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Integrierender Torsionsmesser (Leistungszähler). Die Erfindung bezweckt
eine Verbesserung der vom Erfinder vor etwa 2o Jahren angegebenen integrierenden
Torsionsmesser, bei welchen das mittlere Drehmoment einer beliebigen Welle ohne
Meßfedern oder Unfer. brechung der Welle durch eine Art Planimeter aus den Augenblickswerten
der Verdrehung zweier Wellenquerschnitte gegeneinander selbsttätig integriert und
angezeigt wurde.
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Die bisher bekannten Ausführungsformen dieses vielseitigen Gerätes
werden durch kleine Erzitterungen (achsial und radial) der Welle beeinflußt, weil
die Integrierrolle auf dem umlaufenden Torsionsmesser, ihre zylindrische oder ebene
Gegenfläche,. auf der sie sich abrollt, dagegen im festen Raum gelagert ist. Auch
ergab sich eine verhältnismäßig hohe Gleit- oder Rollengeschwindigkeit der Rolle
und daher eine starke Abnutzung.
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Die vorliegende Erfindung beseitigt diese Mängel dadurch, daß auch
die genannte Gegenfläche auf einer der umlaufenden Torsionsmesserscheiben gelagert
ist und durch einen geeigneten Lbertragungsmechanismus proportional der Umdrehung
der Hauptwelle verlangsamt an der Planimeterrolle vorbeigedreht wird.
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Die früher stillstehende Gegenfläche führt also hier eine doppelte
Drehbewegung aus, erstens samt der Hauptwelle, zweitens gegenüber dieser. Ferner
ist dafür gesorgt, daß nach und nach die ganze Gegenfläche (nicht nur eine schmale,
mittlere Zone derselben) als Rollbahn für die Rolle dient; hierdurch wird örtliche
Abnutzung und Ungenauigkeit vermieden.
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Die Abb. i bis 3 stellen ein einfaches Schema des neuen Leistungsmessers
dar, und zwar Abb. i einen senkrechten Längsschnitt durch die hauptsächlichsten
Teile, Abb. 2 einen Schnitt nach der Linie A-A der Abb. i, Abb. 3 eine Seitenansicht.
Abb. 2 und 3 zeigen die Vorrichtung von rechts gesehen. Abb. ¢ ist teilweise ein
Schnitt durch eine Vorrichtung entsprechend Abb. i, jedoch mit radialer Achsenanordnung.
Abb.5 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt, ähnlich Abb.3, von zusätzlichen Verbesserungen
der Gegenfläche. Abb.6 und 7 sind Schnitte nach den Linien B-B und C-C der Abb.
5, von links gesehen. Abb. 8 und 9 sind vergrößerte Ansichten von Einzelheiten der
Abb. 5 bis 7. Abb. io und i i zeigen weitere Abänderungen der Vorrichtung nach Abb.
i. Abb. 12 und 13 stellen in Seitenansicht und auch teilweise im Schnitt
eine Verbesserung der Wälzrolle in Abb. i bis q. dar. Abb, i¢ gibt teils in Ansicht
und teils im Schnitt eine verbesserte Lagerung dcs Zählwerkes, Abb. 15 dasselbe
in anderer Ausführung. Alle nicht zur Erläuterung des Erfindungsgedankens nötigen
Teile sind weggelassen. In allen Abbildungen sind entsprechende Teile mit entsprechenden
Zittern bezeichnet.
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Das M--ßrohr i, 2 (Abb. i) eines Torsionsmessers ist bei i auf der
Welle 61l festgeklemmt und trägt anderseits einen Scheibenarm 2, dem der bei 3 auf
der Welle festgeklemmte Gegenarm 3, ¢ in bekannter Weise gegenübersteht. Bei eintretender
Verwindung der Welle W verschiebt (verdreht) sich Arm 2 gegen Arm q. (Abb. 2) und
bringt dadurch den Hebel 5, 7 durch ein Doppelgelenk 8, 6 zum Ausschlag. Dieser
Ausschlag wird durch eine Lenkstange 7, i o auf den Arm i o, i i der Rollengabel
12 übertragen, welche die auf der Achse 1,3 sitzende Planimeterrolle 14 trägt und
entsprechend dem Ausschlag der Hebel 5, 7 und i o, i i schrägstellt. Die Achse i
i der Rollengabel 12 ist im Arm 18, i 9 der Armscheibe q. gelagert.
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Abweichend von bekannten Ausführungsformen ist nun die hier beispielsweise
zylindrische Gegenfläche 2o (weiterhin kurz »Gegenfläche« genannt), die sich proportional
dem zurückgelegten Drehwinkel der Welle W an der Planimeterrolle 14 (weiterhin kurz
»Rolle:< genannt) relativ vorbeidrehen soll, an den Armen 19 und 3o, d. h. an
der gleichen Armscheibe q. wie die Rollengabel gelagert. Hierdurch wird genaueste
Rollendrehung, d. h. Leistungszählung, gewährleistet.
