DE4305914C1 - Brems- und/oder Treibdynamometer mit Erfassung der Querkraft - Google Patents
Brems- und/oder Treibdynamometer mit Erfassung der QuerkraftInfo
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Description
Aus der DE-C-29 47 696 ist ein Brems- oder Treibdynamo
meter bekannt, bei dem der Stator und der Rotor eine
Einheit bilden, wobei der Rotor unmittelbar im Stator
gelagert ist. Der Stator selbst ist an einer Achse
pendelnd aufgehängt, die in einem Gestell oder Funda
ment starr gehalten ist. Diese Achse bildet eine
rotatorische oder Schwenkachse, die parallel zu der
Achse des Rotors verläuft und bezüglich der die aus
dem Rotor und dem Stator gebildete Einheit schwenken
kann, wenn an dem Rotor von einem Prüfling ein Dreh
moment eingeleitet oder von dem Rotor an den Prüfling
abgegeben wird. Unterhalb des Stators befindet sich
eine Kraftmeßeinrichtung, durch die der Stator bezüg
lich der Pendelachse in seiner Ruhelage gefesselt ist,
in der sich der Schwerpunkt der pendelnd aufgehängten
Teile lotrecht unterhalb der Pendelachse befindet.
Aufgrund dieser Anordnung bleiben die Hebelarme konstant
und aus dem Hebelverhältnis, das sich aus dem Abstand
der Rotorachse von der Pendelachse bzw. dem Abstand der
Pendelachse von dem Angriffspunkt der Meßeinrichtung
ergibt, läßt sich das Drehmoment berechnen, das an der
Rotorachse beim Vermessen des Prüflings auftritt.
Die Praxis hat gezeigt, daß diese Anordnung sehr
genau zu messen in der Lage ist, wobei der gerätetechni
sche Aufwand verhältnismäßig gering ist. Insbesondere
treten bei dieser Anordnung fast keine hysteresebedingten
Meßfehler auf, die durch Lagerreibung hervorgerufen
werden. Auch wird das Meßergebnis nicht durch die Lager
reibung verfälscht, die in den Lagern auftritt, mit
deren Hilfe der Rotor in dem Stator gelagert ist. Die
Lagerreibung dieser Lager erzeugt ein Grundlastmoment,
das mit Hilfe der Kraftmeßeinrichtung bereits erfaßt
wird.
An der Kraftmeßeinrichtung entstehen aber nicht nur
Kräfte infolge des an dem Rotor auftretenden Drehmo
mentes, sondern auch dann, wenn z. B. aufgrund von Fluch
tungsfehlern zwischen der Welle des Rotors und der
Welle des Prüflings Querkräfte entstehen, die eine
Komponente parallel zu der Meßrichtung der Kraftmeß
einrichtung haben. Durch diese Querkräfte kön
nen Kräfte an der Kraftmeßeinrichtung zustandekommen,
die ein Drehmoment simulieren und somit das Meßer
gebnis, das an sich aufgrund des von dem Rotor ab
gegebenen oder aufgegebenen Drehmoments erzeugt wer
den soll, verfälschen. Solche Fehler können auch dann
entstehen, wenn zwischen dem Prüfling und dem Rotor
Universalgelenke angeordnet sind.
Beim Einleiten eines Drehmomentes in das Dynamometer gemäß
der DE-C-29 47 696 wird der Stator um die Pendelachse ver
schwenkt. Dabei verändert die Rotorwelle ihre Lage im
Raum, wodurch Fluchtungsfehler zwischen der Rotorwelle und
der Welle des Prüflings entstehen. Zur Vermeidung dieser
Art von Fluchtungsfehlern ist es aus der DE-PS 30 06 310
bekannt, den Stator in zwei elastischen Lagern zu haltern.
Die Federkonstante der elastischen Lager ist an die Feder
konstante der Kraftmeßeinrichtung und die jeweils zugehö
rigen Hebelarme angepaßt, so daß unabhängig von dem einge
leiteten Drehmoment die Rotorwelle ihre Lage im Raum bei
behält.
Zur Erzielung desselben Zweckes ist es auch bekannt, den
Rotor nur in einem einzigen elastischen Kugelgelenk zu
haltern und ihn mittels einer Parallelogrammführung mit
dem Fundament zu verbinden, damit er keine Drehbewegung um
die Hochachse ausführen kann.
Die bekannten Dynamometer umfassen jedoch nur eine einzige
Kraftmeßeinrichtung, so daß es unmöglich ist, den Einfluß
der Querkräfte und das Drehmoment, mit dem das Dynamometer
von dem Prüfling beaufschlagt wird, in dem Meßergebnis der
Kraftmeßeinrichtung zu trennen. In das Meßergebnis gehen
daher neben dem Drehmoment auch unbekannte Querkräfte ein.
Analoges gilt für den umgekehrten Fall, in dem das Dynamo
meter den Prüfling mit einem Drehmoment beaufschlagt.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, ein
Brems- oder Treibdynamometer zu schaffen, bei dem Fluch
tungsfehler zwischen dem Prüfling und der Welle des Ro
tors nicht zu Verfälschungen des Meßergebnisses führen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Brems- und/
oder Treibdynamometer mit den Merkmalen des Anspruches
gelöst.
