DE3708103C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des durch ein drehbares Maschinenelement hindurchge­ leiteten Drehmomentes mit den Merkmalen des Oberbe­ griffes von Patentanspruch 1.

Eine derartige Vorrichtung ist durch die SU-PS 2 88 360 bekannt. Dabei erfolgt die Umsetzung der Re­ lativdrehung in eine Axialbewegung des Stellringes durch mehrere über den Umfang verteilte Hebelpaare. Diese Hebelpaare bestehen jeweils aus zwei spitz­ winklig an dem Stellring zusammenlaufenden Hebeln. Jeder Hebel benötigt an seinen beiden Enden jeweils ein in Axialrichtung wirksames Gelenk. Die Axialver­ schiebung des Stellringes als Maß für die Höhe des durch das Maschinenelement hindurchgeleiteten Dreh­ momentes wird berührungslos gemessen und angezeigt.

Zwar gestattet es dieses bekannte Meßsystem, das Dreh­ moment nicht nur bei sich drehendem Maschinenelement, sondern auch im Stillstand zu messen. Es hat sich aber in der Praxis gezeigt, daß mit diesem System keine dauerhaft reproduzierbaren Meßwerte erzeugt werden und der Stellring außerdem im Betrieb zum Flattern neigt.

Diese Nachteile werden durch die vorliegende Erfindung gemäß den Merkmalen im kennzeichnenden Teil von Patent­ anspruch 1 beseitigt.

Durch die erfindungsgemäße Gabelform der Hebel sind sie in sich stabiler und brauchen nur noch drei statt vier in Axialrichtung wirksame Gelenke. Die Hebel erhalten dadurch eine höhere Eigenfrequenz und dementsprechend vergrößert sich der Frequenzabstand von den drehzahl­ proportionalen Maschinenschwingungen.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Hebel besteht darin, daß man durch den Gabelstiel eine geometrische Verstärkung der von den beiden Gabelzinken bei Drehmo­ mentübertragung erzeugten Schrägstellung erhält. Da­ durch ergibt sich eine wesentliche Erhöhung der Anzei­ gegenauigkeit.

Schließlich zeichnen sich die Hebel durch ein in Radial­ richtung wirksames Gelenk an dem einen Zinkenende aus. Dieses Gelenk nimmt die Winkelbewegung zwischen den Be­ festigungspunkten der Gabelzinken an den sich relativ zueinander verdrehenden Teilen auf, wogegen diese Ver­ drehung bei dem bekannten System zu einer Verschränkung und unzulässigen Verformung führt. Daher kann beim An­ meldungsgegenstand mit einer relativ starken Relativ­ drehung zwischen den sich zueinander verdrehenden Tei­ len gearbeitet werden und hieraus resultiert ein grö­ ßeres Meßsignal. Der Anmeldungsgegenstand arbeitet da­ her erstens genauer und ist zweitens auch für kleinere Drehmomente geeignet.

Die erfindungsgemäßen Hebel können aus Federstahl oder ähnlichen Werkstoffen bestehen. Sie können aber auch aus drucksteifen Metallplättchen bestehen, wobei ihre Verbindung mit den sich relativ zueinander verdrehen­ den Teilen und mit dem Stellring über elastische Ge­ lenke erfolgen. Außerdem können die Hebel auch durch Ausfräsen eines Metallblockes hergestellt werden.

Zur Schwingungsdämpfung kann es noch zweckmäßig sein, die Hebel mit Dämpfungsmaterial zu kombinieren oder den Zwischenraum zwischen dem Geberring und einem sei­ ner axial unverschiebbaren Nachbarteile mit Dämpfungs­ material zu füllen.

Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der Geberring mit einem axial un­ verschiebbar an dem Maschinenelement festgelegten Re­ ferenzring korrespondiert und das die Axialposition des Geberringes relativ zum Referenzring meßbar ist.

Die Verwendung eines derartigen Referenzringes empfiehlt sich insbesondere dann, wenn das zu messende Maschinen­ teil starken Temperatureinflüssen und damit einherge­ henden Verlagerungen in Axialrichtung ausgesetzt ist. Diese axialen Verlagerungen, die sich zwangsläufig auch auf die Axialposition des Geberringes auswirken, würden das Meßergebnis verfälschen. Diese Verfälschung wird ausgeschlossen, in dem die Axialposition des Ge­ berringes nicht absolut, sondern relativ zu dem Refe­ renzring gemessen wird. Hierzu können an sich bekann­ te elektronische Meßeinrichtungen verwendet werden.

Der Referenzring kann mit einem der beiden sich rela­ tiv zueinander verdrehenden Teile verbunden oder mit einem dieser Teile identisch sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs­ beispieles näher beschrieben; dabei zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht in Axialrichtung auf eine Drehmomenteinrichtung;

Fig. 2 eine radiale Draufsicht auf die Meßeinrich­ tung nach Fig. 1 und

Fig. 3 einen Axialschnitt durch den oberen Teil der Meßeinrichtung nach Fig. 1.

