagnetischem Material und einem von dessen magnetischen Feld beeinflußbaren weiteren Körper bestehenden Anordnung wird, von der Zeit zum Ein- und Ausbauen der Teile abgesehen, im wesentlichen ja nur die Zeit zum Hochfahren des von außen angetriebenen Teils der Anordnung auf die Testdrehzahl benötigt. Die Meßwinkel machen im allgemeinen nur einen Bruchteil einer Umdrehung aus.

Eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung ist nach Anspruch 6 ausgebildet. Die Ausbildung der Vorrichtung nach den weiteren Ansprüchen 7 bis 10 bringen Erleichterungen zum Einführen der die zu prüfende Anordnung bildenden Körper in die Vorrichtung, eine genauere Positionierung der Körper sowie eine Beschleunigung des Prüfvorganges.

Wirbelstromkupplungen bzw. -bremsen bestehen im wesentlichen aus einem Magneten und einem von diesem beeinflußbaren Drehkörper aus elektrisch leitfähigem Material. Da der Körper aus elektrisch leitfähigem Material mit verhältnismäßig geringem Aufwand weitgehend identisch reproduzierbar ist, genügt es, lediglich die jeweiligen Magnete der Wirbelstromanordnung zu prüfen, wodurch eine erhebliche Einsparung von Montageaufwand ermöglicht wird.

Ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Prüfen der Eignung von in Wirbelstromkupplungen einzubauenden Magneten in schematischer Darstellung,

Fig. 2 die Rotationseinheit der Vorrichtung in der Draufsicht und

Fig. 3 ein Diagramm der Drehbewegung der Rotationseinheit nach dem Abheben der Bremsscheibe, wobei ϕ_a und t_a der Winkel der Drehbewegung bzw. die dabei verstrichene Zeit seit Beginn des Abhebens der Bremsscheibe und ϕ und t der Winkel bzw. die Zeit seit Beginn der Zeitmessung bedeuten.

Die Vorrichtung nach dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 weist eine Aluminiumglocke 1 auf, die an einem Ende einer Welle 2 verdrehfest angeordnet ist. Am anderen Ende der Welle 2 befindet sich eine Scheibe 3 aus durchsichtigem Material, die (vgl. Fig. 2) an ihrem Umfang 4 mit einer Markierung mit gleichmäßig verteilten Strichen 5 versehen ist, und eine rotationssymmetrische Metallscheibe 6. Die Welle 2 ist an ihren Enden mit kegelförmigen Spitzen 7, 8 ausgeführt. Die obere Spitze 7 ist zur Lagerung in einem feststehenden Spitzenlager 9 vorgesehen, während die untere Spitze 8 - wie in Tachometern üblich - zur Auflage in einer entsprechenden Lagerausnehmung in dem Magneten M bestimmt ist. Um die Aluminiumglocke 1 ist eine feststehende Rückschlußglocke 10 angeordnet.

Über der Metallscheibe 6 befindet sich eine Bremsscheibe 11, die an ihrer der Metallscheibe 6 zugewandten Seite mit einem Ring 12 aus Gummi oder einem anderen Material mit großem Reibungskoeffizienten versehen ist. Die Bremsscheibe 11 ist über (nicht dargestellte) Zapfen gelenkig mit einem Ende einer zweiarmigen Hebelanordnung 13 verbunden, an deren anderem Ende eine Hubeinrichtung 14 angelenkt ist.

Unterhalb der Aluminiumglocke 1 ist ein Stützring 15 vorgesehen, der über einzelne Arme 16 mit Pneumatikzylindern 14 verbunden ist, durch die er angehoben und gesenkt werden kann.

Zur Aufnahme eines Magneten M ist ein Aufnahmeteller 18 vorgesehen, der von einem Motor 19 über eine Welle 20 antreibbar ist. Mit dem Motor 19 ist ein Drehzahlgeber 21 gekoppelt.

Zum Einführen des zu prüfenden Magneten M unter bzw. in die Aluminiumglocke 1 ist die Vorrichtung mit einer den Motor 19 und den Aufnahmeteller 18 tragenden Zuführeinrichtung 22 ausgerüstet, die im wesentlichen aus einem auf einer Führung 23 waagerecht bewegbaren Schlitten 24 und einer darauf befestigten Hubeinrichtung 25 besteht. Die Hubeinrichtung 25 besteht bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 aus einem Pneumatikzylinder 25′ und seiner Kolbeneinheit 25′′, wobei die Kolbeneinheit 25′′ ein den Motor 19 aufnehmendes Gehäuse 26 trägt. Der Schlitten 24 kann durch einen (nicht dargestellten) Linearmotor, wie z. B. durch einen Pneumatikzylinder, auf der Führung 24 bewegt werden. Zur genauen Positionierung des Magneten M in der Aluminiumglocke 1 ist am Ende der Führung 24 ein Anschlag 27 vorgesehen.

