DE4305914C1 - Brems- und/oder Treibdynamometer mit Erfassung der Querkraft - Google Patents

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.

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.

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.