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Bremsdynamometer mit Getriebe
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Die Erfindung geht aus von einem Bremsdynamometer nach dem Oberbegriff
des Hauptanspruches.
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Verschiedene Ausführungsformen eines derartigen Bremsdynamometers,
bei dem die Lager zum Aufhängen der aus dem Rotor und dem Stator gebildeten Einheit
von der Rotorwelle unabhängig sind, sind in der DE-OS 29 47 696 beschrieben. Aufgrund
dieser Anordnung treten fast keine Lagerverluste auf, die nicht in die Messung mit
eingehen. An der Rotorwelle greifen nämlich keine zusätzlichen, möglicherweise drehzahlabhängigen
Reibunsskräfte auf, die nicht in den Stator eingeleitet werden würden und so dem
Meßwertaufnehmer zugeführt werden.
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Die in den Rotorlagern auftretenden Verluste erzeugen ein Drehmoment
mit dem gleichen Vorzeichen wie der in dem Stator gebremste Rotor, so daß sich die
Lagerverluste zu den Bremskräften des Rotors im Stator vorzeichenrichtig addieren.
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Lediglich die Lager, mit denen der Stator verankert ist, könnten noch
Meßfehler erzeugen, jedoch sind diese Lager nicht mehr an der an das Bremsdynamometer
eingeleiteten Bewegung beteiligt, sondern werden nur bei
einer Veränderung
der Meßgröße, nämlich des Drehmoments, bewegt. Sie könnten deshalb eine Meßhysterese
hervorrufen, die im praktischen Gebrauch jedoch nur im Stillstand des Bremsdynamometers
feststellbar ist.
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Bei laufendem Bremsdynamometer wird die Meßhysterese aufgrund der
unvermeidlichen Vibrationen überwunden.
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Gerade für mittlere und kleine Leistungen hat sich deshalb das bekannte
Bremsdynamometer außerordentlich gut bewährt, insbesondere dann, wenn Rotor und
Stator von einer Wirbelstrombremse gebildet sind.
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Allerdings ist aus Sicherheitsgründen der Drehzahlbereich nach oben
hin begrenzt, falls nicht für den Rotor besonders teure Materialien verwendet werden,
die bei hohen Drehzahlen ein Zerreißen des Rotors durch Fliehkraftwirkung verhindern.
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Für bestimmte Anwendungsfälle, bei denen die Schwenkachse des Stators
gegenüber der Drehachse des Rotors achsparallel versetzt ist, kann es als störend
empfunden werden, wenn, je nach übertragenem Drehmoment, die mit dem Prüfling gekuppelte
Rotorwelle seitlich auf einem Kreisbogen um die Schwenkachse ausweicht.
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Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, das eingangs genannte Bremsdynamometer
bei Beibehaltung der eßgenauigkeit auch bei Prüflingen verwenden zu können, deren
Drehzahl die maximal zulässige Drehzahl des Rotors übersteigt.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Bremsdynamometer mit
den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.
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Dadurch nämlich, daß sämtliche Lager des Getriebes ausschließlich
an dem Rotor verankert sind, werden die Reaktionsdrehmomente, die durch Reibungsverluste
in
dem Getriebe hervorgerufen werden, auf den Stator übertragen und so beim Messen
der Reaktionskraft über das Widerlager des Stators zwangsläufig miterfaßt.
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In dem Getriebe auftretende drehzahlabhängige Verluste brauchen deshalb
nicht rechnerisch oder experimenteli erfaßt zu werden. Insbesondere ihre zeitliche
Änderung über die Lebensdauer des Getriebes ändert die Meßgenauigkeit der Anordnung
nicht.
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Gerade bei schnellaufenden Prüflinge ist es vorteilhaft, wenn die
Eingangswelle des Getriebes koaxial zur Schwenkachse verlaufend gelagert ist, weil
dann zur Kupplung mit dem Prüfling keine Gelenkwellen erforderlich sind. Bei einem
Bremsdynamometer mit einer gegenüber der Drehachse des Rotors parallel versetzten
Schwenkachse werden dabei die Verhältnisse sehr einfach, wenn die Eingangswelle
des Getriebes koaxial auf der Schwenkachse gelagert ist.
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Zum Heruntersetzen einer hohen Eingangsdrehzahl eignen sich insbesondere
Riemengetriebe, wobei eine Riemenscheibe des Riemengetriebes drehfest auf der Eingangswelle
und eine andere Riemenscheibe drehfest auf der Welle des Rotors sitzt. Es können
allerdings ohne. weiteres auch Zahnradgetriebe entweder mit Standrädern oder umlaufenden
Rädern Verwendung finden.