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Der Antrieb der Gegenfläche 2o proportional dem Drehwinkel der Welle
erfolgt z. B. durch das mit der Walzenachse 22 (Abb. i und 3) verbundene Zahnrad
21, das durch die bei 25 gelagerte Schneckenwelle 26, 27 und durch das Wälzrad 28
getrieben wird. Letzteres rollt sich beim Umlauf des Apparates auf dem festen Ring
31, 32 ab, der entweder die Welle W gleichachsig umgibt oder (nicht gezeichnet)
um das Meßrohr i, 2 herumgelegt sein kann. Der Ring 34 32 ist irgendwie mit dem
festen Raum außerhalb der Welle (z. B. Fundament, Lagerkörper o. dgl.) derart verbunden,
daß er am Umlauf mit der
Welle W verhindert ist-, er wird
weiterhin kurz »Festring:< genannt.
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Bei der älteren Anordnung wird die Rolle in radialer Richtung an die
Gegenfläche gepreßt, also . durch die Zentrifugalkräfte bei hohen Drehzahlen verschieden
stark abgehoben. Dieser störende Einfluß kann hier dadurch vermieden werden, daß
die Rolle senkrecht zum Radius, also z. B. achsial (Abb. t bis 4) oder tangential
oder in irgendeiner dazwischenliegenden Richtung, angedrückt wird. Die Meßgenauigkeit
hängt von der genauen Proportionalität der Walzendrehuilg vom Drehweg der Welle
W, d. h. dem der Armscheibe 4 und Wälzrolle a8, ab. Letztere kann daher vorteilhaft
als Zahnrad ausgebildet werden, das sich auf einer Verzahnung des Festringes 3 i
abrollt. Wegen der geringen Widerstände genügt jedoch ein Reibrad 28, insbesondere
wenn sein Umfang leicht aufgerauht oder gerändelt ist.
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In Abb. 12 und 13 ist für den Fall eines Reibrades 28, das während
eines Umlaufes der Welle W einen, zwei, drei oder mehr ganze Umläufe macht, eine
sehr einfache Korrektureinrichtung dargestellt, welche jeglichen Fehler infolge
Gleitung oder Abnutzung periodisch ausgleicht. Zu diesem Zwecke ist am Reibrad 28
ein Stift 8o befestigt, der eine Epizykloide beschreibt (s. Pfeile) und dort, wo
er dem Festring 31 am nächsten kommt, zwischen zwei (gegebenenfalls federnde) Korrektionszähne
81 eintritt, die die genaue Lage des Reibrades 28 immer Wieder herstellen. Solche
Korrektionszähne können auch an mehreren Stellen des Umfanges des Ringes 31 angebracht
sein. Statt der teuren Verzahnung der Umfänge der Teile 28 und 31 sind sonach nur
ein Zahn 8o am Rad 28 und ein oder auch zwei Zahnpaare 81 am Ring 31 vorzusehen.
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Abb. 5 bis i i zeigen Einrichtungen, die der hier als Walze ausgebildeten
Gegenfläche 2o nach und nach eine langsame achsiale Zusatzbewegung gegenüber der
PlanimeterrolIe 14 erteilen und dadurch verhindern, daß letztere sich allmählich
in die Walze 2o an einer Stelle eingräbt, wodurch die Leistungsmessung falsch werden
würde. Zwecks gleichmäßiger Ausnutzung der gesamten Walzenfläche wird nämlich die
Gegenfläche 2o entweder auf ihrer unverschieblich gelagerten Achse 22 achsial hin
und her geschoben (Abb.5 bis 10) oder mit ihrer Achse 22 fest verbunden und
zusammen mit ihr achsial verschoben (Abb. i i).
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In Abb.5 wird die Walze 2o durch die Führungsgabel 45, 46, 47 achsial
verschoben, die sich nach Abb. 6 einerseits an der Welle 22, anderseits an der Schraubenspindel
48 achsial führt. Letztere trägt z. B. nach Abb.8 ein Rechtsgewinde 55 und ein Linksgewinde
56, die an den Enden, z. B. bei 57, in einem Bogen ineinander übergehen, und wird
durch irgendeine starke Übersetzung ins Langsame, z. B. durch die doppelte Schnekkenradübersetzung
49, 5o, 54 52, 53 von der Walzenwelle 22 oder unmittelbar von der Schneckenwelle
26, 27 aus, langsam gedreht. In das Gewinde 55, 56 greift der um die Achse 6o schwingbare
Zahn 58 (Abb. 9), der am Gabelrahmen 45, 46, 47 sitzt und mit diesem auch die Walze
2o verschiebt. Ist der Zahn am Ende des einen Gewindes angelangt; so geht er durch
den Bogen 57 in das andere über und schiebt die Walze wieder zurück.
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Abb. i o stellt eine andere Ausführungsform desselben Gedankens dar.
Die Gewindespindel 48 ist hier in eine Bohrung der Walzenwelle 22 verlegt; auf ihr
führt sich also die Walze 20 mittels des Zahnes 58 in einem Schlitz 65 der Welle
22 hin und her. Die Spindel 48 wird hier von der Welle 22, z. B. durch eine mehrfache
Stirnradübersetzung 66, 67, 68, 69, 7o, langsam gedreht.
