DE3500134A1 - Drehmomentmesseinrichtung - Google Patents

Description

Drehmomentmeßeinrichtung I. Anwendungsgebiet

Die Erfindung bezieht sich auf Drehmomentmeßeinrichtungen und insbesondere auf eine Drehmomentmeßeinrichtung zur Messung der Last auf einer Ausgangswelle eines Motors.

II. Beschreibung des Standes der Technik Es ist eine Anzahl von Einrichtungen zur

Messung des Drehmoments auf einer rotierenden Welle bekannt, beispielsweise einer solchen zwischen einem Motor und einer Last. Vielfach ist ein Getriebesystem innerhalb

ΙΟ eines Getriebekastens vorgesehen und dient zur Änderung der Drehgeschwindigkeit zwischen Motor und Last.

Diese bekannten Einrichtungen sind jedoch platzaufwendig, schwer und teuer in ihrer Konstruktion. Bei vielen Anwendungen, beispielsweise in der Luftfahrt, stellen das Gewicht und die Größe dieser bekannten Einrichtungen einen schwerwiegenden Nachteil dar; solche Einrichtungen müssen aber trotz dieser Nachteile benutzt werden. Die Messung des Motordrehmomentes in einem Flugzeug ist ein äußerst wünschenswertes Merkmal, denn die Breite und die rasche Änderung des Motordrehmoments ist oft ein Anzeichen einer Fehlfunktion des Motors. Die Drehmomentmessung ist ferner ein Erfordernis für den wirksamen und sicheren Betrieb des Flugzeugs .

Lösung gemäß Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehmomentmeßeinrichtung zu schaffen, die die erläuterten Nachteile vermeidet.

Kurz gesagt, ist gemäß vorliegender Erfindung eine Nabe mit einer Achse vorgesehen, die koaxial zur Ausgangswelle des Motors ist. Das stationäre Glied der Planetenradanordnung im Getriebesystem wird drehbar von der Nabe gestützt, und zwar an in Umfangsrichtung verteilt angeordneten

Stellen der Nabe. Demgemäß wird jede Drehmomentbelastung auf das Planetenradsystem von der Motorlast durch Reaktionskräfte der Nabe aufgenommen.

Ein Ring ist koaxial um die Nabe angeordnet und an dieser befestigt und bildet einen Träger für das Gehäuse des Getriebekastens. Der Ring ist wiederum an der Nabe über eine Mehrzahl von Speichen befestigt, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind und sich von dem Ring tangential an einen Kreis erstrecken, der koaxial zur Nabe ist. Die Speichen biegen sich in einem Betrag proportional zum Drehmoment, welches an der Nabe anliegt, und in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Nabe, der Ring und die Speichen einstückig ausgebildet.

Ein Arm ist an der Nabe befestigt und erstreckt sich radial von dieser nach auswärts und besitzt ein äußeres freies Ende , welches nahe dem Ring angeordnet ist. Der freie Arm der Nabe kooperiert mit einem Weggeber , der ein Ausgangssignal proportional zum Betrag der Bewegung des Armes erzeugt und daher proportional zum anliegenden Drehmoment an der Nabe.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ein besseres Verständnis der Erfindung wird mit Bezug auf die nachfolgende Beschreibung im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung erzielt, wobei gleiche Bezugszeichen sich auf gleiche Teile in den unterschiedlichen Ansichten beziehen.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig. 1 in vergrößerter Darstellung;

Fig. 3 ist ein Schnitt entlang der Linie 3-3

in Fig. 1 in vergrößertem Maßstab; Fig. 4 ist ein Längsschnitt einer bevorzugten

Ausführungsform der Erfindung mit weggebrochenen Teilen aus Gründen der Klar

heit und

Fig. 5 ist eine schematische Ansicht der Wirkungsweise der Einrichtung gemäß Erfindung.

■*■ Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung

Fig. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform der Drehmomentmeßeinrichtung gemäß Erfindung in Verbindung mit einem Motor 10 sowie dessen Ausgangswelle

12. Die Ausgangswelle 12 erstreckt sich in einen Getriebekasten 14, der ein Getriebesystem 16 enthält. Das Getriebesystem 16 enthält eine Planetenradanordnung 18, die über den Rest des Getriebesystems 16 mit einer Ausgangswelle 20 des Getriebekastens 14 verbunden ist. Diese Ausgangswelle 20 treibt eine Last 21 an, beispielsweise den Propeller eines Luftfahrzeugs.