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In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung
stark schematisiert dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 ein teilweise längsgeschnittenes Bremsdynamometer
gemäß der Erfindung mit einem Riemengetriebe und Fig. 2 ein ebenfalls teilweise
längsgeschnittenes Bremsdynamometer mit einem Zahnradgetriebe in einer Seitenansicht.
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In Fig. 1 ist ein Bremsdynamometer 1 veranschaulicht, das zum Ausmessen
einer nicht gezeigten Antriebsmaschine dient. Das Bremsdynamometer 1 besteht im
wesentlichen aus einem Stator 2, in dem ein Rotor 3 drehbar gelagert ist, durch
den ein Drehmoment auf den Stator 2 übertragbar ist. Der Stator 2 trägt hierzu an
seinen beiden stirnseitigen Enden je ein Lager 4 und 5, in denen koaxial zum Stator
2 die Welle 6 des Rotors 3 drehbar, jedoch axial unverschieblich gelagert ist. Die
Halterung der aus Stator 2 und Rotor 3 gebildeten Einheit erfolgt mittels einer
achsparallel zu der Rotorwelle 6 verlaufenden Schwenkachse 7, die über Stege 8 und
9 mit dem Stator 2 verbunden ist. Die ortsfeste Schwenkachse 7 ist ihrerseits in
zwei ortsfesten Schwenklagern 11 und 12 gehaltert, die mit einem bei 13 angedeuteten
Fundament verbunden sind. Es ergibt sich auf diese Weise eine pendelnde Aufhängung
des Bremsdynamometers 1, das, um Drehmomente bezüglich der Schwenkachse 7 aufzunehmen,
mit einem Widerlager 14 verbunden ist.
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Das Widerlager 14 wird von einem starr mit dem Stator 2 verbundenen
Hebel 15 gebildet, dessen freies Ende sich an einer Druckmeßdose 16 abstützt, die
wiederum an einem Fundament 17 ortsfest gehalten ist. Die mit Hilfe der Druckmeßdose
16 erzeugten kraftproportionalen Signale werden in eine nicht gezeigte Meß- und
Rechenschaltung eingespeist, die die an der Kraftmeßdose 16 gemessenen Kraftwerte
aufgrund der Geometrie des Bremsdynamometers 1 in Drehmomente bzw. Leistungen umrechnet.
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Dem Rotor 3 ist ein Untersetzungsgetriebe 18 vorgeschaltet, das als
Riemengetriebe aufgehaut ist. Es enthalt eine drehfest mit der Rotorwelle 6 verbundene
große Riemenscheibe 19 sowie eine mit einer Eingangswelle 21 drehfest verbundene
kleine Riemenscheibe 22, wobei beide Riemenscheiben 19 und 22 mittels eines endlosen
Flachriemens 23 getrieblich miteinander verbunden sind. Die Eingangswelle 21 ist
drehbar und axial unverschieblich auf einer aus dem ortsfesten Schwenklager 11 hervorstehenden
Verlängerung 24 der Schwenkachse 7 gelagert und kann mittels einer Kupplungseinrichtung
25 mit einer auszumessenden Antriebsmaschine gekuppelt werden. Die Eingangswelle
21 verläuft koaxial zu der Schwenkachse 7 und damit auch achsparallel zur Rotorwelle
6. An dem Stator 2 sind auch, der übersichtlichkeit halber, nicht zeichnerisch dargestellte
Spannmittel für den Flach- oder nahnriemen 23 gelagert.
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Wenn an die Kupplungsmittel 25 die Ausgangswelle eines Prüflings angekuppelt
wird, die beispielsweise rechts herum läuft, dann dreht sich die kleine Riemenscheibe
22 mit ihrem bezüglich Fig. 1 oben liegenden Umfangsabschnitt auf den Betrachter
zu, während der untere Abschnitt sich vom Betrachter weg bewegt. Zufolge der getrieblichen
Kupplung über den Riemen 23 dreht sich auch die große Riemenscheibe 19 in der gleichen
Weise, die entsprechend über die Rotorwelle 6 den Rotor 3 mitnimmt. Wenn der Rotor
3, der beispielsweise zusammen mit dem Stator 2 eine Wirbelstrombremse bildet, in
dem Stator 2 abgebremst wird, entsteht bezüglich der ortsfesten Schwenkachse 7 ein
Drehmoment, das die Schwenkachse 7 in der gleichen Drehrichtung verdrehen will,
in der auch die kleine Riemenscheibe 22 sich dreht.
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Folglich erzeugt auch der Hebel 15 des Widerlagers 14
eine
von dem Betrachter weg gerichtete Kraft, die als Druckkraft auf die dahinter angeordnete
Druckmeßdose 16 einwirkt; aus den Hebelverhältnissen läßt sich aufgrund der gemessenen
Kraft in bekannter Weise das an der Eingangswelle 21 auftretende Drehmoment berechnen.