Bei dem neuen Brems- und/oder Treibdynamometer ist wiederum
eine pendelnde Aufhängung der aus Rotor und Stator gebil
deten Einheit vorgesehen. Jedoch ist bei dem neuen Dyna
mometer die Gelenkeinrichtung, mit deren Hilfe diese
Einheit pendelnd aufgehängt ist, derart gestaltet, daß
zusätzlich zu der Pendelachse ein weiterer Freiheitsgrad vor
handen ist. Dieser weitere Freiheitsgrad ermöglicht
zusammen mit der zweiten Kraftmeßeinrichtung, die in
geeigneter Weise angeordnet ist, auch die zusätzlich an
dem Rotor auftretenden Querkräfte zu erfassen, so daß
das von der ersten Kraftmeßeinrichtung gelieferte Meß
signal beispielsweise in einer nachgeschalteten Aus
werteelektronik, beispielsweise einem PC, um jene Kräfte
korrigiert werden kann, die nicht auf das Drehmoment
am Rotor zurückzuführen sind, sondern von den Quer
kräften herrühren. Somit ist auch im Falle einer Ver
spannung zwischen Prüfling und Dynamometer eine prak
tisch fehlerfreie Messung möglich.
Um diese störenden Querkräfte zu erfassen, kann
der weitere Freiheitsgrad in einer zusätzlichen Schwenk
achse liegen, die z. B. vertikal verläuft, oder durch eine
translatorische Achse gebildet sein, wobei in jedem
Falle mit Hilfe der zusätzlichen Meßeinrichtung die
Kraft ermittelt wird, mit der die am Rotor eingespeiste
Querkraft bestrebt ist, die Einheit aus Rotor und Stator
bezüglich dieser zusätzlichen Achse zu bewegen. Bei entspre
chender Anordnung ist der von der zweiten Kraftmeßein
richtung ermittelte Wert null, wenn an der Rotorachse
keine Querkraft auftritt, und zwar auch dann, wenn an
dem Rotor ein Drehmoment aufgenommen oder abgegeben wird.
Dabei kann, um die Lagerreibungen und die Belastungen
der Gelenkeinrichtung gering zu halten, gegebenenfalls
ein Lenker verwendet werden, um die Lage des Stators
im Raum zu stabilisieren, ohne daß Biegekräfte von der
Gelenkeinrichtung übertragen werden müssen, denn Biege
kräfte würden unnötig die Baulänge der Gelenkeinrich
tung vergrößern bzw. die Reibung in den gegeneinander
beweglichen Teilen der Gelenkeinrichtung vergrößern.
Beispielsweise kann hierzu zweckmäßigerweise der Lenker
rechtwinklig zu der Ebene verlaufen, in der die erste
Kraftmeßeinrichtung mißt, d. h. jener Ebene, die durch
die Kraftmeßrichtung der ersten Meßeinrichtung und die
die vertikale Schwenkachse rechtwinklig schneidende Rotorachse
aufgespannt ist.
Je nach den räumlichen Verhältnissen können die beiden
Kraftmeßeinrichtungen auf der gleichen oder auf unter
schiedlicher Höhe messen. In jedem Falle mißt die zweite
Meßeinrichtung längs einer Geraden, die parallel zu der
Meßrichtung der ersten Kraftmeßeinrichtung verläuft und einen radialen
Abstand von der vertikalen Schwenkachse hat.
Eine andere Art der Aufhängung des Stators ist beispiels
weise eine Zweipunktaufhängung, wobei ein Aufhängungs
punkt von der Gelenkeinrichtung und der andere Aufhän
gungspunkt von einem Lenker gebildet ist, wobei die
erste Kraftmeßeinrichtung unterhalb der Gelenkeinrich
tung, also wiederum in einer Ebene mißt, die von der
Meßrichtung der ersten Kraftmeßeinrichtung und der
vertikalen Schwenkachse aufgespannt ist, während die
andere Kraftmeßeinrichtung zur Erfassung der Querkraft
an dem Lenker oder an einer beliebigen anderen Stelle
des Stators die auftretende Kraft erfaßt.
Schließlich ist es im Falle der Ausbildung der weiteren
Achse als translatorische Achse möglich, beide Kraft
meßeinrichtungen in derselben Ebene wiederum höhenver
setzt gegeneinander messen zu lassen, um aus dem un
terschiedlichen Meßwert auf die Querkraft bzw. das
Drehmoment zu schließen. Dabei werden die Verhältnisse
besonders einfach und übersichtlich, wenn die beiden
Kraftmeßeinrichtungen den gleichen radialen Abstand von
der Drehachse des Rotors haben und der eine Meßangriffs
punkt oberhalb und der andere Meßangriffspunkt unterhalb
der Rotorachse liegt. In einem solchen Fall erzeugen
die beiden Kraftmeßeinrichtungen, wenn sie im gleichen
Drehsinn messen, dieselbe Anzeige bei der Einspeisung
eines Drehmomentes am Rotor, während eine Querkraft
Anzeigen mit entgegengesetztem Vorzeichen erzeugt.