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Statt durch Gewindespindeln kann die Walze 2o auch beispielsweise
von einer sich langsam drehenden Scheibe 7 i (Abb. i i) aus achsial bewegt werden,
die entweder mit einer Kurvennut (nicht dargestellt) oder nach Abb. i i mit einer
Kurbel 72 versehen ist, die die Lenkstange 72, 73, 74 und damit z. B. den Hebel
75, 74, 76 hin und her bewegt, der durch Eingriff in die Ringnut bei 77 die Welle
22 und damit die Walze 20 langsam verschiebt.
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An Stelle der gezeichneten Einrichtungen zur Verschiebung der Gegenfläche
kann jede geeignete andere Einrichtung verwendet werden.
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Eine weitere Verbesserung des den Erfindungsgegenstand bildenden Leistungszählers
kann gemäß Abb. 14 dadurch erreicht werden, daß -das aus Zahnrädern, Zifferblättern
usw. bestehende Zählwerk für die Umdrehungen der Planimeterrolle 14 nicht, wie bekannt,
auf der im Betriebe ständig bewegten, z. B. um die Achse i i schwingenden Rollengabel
12 befestigt wird, wodurch bei größeren Ausführungen ungünstige Gewichts- und Massenwirkungen
entstünden, sondern an der Scheibe 4, etwa durch den Lagerarm 18 der Achse i i.
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Die Übertragung zwischen der Achse 13 der Planimeterrolle 14 kann
irgendwie durch sich drehende oder hin und her gehende Organe erfolgen, welche entweder
durch eine Bohrung der Gabelachse ii hindurchgehen oder bei genügendem Abstand zwischen
der Achse 13 und dem Zählwerk auch einfach am Achslager18 außen vorbeigehen können.
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In Abb. 14 geschieht die Übertragung durch eine kleine, auf der Achse
13 befestigte
Schnecke, welche ähnlich wie bei Planimetern in das
Schneckenrad 85 eingreift, von dem die Bewegung durch die Kugelgelenke 86 und 88;
die Wellen 87 und 89, die Zahnräder 9o und 9 i und die Welle 92 auf das Zählwerk
93, 94, 95 weitergeleitet wird. Da es sich um winzige Kräfte handelt, kann statt
der Kugelgelenkwellen auch eine einfache biegsame Welle verwendet werden.
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Abb. 15 stellt eine äquivalente Ausführung mit hin und her gehenden
Teilen dar. Auf der Achse 13 sitzt die Schnecke 15, die das mit einer
Kurbel 98 versehene Schneckenrad 8 5 antreibt und damit die Lenkstange 99, die Stoßstange
ioo, ioi, den auf dem Arm io5 gelagerten Schwinghebel io2, io3, io4 und damit die
ins Zählwerk eingreifende Stoßstange io6 hin und her bewegt.
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Statt der dargestellten Übertragungen zwischen Rolle und Zählwerk
kann jede andere Einrichtung sinngemäß Anwendung finden, z. B. elektrische Fernübertragung.
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Die bisher gegebenen Ausführungsbeispiele der Erfindung weisen als
Planimeter ein sogenanntes Rollenplanimeter auf, dessen Rollenachse jeweils um bestimmte
Winkel gedreht wird. Selbstverständlich kann aber auch jede andere Form der Integriervorrichtung
angewendet werden, z. B. die des sogenannten Scheibenplanimeters mit radial verschiebbarer
Rolle.
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Ferner kommt jede andere Form der Gegenfläche, der Antriebsvorrichtung
für diese, der Anzeige- und der Ablesevorrichtung usw. als gleichwertig für die
Verwirklichung des Erfindungsgedankens in Betracht.
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Insbesondere stellen die Abb. i, 2, 3, 14 und 15 nur eine eigenartig
einfache Anzeige-und Ableseeinrichtung dar nach einer anderen Erfindung des Erfinders.
Sie besteht einfach darin, daß die Zifferblätter 16 und 17 oder auch 93 und 94,
die hier mit der Welle schnell oder langsam umlaufen, nicht senkrecht zur Achse
(für achsiale Beschauung) angeordnet sind, wie bei optischen Meßapparaten mit umlaufenden
Skalen ausgeführt, sondern in Ebenen ungefähr parallel der Wellenachse, und zwar
derart, daß die Fläche des Zifferblatts in einzelnen Lagen (etwa oben und unten)
gerade auf den Beschauer hin oder von ihm weg rotieren (16 und 17 in Abb.
i oben, 93 und 94 in Abb. 14 und i5). Dies hat die vorteilhafte Wirkung, daß dann
die Skala vom stillstehenden Beobachter mit unbewaffnetem Auge abgelesen werden
kann.
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In schwierigen Fällen kann diese Wirkung durch Anordnung eines oder
mehrerer Spiegel (33, 34 in Abb. i und 2) unterstützt werden, die so ausgerichtet
sind, daß das Bild der Zifferblätter ungefähr im Wellenmittel erscheint, also nur
eine kleine Bewegung, halb auf den Beschauer zu, halb von ihm weg, auszuführen erscheint.
Der Strahlengang ist in Abb. 2 durch Linien 3 5 mit Pfeilen angedeutet.