Im Ausführungsbeispiel ist das Maschinenelement, an dem die Meßeinrichtung eingebaut ist, eine Riemenscheibe 50. Sie weist in ihrem Mittelbereich zahlreiche in Umfangs­ richtung aufeinanderfolgende Axialbohrungen 51 auf. Durch diese Querschnittsschwächung kommt es bei der Drehmoment­ übertragung zu einer elastischen Verlagerung in Umfangs­ richtung zwischen radial innerhalb und den radial außer­ halb der Bohrungen 51 liegenden Umfangsbereichen der Rie­ menscheibe. Diese Relativdrehung wird zur Bestimmung des durchgeleiteten Drehmomentes herangezogen. Die sich bei Drehmomentübertragung relativ zueinander verdrehenden Teile sind hier also einerseits durch den inneren Um­ fangsbereich 52, andererseits durch den äußeren Umfangs­ bereich 53 der Riemenscheibe 50 gebildet.

An diesen Umfangsbereichen sind stirnseits mehrere in Um­ fangsrichtung verteilte gabelförmige Hebel 155 montiert.

Wie man insbesondere in Fig. 2 sieht, besteht der gabel­ förmige Hebel 155 aus zwei parallel laufenden Zinken 155 a und 155 b, die mit den beiden sich relativ zueinander ver­ drehenden Teilen 52 und 53 verbunden sind. Da die Anlenk­ punkte dieser beiden Gabelzinken axial miteinander fluch­ ten, ist das innere Teil 52 über einen Winkelring 52 b nach außen gezogen bis etwa auf den Radius des äußeren Teiles 53. So kann der Hebel 155 mit seinen beiden Zin­ ken an einander zugewandten Planseiten der Teile 52 b und 53 montiert werden.

Das andere Ende des Hebels, also das Kopfstück oder der Gabelstiel ist an seinem freien Ende an einem Geberring 59 montiert und verschiebt diesen je nach dem zwischen den Teilen 52 und 53 sich einstellenden Drehwinkel und Drehrichtung mehr oder weniger stark in der einen oder anderen Axialrichtung.

Da die beschriebene Verdrehung zwischen den Teilen 52 und 53 auch zu einer Verschränkung der Anlenkpunkte der Gabelzinken 155 a und 155 b führt, ist einer der bei­ den Zinken, im Ausführungsbeispiel der Zinken 155 a über ein in Radialrichtung nachgiebiges Gelenk 155 c an dem Teil 52 b bzw. 53 befestigt.

Soll die Axialverschiebung des Geberringes 59 nicht ab­ solut, sondern bezogen auf eine Referenzfläche gemessen werden, so eignet sich hierfür der Winkelring 52 b. Er fluchtet, wenn kein Drehmoment übertragen wird, mit dem Ring 59.

Schließlich können zur Schwingungsdämpfung die Hebel mit Dämpfungsmaterial kombiniert oder der Zwischenraum zwi­ schen dem Stellring 59 und dem Winkelring 52 b mit ela­ stischen oder plastischen Massen ausgefüllt werden.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Messung des durch ein drehbares Maschinenelement hindurchgeleiteten Drehmomentes mittels zweier unter axialer und/oder radialer Di­ stanz mit diesem Maschinenelement verbundener Teile, die sich bei Durchleitung eines Drehmomentes durch das Maschinenelement relativ zueinander verdrehen, wobei die in Umfangsrichtung erfolgende Relativ­ drehung zwischen diesen beiden Teilen mittels mehre­ rer über den Umfang verteilter elastisch angelenkter Hebel in eine verstärkte Axialbewegung eines Stell­ ringes übersetzt und diese Axialbewegung als Maß für das übertragene Drehmoment gemessen wird, indem die Hebel an ihren Fußpunkten mit dem einen beziehungs­ weise dem anderen der beiden sich relativ zueinan­ der verdrehenden Teile und an ihrem anderen Ende mit dem Stellring verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (155) Gabelform aufweisen und an ihrem einen Ende zwei parallel zueinander verlaufende Zin­ ken (155 a, 155 b) tragen, die an ihren äußeren Enden mit dem einen bzw. dem anderen Teil (52 b, 53) ver­ bunden sind, daß einer der beiden Zinken (155 a) über ein in Radialrichtung nachgiebiges Gelenk (155 c) mit dem ihm zugeordneten Teil (52 b) verbunden ist daß die Zinken (155 a, 155 b) an ihren anderen Enden mit­ einander vereinigt sind und das andere Ende der Gabel über ein elastisches Gelenk (155 d) mit dem Stellring (59) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (155) aus Federstahl oder ähnlichen Werkstoffen bestehen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (155) aus drucksteifen Metallplättchen bestehen und ihre Verbindung mit den drehbaren Teilen (52 b, 53) und mit Stellring (59) über elastische Ge­ lenke erfolgt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (155) durch Ausfräsen eines Metallblockes hergestellt sind.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hebel (155) mit Dämpfungsmaterial kombiniert sind.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenraum zwischen dem Geberring (59) und einem seiner axial unverschiebbaren Nachbarteile (52 b) mit Dämpfungsmaterial gefüllt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberring (59) mit einem axial unverschiebbar montierten Referenzring (52 b) korrespondiert und daß die Axialposition des Geberringes (59) relativ zum Re­ ferenzring (52 b) meßbar ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzring (52 b) mit einem der beiden sich relativ zueinander verdrehenden Teile (52) verbunden ist oder mit einem dieser Teile identisch ist.