Sinngemäß das Umgekehrte gilt selbstverständlich, wenn
beide Kraftmeßeinrichtungen in derselben Richtung die
auftretende Kraft erfassen.
In diesem Falle wird die translatorische Achse entweder
durch Geradführungen erreicht oder beispielsweise, indem
der wiederum hängende Stator mit seiner Pendelachse
in Lenkern aufgehängt ist, die auf dem Fundament ste
hen, wobei beispielsweise die zweite Kraftmeßeinrich
tung die Ruhelage sicherstellt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfin
dung jeweils in stark schematisierter Form dargestellt.
Es zeigt
Fig. 1 ein Dynamometer, das mit Hilfe einer Gelenkein
richtung und eines Lenkers aufgehängt ist, wo
bei die vertikale Schwenkachse hinter dem Dyna
mometer, gesehen aus der Richtung des Prüflings,
verläuft, in einer Seitenansicht,
Fig. 2 das Dynamometer nach Fig. 1 in einer Ansicht von
vorne aus der Sicht des Prüflings,
Fig. 3 eine andere Art der Aufhängung des Dynamometers
in einer Seitenansicht,
Fig. 4 die Anordnung nach Fig. 3 in einer Ansicht aus
der Sicht des Prüflings,
Fig. 5 ein Dynamometer, bei dem die weitere Achse eine
translatorische Achse ist, in einer Stirnan
sicht und
Fig. 6 in noch weiter schematisierter Form die Drauf
sicht auf die Anordnung nach Fig. 5 unter Ver
anschaulichung der Lage der zusätzlichen Kraft
meßeinrichtungen.
In Fig. 1 ist ein Brems- oder Treibdynamometer 1 veran
schaulicht, das einen Stator 2 mit zwei stirnseitig
angeordneten Lagerschilden 3, 4 aufweist. Innerhalb des
Stators 2 befindet sich drehbar ein Rotor 5, dessen
Rotorwelle 6 in Lagern 10 drehbar gelagert ist, die in
den Lagerschilden 3, 4 sitzen. An der Rotorwelle 6
ist mit Hilfe wenigstens eines Universalgelenkes 7 eine
Ausgangswelle 8 eines nicht weiter gezeigten Prüflings
drehfest angekuppelt.
Der Stator 2 hängt mit Hilfe zweier Verbindungsglieder
9 an einem horizontal verlaufenden Balken 11. Dieser
Balken 11 verläuft parallel und im Abstand zu einer
Rotationsachse 12 der Rotorwelle 6. Der Balken 11 ist
an seinem in Fig. 1 rechten Ende an einer Gelenkein
richtung 13 gelagert, deren anderes Ende an einem
Fundament oder Gestell 14 ortsfest angebracht ist.
Das andere Ende des Balkens 11 hängt gelenkig mit Hilfe
eines Gelenkes 15 an einem vertikal nach unten hängen
den Lenker 16, dessen oberes Ende über ein weiteres
Gelenk 17 mit dem Fundament oder Gestell 14 verbunden
ist. Die Gelenkeinrichtung 13 und das Gelenk 15 de
finieren eine horizontal verlaufende Achse 18, die
eine Pendelachse ist, um die die von dem Rotor 5 und
dem Stator 2 gebildete Achse pendeln kann. Diese Pen
delachse 18 verläuft parallel und im Abstand zu der
Rotationsachse 12.
Die Gelenkeinrichtung 13 ist derart gestaltet, daß
nicht nur der Freiheitsgrad entsprechend der Pendel
achse 18 vorhanden ist, sondern es gibt wenigstens
noch einen zweiten Freiheitsgrad in Gestalt einer
vertikal verlaufenden Schwenkachse 19, die, wie ange
deutet, die Pendelachse 18 rechtwinklig schneidet.
Unterhalb der Gelenkeinrichtung 13 sitzt auf dem Ge
stell oder dem Fundament 14 ortsfest eine erste Kraft
meßeinrichtung 21. Deren bewegliches Teil ist über ein
Verbindungsglied 23 mit einer Strebe 22 beweglich ver
bunden, die starr an dem Stator 2 angebracht ist. Da
bei ist die Anordnung so getroffen, daß die durch das
Verbindungsglied 23 definierte Meßrichtung der ersten
Kraftmeßeinrichtung 21 auf einer Geraden liegt, die
rechtwinklig zu der Pendelachse 18 und in einem defi
nierten radialen Abstand hiervon verläuft. Die Schwenk
achse 19 geht durch ein Verbindungsgelenk 24, an dem
die Strebe 22 mit dem Verbindungsstück 23 gekuppelt
ist. Auf diese Weise können auf das Verbindungsstück
23 im wesentlichen nur Kräfte übertragen werden,
deren Wirkrichtung parallel zu der Richtung des Ver
bindungsstücks 23 liegen. Diese Richtung steht im übri
gen senkrecht auf einer Ebene, die durch die Rotations
achse 12 und die Pendelachse 18 definiert ist.