Wie insbesondere aus Fig. 2 und 4 hervorgeht, weist die Drehmomentmeßeinrichtung eine scheibenartige Nabe 22 mit einer Axialbohrung 24 auf, durch die die Motorausgangswelle 12 hindurchreicht. Die eine Seite 26 der Nabe 22 liegt dem Inneren des Getriebekastens 14 gegenüber, während die andere Seite 28 dem Motor 10 gegenüberliegt. Die Nabe 22 ist im wesentlichen koaxial zur Motorausgangswelle 12 angeordnet (s. Fig. 1).

Die Nabe 22 weist eine Mehrzahl von kreisförmigen Taschen auf ihrer Innenseite 26 auf, wobei die Taschen 30 sowohl radial als auch in Umfangsrichtung gleichen Abstand von der Achse der Nabe 22 aufweisen (Fig. 2). Es sind fünf Taschen 30 gezeigt, es können aber auch mehr oder weniger Taschen vorgesehen sein.

Die Planetenradanordnung 18 enthält einzelne Planetenräder 32, die über jeweilige Achsen 34 in zugeordneten Taschen 30 gelagert sind. Die Planetenräder 32 kämmen mit Zahnringen 38 (Fig. 1) oder dergleichen, welche einen Teil des Getriebesystems 16 bilden, das die Drehung der Motorausgangswelle 12 über die Planetenradanordnung 18 und die anderen, nicht gezeigten Komponenten auf die Abtriebswelle 20 und die Last 21 übertragen.

Die Drehmomentmeßeinrichtung gemäß Erfindung weist ferner einen Ring 40 (Fig. 3 und 4) auf, der koaxial und in radialem Abstand zur Nabe 22 benachbart deren

Außenseite 28 angeordnet ist. Die Nabe 22 und der Ring 40 sind über eine Anzahl von Speichen 42 miteinander verbunden, die in ümfangsrichtung verteilt angeordnet sind und sich vom Ring tangential zu einem Kreis erstrecken, der koaxial zur Nabe 22 angeordnet ist. Die Nabe 22, der Ring 40 und die Speichen 42 sind vorzugsweise einstückig ausgebildet .

Der Getriebekasten 14 ist am Ring 40 befestigt und wird von diesem gestützt. Als Befestigungsmittel dienen Schrauben 46 (Fig. 3), es können jedoch auch andere Befestigungseinrichtungen, beispielsweise Lötoder Schweißverbindungen, zwischen Ring 40 und Getriebekasten 14 verwendet werden.

Ein länglicher Arm 50 (Fig. 3 und 4) ist mit einem Ende an der Nabe 22 mittels Schrauben 52 befestigt und erstreckt sich radial nach außen durch eine Öffnung 54 (Fig. 4) des Getriebekastens. Der Arm 50 ist so dimensioniert, daß das äußere freie Ende 56 über den Umfang des Getriebekastens 14 hinausragt.

Ein Deckel 58 (Fig. 3 und 4) ist am Getriebekasten 14 mittels Schrauben 60 angeschraubt und umgibt das äußere freie Ende 56 des Armes 50. Ein Weggeber 62 (Fig. 3) ist am Deckel 68 befestigt und besitzt einen bewegbaren Wandlerkopf 64, der sich ins Innere des Deckels 58 erstreckt und gegen die eine Seite des freien Endes 56 des Arms 50 anliegt und dessen lineare Lage übersetzt. Der Weggeber 62 mit seinem Wandlerkopf 64 erstreckt sich im wesentlichen tangential zur Achse der Nabe 22, d.h. senkrecht auf eine radiale Linie. Der Weg- ^O geber 62 ist an sich bekannt und erzeugt ein Ausgangssignal auf einer Leitung 66 proportional zur linearen Lage des Wandlerkopfes 64. Die Ausgangsleitung 66 ist mit einer Anzeigeschaltung 68 verbunden, die ein Signal entsprechend der linearen Lage des Wandlerkopfes 64 mit ^5 Bezug auf das Gehäuse des Weggebers 62 erzeugt.

Im Betrieb wird das Drehmoment der Motorausgangswelle 12 durch die Planetenradanordnung 18 übertragen

und umgesetzt (multipliziert), wobei Reaktionskräfte an den stationären Planetenachsen 34 auftreten. Diese Reaktionskräfte werden von der Nabe 22 aufgenommen.

Wie am besten aus Fig. 5 ersichtlich, biegen sich die Speichen 42, wenn das Drehmoment auf die Nabe 22 zunimmt, wie dies in übertriebener Weise strichpunktiert in Fig. 5 dargestellt ist. Dabei dreht sich die Nabe 22 leicht gegenüber dem Ring 40 aus der Ruhelage heraus und nimmt den Arm 50 mit. Der Wandlerkopf 64 folgt dem Arm 50,und die zurückgelegte Strecke entspricht dem Drehmoment auf die Planetenradanordnung 18. Infolgedessen ist die Bewegung des Wandlerkopfes 64 proportional zum Drehmoment über die Planetenradanordnung 18 und daher auch zum Drehmoment der Motorausgangswelle 12. Dieses Drehmoment wird der Bedienungsperson des Motors über die Anzeigeschaltung 68 signalisiert.