Der Rand der Scheibe 3 wird an einer Stelle von einer Gabellichtschranke 28 umfaßt, deren Ausgang über einen Schwellwertschalter 28, eine Zähleinheit 30 und einen Zeitgeber 31 mit einem Rechner 32 verbunden ist.

Zur Aufnahme eines zu prüfenden Magneten M befindet sich die Vorrichtung in dem nachfolgend beschriebenen Zustand: Der Stüzring 15 ist von den Pneumatikzylindern 17 angehoben und trägt die Aluminiumglocke 1. Die Bremsscheibe 11 wird von der Hubeinrichtung 14 auf die Metallscheibe 6 gedrückt. Die Zuführeinrichtung 22 befindet sich außerhalb der Aluminiumglocke 1 in der in Fig. 1 strichpunktiert dargestellten Lage, wobei die Hubeinrichtung 25 abgesenkt ist.

Der zu prüfende Magnet M wird auf dem Aufnahmeteller 18 befestigt. Danach wird die Zuführeinrichtung 22 bis an den Anschlag 27 bewegt und die Hubeinrichtung 23 nach oben ausgefahren, bis sich die untere Spitze 8 der Welle 2 in der entsprechenden Lagerung des Magneten M abstützt. Danach wird der Stützring 12 abgesenkt.

Zum Prüfen des Magneten M wird dieser durch den Motor 19 auf eine vorgebbare Testdrehzahl n_T beschleunigt und bei dieser Drehzahl weitergedreht. Bei Erreichen der Testdrehzahl n_T wird die Bremsscheibe 11 schlagartig von der Metallscheibe 6 abgehoben, so daß das von dem Magneten M auf die Aluminiumglocke 1 aufgebrachte Drehmoment M_d(n_T) die aus der Aluminiumglocke 1, der Welle 2, der Scheibe 3 und der Metallscheibe 6 bestehende Rotationseinheit in Drehung versetzt.

Die Lichtschranke 28 kann den Durchgang der auf der Scheibe 3 angeordneten Striche 5 registrieren und die entsprechenden elektrischen Signale über den Schwellwertschalter 26 in die Zähleinheit 30 bzw. den Zeitgeber 31 eingeben. Nach einer - gerechnet vom Beginn der Drehung - vorgegebenen ersten Anzahl von z₀ Strichen 5, die einem Winkel ϕ₀ entsprechen, gibt das Zählwerk 30 ein erstes Signal an den Zeitgeber 31, der mit dem Eintreffen dieses Signals beginnt, die Zeit t zu messen.

Wenn sich die Rotationseinheit 1-2-3-6 seit Beginn der Zeitmessung m eine vorgegebene Anzahl z₁ Striche 5 bzw. um einen Winkel ϕ₁ gedreht hat, gibt das Zählwerk 30 ein weiteres Signal an den Zeitgeber 31, der die entsprechende Zeit t₁ mißt und den entsprechenden Zeitwert ggf. an den Rechner 32 weitergibt. Wenn sich die Rotationseinheit 1-2-3-6 seit Beginn der Zeitmessung um insgesamt eine weitere vorgegebene Anzahl z₂ Striche 5 bzw. einen Winkel ϕ₂ gedreht hat, gibt das Zählwerk 30 ein weiteres Signal an den Zeitgeber 31, der auch diese Zeit mißt und den Wert ggf. an den Rechner 32 weitergibt (vgl. hierzu auch Fig. 3).

Die Anzahl z₂ kann zweckmäßigerweise zweimal der Anzahl z₁ bzw. der Winkel ϕ₂ zweimal dem Winkel γ₁ gewählt werden. In diesem Fall ergibt sich aus den Zeitspannen bzw. Zeitwerten t₁ und t₂ die Winkelbeschleunigung α der Rotationseinheit 1-2-3-6 zu

wobei dieser Wert am Rechner 32 in digitaler Form in °/s² bzw. rad/s² angezeigt werden kann.

Zur Beurteilung der Tauglichkeit eines in eine Wirbelstromkupplung einzubauenden Magneten reicht es, die Zeiten t₁ und t₂ zu messen und sie mit Sollwerten zu vergleichen. Aus der Winkelbeschleunigung und dem Massenträgheitsmoment J des Rotationskörpers 1-2-3-6 läßt sich mit dem Rechner 32 unmittelbar das von dem Drehmagneten M auf die Aluminiumglocke 1 ausgeübte Drehmoment M_d aber auch zu.

M_d = J · α

z. B. in Ncm ermitteln.

Das Massenträgheitsmoment J des Rotationskörpers 1-2-3-6 der Vorrichtung braucht nur einmal bestimmt zu werden und kann dem Rechner 32 zur Multiplikation der Winkelbeschleunigung α als Konstante eingegeben werden. Das Drehmoment M_d kann am Rechner 32 ebenfalls in digitaler Form angezeigt werden.