Eine zweite Kraftmeßeinrichtung 25, die ebenfalls auf
dem Fundament 14 befestigt ist, greift über ein Ver
bindungsglied 26 an dem Gelenk 15 an, wobei wiederum
die Anordnung so getroffen ist, daß das Verbindungs
glied 26 im Ruhezustand mit dem Lenker 16 einen rech
ten Winkel einschließt.
In den Figuren sind die beiden Kraftmeßeinrichtungen 21
und 25 auf unterschiedlichen Seiten bezüglich der durch
die Rotationsachse 6 und die Pendelachse 11 definier
ten Ebene angeordnet. Diese Anordnung hat lediglich
auf das Vorzeichen einen Einfluß, jedoch nicht auf
die sonstige Funktionsweise, und ist somit in das Be
lieben des Konstrukteurs gestellt.
Mit der gezeigten Anordnung ist es möglich, nicht nur
das an der Rotorwelle 6 auftretende Drehmoment bezüg
lich der Rotationsachse 12 zu messen, sondern auch die
jenigen Komponenten der an der Rotorwelle 6 auftre
tenden Querkräfte zu messen, die zu einer Verfälschung
des Meßergebnisses führen können.
Zunächst einmal sei angenommen, daß der Prüfling über
seine Ausgangswelle 8 in den Rotor 5 lediglich ein
Drehmoment einleitet und die Verbindung aus dem Stator
2, der Strebe 22 und dem Balken 11 als steif bei den
auftretenden Kräften angenommen wird. Weiterhin gilt,
daß die zur Kraftmessung durch die Kraftmeßeinrichtung
21 erforderliche Auslenkung bezüglich der Pendelachse
18 so klein ist, daß ohne Erzeugung eines nennenswer
ten Fehlers mit konstantem Abstand zwischen der Pendel
achse 18 und dem Verbindungsglied 23 gerechnet wer
den kann. Unter diesen Umständen gilt:
M = L₁ · F₁+(L₂-L₁) · F₂,
wobei L₁ der Abstand zwischen der Pendelachse 18 und
der Rotationsachse 12, L₂ der Abstand der Pendelachse
18 von dem Verbindungsglied 23, F₁ die Querkraft an
der Pendelachse 18 und F₂ die an der Kraftmeßeinrich
tung 21 auftretende Querkraft ist. Da keinerlei wei
tere Kräfte in die Rotorwelle 6 eingeleitet werden,
müssen die Kräfte F₁ und F₂ gleich sein, so daß die
obige Gleichung umgeschrieben werden kann in:
M = F₂·L₂.
Das an der Rotorwelle 6 auftretende Moment ist also im
fehlerfreien Zustand der von der ersten Kraftmeßein
richtung 21 gemessenen Querkraft proportional, wobei
der Proportionalitätsfaktor der Hebelarm L₂ ist.
Dabei wurde ferner angenommen, daß die Meßrichtung der
Kraftmeßeinrichtung 21 auf der durch die Pendelachse
18 und die Rotationsachse 12 definierten Ebene senkrecht
steht.
Wie die Figur unschwer erkennen läßt, erfaßt die Kraft
meßeinrichtung 21 nicht nur Drehmomente, die an dem Ro
tor 5 auftreten, sondern auch ohne das Vorhandensein
von Drehmomenten Querkräfte, die auf der Zeichenebene von
Fig. 1 senkrecht stehen. Wenn angenommen wird, daß die an
der Rotorwelle im Universalgelenk 7 eingeleitete
Querkraft Q senkrecht zu der Zeichenebene eine
bestimmte Größe hat, so ist diese Kraft bestrebt,
den Stator 2 sowohl bezüglich der Pendelachse
18 als auch bezüglich der vertikalen Schwenkachse 19
zu verschwenken. Sie erzeugt folglich an der Kraftmeß
einrichtung 21 die Kraft
F = Q·L₁/L₂.
Falls eine solche Querkraft auftritt, müßte um diesen
Wert F beim Messen jene Anzeige korrigiert werden, die
die Kraftmeßeinrichtung 21 liefert, um das wahre Dreh
moment M an der Rotorwelle 6 zu erhalten. Um diese Quer
kraft zu ermitteln, ist die zweite Kraftmeßeinrichtung
25 vorgesehen, die diese Kraft Q unmittelbar anzeigt.