Anstelle des Weggebers 62 kann ein Dehnungsmeßstreifen 100 auf einer der Speichen 42 (Fig. 2) verwendet werden. Brauchbar ist auch ein Annäherungstaster als Weggeber.

Aus vorstehender Beschreibung ist ersichtlich, daß die Drehmomentmeßeinrichtung gemäß Erfindung einfach aufgebaut ist , wenig kostet und zur Messung des Drehmomentes zwischen einem Motor und der angetriebenen Last wirksam ist. Ein wichtiges Merkmal der Erfindung besteht darin, daß die Drehmomentmeßeinrichtung nicht nur den Planetenradträger für die Planetenradanordnung 18 darstellt, sondern auch die Lagerstütze des Getriebekastens 14 bildet. Da die Drehmomentmeßeinrichtung nur schon vorhandene Bauteile des Getriebekastens 14 ersetzt, führt die erfindungsgemäße Einrichtung, wenn überhaupt, dann nur zu einer geringen Gewichtserhöhung des Gesamtsystems .

Claims (10)

Teledyne Industries, Inc. 1901 Avenue of the Stars, Los Angeles CA 90067, USA PATENTANSPRÜCHE

1. Drehmomentmeßeinrichtung zur Verwendung in Verbindung mit einer Welle, die mechanisch mit einem Getriebe system verbunden ist, wobei das Getriebesystem mindestens zwei Zahnräder innerhalb eines Gehäuses enthält, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

eine Nabe (22) mit einer Achse (24) ist Lagerträger für mindestens ein Zahnrad (32) des Getriebesystems (16), wobei das Zahnrad (32) drehbar zur Nabe (22) in einer Lage entfernt von der Nabenachse gelagert ist; ein Ring (40) ist mit dem Gehäuse (14) verbunden; es ist eine Einrichtung zur koaxialen Befestigung des Ringes (40) an der Nabe (22) vorgesehen, die eine beschränkte Drehbewegung der Nabe (22) relativ zum Ring (40) in einem Betrag proportional zum Drehmoment zwischen dem mindestens einen vorgesehenen Zahnrad (32) und dem Gehäuse (14) ermöglicht ;

es ist eine Einrichtung (62) zur Messung der relativen Bewegung vorgesehen;
eine Anzeigeeinrichtung (68) ist zur Anzeige der gemessenen Bewegung vorgesehen.

Sonnenberger Straße 4.5 6700 Wiesbaden Telofon (QA1?1) V>?943/S6 iy9ß TelM iw.2.i7 Telegramme Paicritconsult

2. Drehmomentmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ring (40) einen größeren Durchmesser als die Nabe (22) aufweist, daß die Befestigungseinrichtung aus einer Anzahl von Speichen (42) besteht, die sich zwischen Nabe (22) und Ring (40) erstrecken und an diesen befestigt sind, und daß die Speichen (42) in Umfangsrichtung verteilt voneinander entfernt angeordnet sind und im wesentlichen in einer tangentialen Ebene mit Bezug auf die Achse der Nabe angeordnet sind.

3. Drehmomentmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (22),der Ring (40) und die Speichen (42) einstückig ausgebildet sind.

4. Drehmomentmeßeinrichtung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Speichen (42) in Umfangsrichtung voneinander entfernt angeordnet sind.

5. Drehmomentmeßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Zahnrädern (32) drehbar auf der Nabe (22) angeordnet ist, und zwar in Umfangsrichtung verteilt angeordnet.

6. Drehmomentmeßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nabe (22) eine durchgehende axiale Bohrung (24) aufweist und daß die Welle (1.2) durch diese Axialbohrung (24) hindurchreicht.

7. Drehmomentmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Weggeber (62) als Linearpositionswandler mit dem Ring (40) und einem länglichen Arm (50) verbunden ist, dessen eines Ende (bei 52) an der Nabe (22) befestigt ist und dessen anderes Ende

(56) in Anlage mit dem Weggeber (52) steht.

8. Drehmomentmeßeinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Weggeber (62) einen linearen variablen Differentialwandler aufweist.

9. Drehmomentmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Dehnungsmeßstreifen (10) aufweist, der an einer der Speichen (42) befestigt ist.

10. Drehmomentmeßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung einen Annäherungstaster aufweist.