Das von dem Magneten M auf die Aluminiumglocke 1 übertragene Drehmoment M_d ist abhängig von der Drehzahldifferenz (n_M-n_G) zwischen der Drehzahl n_M des Magneten M und der Drehzahl n_G der Aluminiumglocke 1. Die zur Messung vorgesehenen Winkel ϕ₀, ϕ₁ und ϕ₂ werden daher zweckmäßigerweise so klein gewählt, daß die sich bis dahin ergebende Drehzahl n_G der Aluminiumglocke 1 gegen die Testdrehzahl n_T des Magneten M vernachlässigbar klein ist.

In Abwandlung des beschriebenen Ausführungsbeispiels kann die Aluminiumglocke 1 in der Vorrichtung mit ihrem offenen Ende auch nach oben zeigen und der Magnet M von oben her in die Aluminiumglocke 1 eingegeben werden, so daß der Stützring 15 in der beschriebenen Form entfallen kann. Weiterhin kann der Rotationseinheit 1-2-3-6 auch eine andere Lagerung zugeordnet werden.

An Stelle der Bremsscheibe 11 kann auch der Stützring 15 zum Festhalten der Rotationseinheit 1-2-3-6 herangezogen werden, wobei dieser dann eine Oberfläche mit großem Reibwert aufweist.

Weiterhin können zur Beschleunigung der Beschickung der Vorrichtung mit Magneten M zwei Führungseinrichtungen 22 vorgesehen sein, wobei sich jeweils eine Zuführungseinrichtung unter der Aluminiumglocke 1 befindet und die andere zum Beschicken bzw. Auswechseln eines Magneten außerhalb der Aluminiumglocke bereitsteht.

Weiterhin können die Zähleinheit 30, der Zeitgeber 31 und der Rechner 32 in einem Mikroprozessor vereint sein.

Claims (11)

1. Verfahren zum Prüfen einer zur Übertragung eines Drehmoments geeigneten Anordnung, bestehed aus einem ersten Körper aus hartmagnetischem Material und einem von dem magnetischen Feld des ersten Körpers beeinflußbaren weiteren, gegenüber dem ersten Körper mechanisch frei drehbaren Körper aus elektrisch leitfähigem und/oder magnetisierbarem Material, wobei einer der Körper zur Aufnahme eines von außen aufgebrachten Drehmoments und der andere Körper zur Übernahme des Drehmoments dient, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der zur Übernahme des Drehmoments bestimmte Körper (1) in seiner Drehlage festgehalten wird,
• - daß dem Körper (M), auf den das Drehmoment von außen aufgebracht wird, auf eine vorgebbare Drehzahl (n_T) beschleunigt und bei dieser Drehzahl in Drehung gehalten wird,
• - daß der zur Übernahme des Drehmoments bestimmte Körper (1) aus der festgehaltenen in eine frei drehbare Lage überführt wird,
• - und daß nach dem Drehen des zur Übernahme des Dremoments bestimmten Körpers (1) um einen vorgebbaren anfänglichen Winkel (ϕ₀) die Zeit (t₁) gemessen wird, die dieser Körper (1) zur Drehung eines vorgebbaren Meßwinkels (ϕ₁) benötigt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Zeit für das Drehen des zur Übernahme des Drehmoments bestimmten Körpers (1) um den ersten Meßwinkel (ϕ₁) die Zeit (t₂) für das Drehen dieses Körpers (1) um einen weiteren vorgebbaren Meßwinkel (ϕ₂) gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Beginn der beiden Meßwinkel (ϕ₁, ϕ₂) an die gleiche Stelle gelegt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Meßwinkel (ϕ₂) zweimal so groß wie der erste Meßwinkel (ϕ₁) gewählt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Übernahme des Drehmoments bestimmte Körper (1) mit einem weiteren Drehkörper (6) verbunden wird.

6. Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

• - daß zur Aufnahme des einen Körpers (M) der zu prüfenden Anordnung ein geeignetes antreibbares Aufnahmemittel (18) vorgesehen ist.
• - daß der andere Körper (1) der zu prüfenden Anordnung zur Bildung einer Rotationseinheit (1, 2, 3) mit einer gleichmäßigen kreisförmigen Markierung (3, 5) vorgesehen ist,
• - daß der Rotationseinheit (1, 2, 3) eine Bremseinrichtung (11, 12) zugeordnet ist,
• - und daß zur Registrierung der Markierung (3, 5) ein geeigneter Geber (28) mit einem daran angeschlossenen Zählwerk (30) und einem Zeitgeber (31) vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Aufnahmemittel (18) durch eine Hubeinrichtung (25) heb- und senkbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinrichtung (25) auf einer Führungsbahn (23) in den Bereich der Drehachse des anderen Körpers (1) der zu prüfenden Anordnung hinein und aus diesem Bereich wieder herausbewegbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahn (23) einen Anschlag ( 27) aufweist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere ein Aufnahmemittel (18) und eine Hubvorrichtung (25) aufweisende Zuführeinrichtung (22) vorhanden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationseinheit (1, 2, 3) eine weitere Drehmasse (6) aufweist, deren Massenträgheitsmoment größer als das des anderen Körpers (1) der zu prüfenden Anordnung ist.