Die auftretende Querkraft Q ist, wie bereits oben er
wähnt, bestrebt, den Stator 2 bezüglich der Schwenkachse
19 zu verdrehen. Wenn nun das Universalgelenk 7 sich
in derselben vertikalen Ebene befindet, die auf der
Rotationsachse 12 senkrecht steht und in der das Ver
bindungsglied 26 liegt, treten keine zusätzlichen Mo
mente auf, und die von der Kraftmeßeinrichtung 25 ermit
telte Kraft ist gleich der an dem Universalgenlenk 7 auf
tretenden Querkraft Q. Damit braucht nur die Anzeige
bzw. das Ausgangssignal der Kraftmeßeinrichtung 25 unter Berücksichtigung des Hebelverhältnisses L₁/L₂ vor
zeichenrichtig zu dem Ausgangssignal der Kraftmeßein
richtung 21 hinzuaddiert zu werden, um eine Kraftan
zeige zu erhalten, die ausschließlich dem an dem Rotor 5
auftretenden Drehmoment proportional ist, wobei unter
Drehmoment jenes Drehmoment verstanden werden soll, das
bestrebt ist, den Rotor 5 um seine Rotationsachse 12
zu drehen.
Falls sich das Universalgelenk 7 nicht unmittelbar un
terhalb der Kraftmeßeinrichtung 25 befindet, muß eine
entsprechende Korrektur gemäß den Hebelverhältnissen
angebracht werden.
In den Fig. 3 und 4 ist eine andere Art der Aufhängung
des Brems- und Treibdynamometers 1 veranschaulicht, wo
bei ebenfalls eine Erfassung der Querkräfte möglich
ist, die zusätzlich an der Rotorwelle 6 eingeleitet
werden und die das Meßergebnis verfälschen könnten. In
den Fig. 3 und 4 sind bereits beschriebene Bauteile
mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Gelenkeinrichtung 13 befindet sich bei der Ausfüh
rungsform nach Fig. 3 etwa mittig über dem Stator 2,
so daß lediglich ein Verbindungsstück 9 erforderlich
ist. Unmittelbar unterhalb, also in Verlängerung des
Verbindungsstücks 9, befindet sich die Streben 22, an der
über das Verbindungsglied 23 die erste Kraftmeßein
richtung 21 an dem Stator 2 angelenkt ist, wo
bei die Strebe 22 mit dem Stator 2 starr verbunden ist.
Ein an der Strebe 22 angelenkter Lenker 27 liegt paral
lel zu der Rotationsachse 12 und ist andernends ebenfalls
an dem Fundament 14 abgestützt. Hierdurch wird erreicht,
daß wiederum die durch die Gelenkeinrichtung 13 verlau
fende Pendelachse 18, die parallel und im Abstand zu der
Rotationsachse 12 verläuft, und die Schwenkachse 19 entsteht,
die auch durch die Gelenkeinrichtung 13 sowie die Strebe 22
hindurchführt. Der Stator 2 hat damit bezüglich des Funda
mentes zwei Freiheitsgrade, nämlich er kann sich um die
vertikale Schwenkachse 19 drehen und bezüglich der Pen
delachse 18 pendeln. Weitere Bewegungen sind nicht mög
lich.
Die zweite Kraftmeßeinrichtung 25 greift bei dieser An
ordnung über das Verbindungsglied 26 an eine Strebe 28
an, die starr mit dem Stator 2 verbunden ist. Ihre Lage
ist weitgehend gleichgültig, doch muß ihr von dem Sta
tor 2 abliegendes Ende einen radialen Abstand von der
Schwenkachse 19 haben und möglichst in einer Ebene lie
gen, die senkrecht auf der Zeichenebene steht und die
Schwenkachse 19 enthält. Die Meßeinrichtung der zweiten Kraft
meßeinrichtung 25 liegt hier auf einer Geraden, die in radia
lem Abstand an der vertikalen Achse 19 vorbeiführt und zu
dieser rechtwinklig liegt. Außerdem ist die Gerade achs
parallel zu der Pendelachse 18.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ermittelt sich das an
dem Rotor 5 auftretende Drehmoment, wie dies oben für
das Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 erläu
tert ist. Die an der zweiten Kraftmeßeinrichtung 25
auftretende Kraft infolge einer an der Rotorwelle 6
auftretenden Querkraft Q gehorcht der Gleichung:
F = Q·L₃/L₄
wobei L₃ der Abstand des Universalgelenkes 7 von der
vertikalen Schwenkachse 19 und L₄ der Abstand der
Schwenkachse 19 von der Meßebene der zweiten Kraftmeß
einrichtung 25 ist. Die Größen L₁ und L₂ sind, wie vor
her, definiert.
Wie die Fig. 5 und 6 zeigen, ist das Messen nicht nur
bei solchen Aufhängungen möglich, bei denen die Gelenk
einrichtung zwei rotatorische Achsen als Freiheitsgrade
aufweist, sondern es sind auch Lagerungen möglich, bei
denen die Gelenkeinrichtung einen Freiheitsgrad in Ge
stalt einer rotatorischen und einen weiteren Freiheits
grad in Gestalt einer translatorischen Achse aufweist.
Auch bei dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sind
wieder dieselben Bezugszeichen für einander entsprechen
de Teile verwendet.