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Wie oben gezeigt, dreht sich die Eingangswelle 21 auf der Verlängerung
24 der Schwenkachse 7 in derselben Richtung, in der sich auch die Schwenkachse 7
drehen will, wenn von dem Rotor 3 auf den Stator 2 ein Drehmoment übertragen wird.Reibungsverluste,
die in der Lagerung der Eingangswelle 21 auf der Verlängerung 24 auftreten, bewirken
deshalb an der Druckmeßdose 16 eine Kraft mit dem gleichen Vorzeichen wie die Kraft,
die der in dem Stator 2 gebremste Rotor 3 erzeugt.
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Auch die Verluste in dem Riemengetriebe 18 selbst lassen an der Druckmeßdose
16 eine Kraft ebenfalls mit dem richtigen Vorzeichen entstehen, so daß die Messung
an dieser Stelle unabhängig vom Wirkungsgrad des Getriebes 18 ist und auch unabhängig
davon, wie groß die Reibungsverluste zwischen der Eingangswelle 21 und der Verlängerung
24 der Schwenkachse 7 sind, weil sie vorzeichenrichtig über die Druckmeßdose 16
mit erfaßt werden können.
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Es ist auf diese Weise möglich, mittels des vorgeschalteten Untersetzungsgetriebes
ohne Beeinträchtigung der Meßgenauigkeit der gesamten Anordnung den Drehzahlbereich
des Bremsdynamometers 1 nach oben wesentlich zu erweitern. Darüber hinaus hat die
Anordnung den Vorteil, daß unabhängig von Pendelbewegungen des Bremsdynamometers
1 um seine Schwenkachse 7 die Eingangswelle 21, an der der Prüfling angeschlossen
ist, keine Bewegungen im Raum durchführt. Komplizierte Univeralgelenke
oder
Gelenkwellen, die insbesondere bei hohen Drehzahlen problematisch werden könnten,
erübrigen sich auf diese Weise.
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Es ist ohne weiteres verständlich7 daß bei der beschriebenen Anordnung
das Getriebe 18 auch als Übersetzungsgetriebe ausgelegt sein kann, falls die vom
Prüfling abgegebene Drehzahl zu klein ist, um, beispielsweise wiederum bei einer
Wirbelstrombremse, nennenswerte und gut erfaßbare Reaktionsdrehmomente zu erzeugen.
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In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel veranschaulicht, bei
dem Bauteile, die Bauteilen nach Fig.
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1 entsprechen, ohne Erläuterung mit denselben Bezugszeichen versehen
sind.
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Zum Unterschied zu Fig. 1 ist bei Fig. 2 das Getriebe 26 ein Zahnradgetriebe,
bestehend aus einem großen Zahnrad 27, das drehfest auf der Rotorwelle 6 sitzt,
und einem kleinen Zahnrad 28, das drehfest mit der der Eingangswelle 21 verbunden
ist. Die Eingangswelle 21 ist bei Fig. 2 in zwei Lagern 31 und 32 drehbar und axial
unverschieblich gelagert, wobei die Lager 31 und 32 an dem Rotor 2 verankert sind,
beispielsweise, indem das Gehäuse des Getriebes 26, das durch einen Balken 33 schematisch
angedeutet ist, an dem Rotor 2 befestigt ist. Auch hierbei verläuft die Eingangswelle
21 achsparallel zu der ortsfesten Schwenkachse 7.
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Bei der Anordnung nach Fig. 2 erzeugen ebenfalls die Reibungsverluste
in den Lagern 31 und 32 an der Kraftmeßdose 16 eine Kraft mit demselben Vorzeichen,
wie
sie entstehen, wenn die Eingangswelle 21 über das Eingangszahnrad
28 mittels des in dem Stator 2 gebremsten Rotors 3 verzögert wird. Es ist also auch
auf diese Weise eine Drehzahländerung zwischen der Drehzahl des Rotors 3 und der
Ausgangswelle des Prüflings möglich, ohne die Meßgenauigkeit zu beeinträchtigen.
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Ein Sonderfall des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 besteht darin,
die Riemenscheibe 22 ausschließlich auf der koaxial zur Schwenkachse 7 verlaufenden
Ausgangswelle des Prüflings zu haltern, um so die Eingangswelle 21 und die hierfür
notwendigen Lager auf dem Fortsatz 24 einzusparen. Die -Spannelemente für den Riemen
23 wären dann aber nach wie vor an dem Stator 2 zu verankern.
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Auch bei der Verwendung eines Zahnradgetriebes läßt sich das Eingangszahnrad
für das Getriebe 18 ausschließlich auf der Ausgangswelle des zu vermessenden Prüflings
haltern.
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