Der Stator 2, in dem der Rotor 5 mit seiner Drehachse 6
drehbar gelagert ist, hängt pendelnd mit Hilfe zweier
im Abstand zueinander angeordneter Verbindungsstreben 9
an dem Balken 11. Hierzu sitzen an den starr mit dem
Stator 2 verbundenen Verbindungsstreben 9 Büchsen 31,
die auf dem Balken 11 drehbar sind. Der Balken 11 selbst
ist endseitig in zwei Schiebeführungen 32 gelagert, die wie
derum mit dem Gestell oder Fundament 14 verbunden
sind. Die durch die Schiebe- oder Längsführungen 32
definierte translatorische Achse liegt horizontal und
rechtwinklig zu der durch den Balken 11 definierten
Pendelachse 18.
An den Balken 11 greifen in der Nähe der beiden Schiebe
führungen 32 über Verbindungsglieder 23a und 23b zwei
Kraftmeßeinrichtungen 25a und 25b an. Diese Kraftmeß
einrichtungen 25a und 25b sind, wie vorher, orts- oder
gestellfest gehaltert.
Die erste Kraftmeßeinrichtung 21 ist unterhalb des Sta
tors 2 an dem Fundament oder Gestell 14 gehaltert und,
wie vorher, über das Verbindungsglied 23 mit einer senk
recht nach unten weisenden Strebe 22 gelenkig verbunden.
Diese Anordnung hat den wesentlichen Vorteil, daß, wenn
das Moment aus der Federkonstanten der Kraftmeßeinrich
tung 21 und dem wirksamen Hebelarm, gemessen ab der
Rotationsachse 12 gleich dem Moment ist, das, aufgrund
der ihnen eigenen Federkonstanten, die beiden Kraftmeß
einrichtungen 25a und 25b multipliziert mit deren wirk
samem Hebelarm erzeugen, keine seitliche Bewegung
des Stators 2 zustandekommt, wenn an der Rotorwelle 6
ein Drehmoment eingeleitet wird.
Die Querkraft ergibt sich hierbei aus der Differenz der
Anzeigen der Kraftmeßeinrichtung 21 einerseits und der
Kraftmeßeinrichtungen 25a, 25b andererseits, während das
Drehmoment der Summe der Anzeigen proportional ist.
Schließlich haben alle gezeigten Anordnungen den Vor
teil, daß das Verlustmoment, das die Gelenkwelle auf
weist, über die der Prüfling mit der Rotorwelle 6 ge
kuppelt ist, einfach berücksichtigt werden kann. Es
läßt sich durch Rechnung und durch Experimente zeigen,
daß bei Verwendung einer Gelenkwelle mit zwei Universal
gelenken 7, die Z-förmig gekröpft ist, wobei Antriebs-
und Abtriebsseite zueinander achsparallel sind, ein
Verlustmoment ergeben, das gleich dem Produkt aus dem
Achsversatz der Gelenkwelle multipliziert mit einer
gemessenen Kraft ist, die senkrecht auf der durch die
Z-förmige Kröpfung definierten Ebene steht. Es leuch
tet ohne weiteres ein, daß, wenn diese Ebene so ange
ordnet ist, daß sie mit der durch die Pendelachse 18
und die Rotationsachse 16 definierten Ebene zusammen
fällt, die durch die Kröpfung erzeugte vorerwähnte Kraft
der oben erläuterten Querkraft entspricht, die mit Hilfe
der zusätzlichen zweiten Kraftmeßeinrichtung 25 erfaßt
wird.
Die Ausführungsbeispiele nach den Fig. 1 bis 4 unter
scheiden sich von dem Ausführungsbeispiel nach den
Fig. 5 und 6 im wesentlichen in dem Umstand, daß bei
den erstgenannten Ausführungsbeispielen mit Hilfe
der Kraftmeßeinrichtung 25 aufgrund der besonderen
Anordnung nur die eingeleitete Querkraft ermittelt
wird, während die Kraftmeßeinrichtung 21 sowohl die
Querkraft als auch eine dem eingeleiteten Drehmoment
proportionale Kraft anzeigt. Bei dem letzten Ausfüh
rungsbeispiel dagegen messen beide Kraftmeßeinrich
tungen 21 und 25 sowohl das auftretende Drehmoment als
auch eventuell eingeleitete Querkräfte und aus dem Un
terschied der gelieferten Anzeigen wird auf die auf
tretende Querkraft geschlossen. Insoweit mißt die Kraft
meßeinrichtung 25 bei den ersten beiden Ausführungsbei
spielen die Querkraft praktisch unmittelbar, während
bei dem letzten Ausführungsbeispiel die Kraftmeßein
richtungen 25a und 25b die auftretende Querkraft nur
mittelbar erfassen und auch die Anzeige der Kraftmeß
einrichtung 21 benötigt wird, um die Querkraft zu be
rechnen.
Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen war, wie
sich aus der Figurenbeschreibung ergibt, durchweg da
von ausgegangen worden, daß der nicht veranschaulichte
Prüfling ortsfest an dem Fundament oder Gestell 14
befestigt ist und die pendelnd aufgehängte Einheit aus
dem Stator 2 und dem Rotor 5 für den Prüfling die
Leistungsquelle oder Leistungssenke darstellt. Bei be
stimmten Anwendungen kann es aber sinnreich sein,
den Motor/Generator, der für den Prüfling Leistungsquelle
oder Leistungssenke bildet, ortsfest in dem Gestell 14
zu haltern und statt dessen den Prüfling über die Gelenk
einrichtung 13 pendelnd aufzuhängen. Der in den Figuren
gezeigte Stator 2 und der zugehörige Rotor 5 würden
dann beispielsweise zum Stator und Anker des Prüflings
werden, sofern es sich bei dem Prüfling um eine elektri
sche Maschine handelt. Auf die Funktionsweise der Quer
krafterfassung hat es keinen Einfluß, ob der Prüfling
pendelnd aufgehängt ist oder die den Prüfling treiben
de oder bremsende Leistungsquelle bzw. Leistungssenke.
Claims (16)
1. Brems- und/oder Treibdynamometer (1),
mit einer aus einem Stator (2) und einem Rotor (5) gebildeten Einheit, deren Rotor (2) mit einem Prüf ling drehfest kuppelbar und in Lagern (10) gelagert ist, die an dem Stator (2) befestigt sind,
mit wenigstens einer wenigstens zwei Freiheitsgrade aufweisenden Gelenkeinrichtung (13), über die der Stator (2) in einem Gestell oder an einem Fundament (14) so aufgehängt ist, daß der Einheit aus Stator (2) und Rotor (5) Bewegungen mit zwei Freiheitsgraden mög lich sind, wobei eine erste Achse (18) der Gelenkeinrichtung (13) parallel und im Abstand zu der Rotorachse (12) verläuft und eine Schwenkachse ist, während eine zweite Achse der Gelenkeinrichtung (13) unter einem Winkel zu der ersten Achse (18) liegt,
mit einer ersten zum Ermitteln eines Drehmomentes (M) bezüglich der ersten Achse (18) vorgesehenen Kraft meßeinrichtung (21) die hierzu eine Kraft in einer Ebene mißt, die die Rotorachse (12) senkrecht schnei det, und die sich an dem Gestell oder Fundament (14) abstützt, sowie
mit wenigstens einer zweiten Kraftmeßeinrichtung (25), um die parallel zu der Meßrichtung der ersten Kraftmeßeinrichtung (21) liegende Komponente von sol chen an den Rotor (5) angreifenden Querkräften (Q) zu mindest mittelbar zu erfassen, die nicht nur infolge des an den Rotor (5) auftretenden Drehmomentes entstehen.
mit einer aus einem Stator (2) und einem Rotor (5) gebildeten Einheit, deren Rotor (2) mit einem Prüf ling drehfest kuppelbar und in Lagern (10) gelagert ist, die an dem Stator (2) befestigt sind,
mit wenigstens einer wenigstens zwei Freiheitsgrade aufweisenden Gelenkeinrichtung (13), über die der Stator (2) in einem Gestell oder an einem Fundament (14) so aufgehängt ist, daß der Einheit aus Stator (2) und Rotor (5) Bewegungen mit zwei Freiheitsgraden mög lich sind, wobei eine erste Achse (18) der Gelenkeinrichtung (13) parallel und im Abstand zu der Rotorachse (12) verläuft und eine Schwenkachse ist, während eine zweite Achse der Gelenkeinrichtung (13) unter einem Winkel zu der ersten Achse (18) liegt,
mit einer ersten zum Ermitteln eines Drehmomentes (M) bezüglich der ersten Achse (18) vorgesehenen Kraft meßeinrichtung (21) die hierzu eine Kraft in einer Ebene mißt, die die Rotorachse (12) senkrecht schnei det, und die sich an dem Gestell oder Fundament (14) abstützt, sowie
mit wenigstens einer zweiten Kraftmeßeinrichtung (25), um die parallel zu der Meßrichtung der ersten Kraftmeßeinrichtung (21) liegende Komponente von sol chen an den Rotor (5) angreifenden Querkräften (Q) zu mindest mittelbar zu erfassen, die nicht nur infolge des an den Rotor (5) auftretenden Drehmomentes entstehen.
2. Brems- und/oder Treibdynamometer (1),
mit einer in einem Gestell oder an einem Fundament orstsfest angebrachten Antriebs- oder Bremseinrich tung für einen eine drehbare Welle aufweisenden Prüf ling,
mit wenigstens einer wenigstens zwei Freiheitsgrade aufweisenden Gelenkeinrichtung (13), über die der Prüfling in dem Gestell oder an dem Fundament (14) so aufgehängt ist, daß dem Prüfling Bewegungen mit zwei Frei heitsgraden möglich sind, wobei eine erste Achse (18) der Gelenkeinrichtung (13) parallel und im Abstand zu der Ro torachse (12) des Brems- oder Treibdynamometers verläuft und eine Schwenkachse ist, während eine zweite Achse der Gelenkeinrichtung (13) unter einem Winkel zu der ersten Achse (18) liegt,
mit einer ersten zum Ermitteln eines Drehmomentes (M) bezüglich der ersten Achse (18) vorgesehenen Kraft meßeinrichtung (21), die eine Kraft in einer Ebene mißt, die die drehbare Welle senkrecht schneiden und die sich an dem Gestell oder Fundament (14) abstützt, sowie
mit wenigstens einer zweiten Kraftmeßeinrichtung (25) um die parallel zu der Meßrichtung der ersten Kraftmeßeinrichtung (21) liegende Komponente von solchen an der drehbaren Welle angreifenden Querkräften (Q) zu mindest mittelbar zu erfassen, die nicht nur infolge des an dem Rotor (5) auftretenden Drehmoments entstehen.
mit einer in einem Gestell oder an einem Fundament orstsfest angebrachten Antriebs- oder Bremseinrich tung für einen eine drehbare Welle aufweisenden Prüf ling,
mit wenigstens einer wenigstens zwei Freiheitsgrade aufweisenden Gelenkeinrichtung (13), über die der Prüfling in dem Gestell oder an dem Fundament (14) so aufgehängt ist, daß dem Prüfling Bewegungen mit zwei Frei heitsgraden möglich sind, wobei eine erste Achse (18) der Gelenkeinrichtung (13) parallel und im Abstand zu der Ro torachse (12) des Brems- oder Treibdynamometers verläuft und eine Schwenkachse ist, während eine zweite Achse der Gelenkeinrichtung (13) unter einem Winkel zu der ersten Achse (18) liegt,
mit einer ersten zum Ermitteln eines Drehmomentes (M) bezüglich der ersten Achse (18) vorgesehenen Kraft meßeinrichtung (21), die eine Kraft in einer Ebene mißt, die die drehbare Welle senkrecht schneiden und die sich an dem Gestell oder Fundament (14) abstützt, sowie
mit wenigstens einer zweiten Kraftmeßeinrichtung (25) um die parallel zu der Meßrichtung der ersten Kraftmeßeinrichtung (21) liegende Komponente von solchen an der drehbaren Welle angreifenden Querkräften (Q) zu mindest mittelbar zu erfassen, die nicht nur infolge des an dem Rotor (5) auftretenden Drehmoments entstehen.
3. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kraftmeß
einrichtung (25) nicht in der Ebene mißt, in der die
erste Kraftmeßeinrichtung (21) mißt.
4. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Lenker (16, 27)
zum Stabilisieren der Lage des Stators (5) bzw. Prüf
lings vorgesehen ist, der sich an dem Fundament oder
dem Gestell (14) abstützt und gegenüber diesem beweg
lich ist.
5. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Achse (18)
horizontal verläuft.
6. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Achse (19)
vertikal verläuft und eine Schwenkachse ist.
7. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Achse (32)
horizontal verläuft und eine translatorische Achse
ist.
8. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Lenker (27) rechtwin
kelig zu der Ebene verläuft, in der die erste Kraft
meßeinrichtung (21) mißt.
9. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrichtung der
zweiten Kraftmeßeinrichtung (25) parallel zu der Ro
torachse (12) bzw. drehbaren Welle liegt.
10. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 1 oder
2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßpunkt, an dem
die erste Kraftmeßeinrichtung (21) mißt, gegenüber
dem Meßpunkt in der Höhe versetzt ist, an dem die
zweite Kraftmeßeinrichtung (25) mißt.
11. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßrichtung der zwei
ten Meßeinrichtung (25) auf einer Geraden liegt, die
einen radialen Abstand zu der vertikalen Achse (19)
aufweist.
12. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (5) an zwei
voneinander beabstandeten Punkten (13, 16) aufgehängt
ist, von denen der eine von der Gelenkeinrichtung
(13) und der andere von dem Lenker (16) gebildet ist.
13. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kraftmeßein
richtung (25) an dem Lenker (16) oder an dem Stator
(5) angreift und daß die Meßrichtung der zweiten Meß
einrichtung (25) rechtwinkelig zu der Rotorachse (6)
bzw. drehbaren Welle liegt.
14. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite
Kraftmeßeinrichtung (21, 25) in einer gemeinsamen
Ebene oder in zueinander parallen Ebenen messen.
15. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kraftmeßein
richtungen zu beiden Seiten der Rotorachse (12) bzw.
drehbaren Welle messen.
16. Brems- und/oder Treibdynamometer nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Kraftmeßein
richtung (25a, 25b) vorgesehen ist, deren Meßrichtung
in Richtung parallel zu der Rotorachse (12) bzw.
drehbaren Welle zu der Meßrichtung der zweiten Kraft
meßeinrichtung (25) versetzt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934305914 DE4305914C1 (de) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Brems- und/oder Treibdynamometer mit Erfassung der Querkraft |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19934305914 DE4305914C1 (de) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Brems- und/oder Treibdynamometer mit Erfassung der Querkraft |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE4305914C1 true DE4305914C1 (de) | 1995-01-05 |
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ID=6481370
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE19934305914 Expired - Lifetime DE4305914C1 (de) | 1993-02-26 | 1993-02-26 | Brems- und/oder Treibdynamometer mit Erfassung der Querkraft |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4305914C1 (de) |
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- 1993-02-26 DE DE19934305914 patent/DE4305914C1/de not_active Expired - Lifetime
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