DE6603806U

DE6603806U - Einrichtung zum elektrischen messen von drehmomenten.

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Publication number: DE6603806U
Application number: DE6603806U
Authority: DE
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1964-04-01
Filing date: 1964-04-01
Publication date: 1969-11-13

Description

Daimler-Benz Aktiengesellschaft Daim 646Oa/4

Stuttgart-Untertürkheim 30. Juli 1969

D 28 835/42k Gbm

Gebrauchsmusteranmeldung

"Einrichtung zum elektrischen Messen von Drehmomenten"

Man hat bisher die Drehmomente von umlaufenden Maschinenteilen durch entweder unmittelbar an dem zu untersuchenden Teil oder an mit diesem zusammengebauten Meßwellen befestigt und mittels Dehnmeßstreifen gemessen. Die Meßwerte wurden über Schleifringe an den Verstärker und an das Anzeigegerät weitergeleitet. Für die genaue Aufzeichnung der Meßwerte bei Daueruntersuchungen benötigte man eine Vorrichtung, die laufend das Drehmoment in Form von Kurvenlinien anzeigt oder schreibt. Deren Anzeige ist aber nur solange genau, solange die Schleifringwiderstände wesentlich kleiner sind, als die Widerstandsändsrungsn der BehmneSsireifen. Verwendet man z. B. solche mit 100 Ohm Widerstand und hat man bei einem vollen Ausschlag der Anzeige etwa l°/oo Widerstandsänderung, was etwa den praktischen Verhältnissen entspricht, dann ergibt sich eine Widerstandsänderung im Dehnmeßstreifen von 0,1 Ohm. Verlangt man etwa 1% Genauigkeit, dann darf der Übergangswiderstand des schleifringlosen "Übertragers nicht mehr als 1% von 0,1 Ohm - 0, 001 Ohm betragen. Dies ist im Dauerbetrieb mit dem Schleifringübertrager nicht erreichbar. Im Gegensatz dazu ist ein schleifringloser Übertrager für den

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Dauerbetrieb geeignet. Dieser unterliegt praktisch keinem Verschleiß. Außerdem hat er keine veränderlichen Übergangswiderstände und die einmal an ihm festgestellten Übertragungsfunktionen bleiben unverändert. Nun ist es an sich gleichgültig, ob auf der Primärseite Dehnmeßstreifen oder induktive Meßgeber verwendet werden. Insbesondere die letzteren haben den Vorzug, daß sie gegenüber den Dehnmeßstreifen einen erheblich größeren Meßeffekt haben, Ein Nachteil solcher Anordnungen mit schleifringlosen Übertragern ist, daß sie die Verwendung der meisten Kompensator en ausschließen, da diese für Brücken mit Gleichspannung ausgelegt sind. Man kann nur Wechselstromkomponenten benützen, die mit Netzfrequenz arbeiten. Dieses Verfahren hat jedoch den Nachteil, daß die Geber und schleifringlosen Übertrager für die Meßeinrichtung baulich groß ausfallen. Weiterhin besteht der Nachteil, daß schellaufende, dynamische Vorgänge (z.B. Wechselmomente, Schaltvorgänge od. dgl.), die bei der Durchführung der Drehmomentmessungen häufig miterfaßt werden sollen, nicht mit Einrichtungen zu erfassen sind, die für NetzireqUenz ausgelegt äind. Dies wird erst dadurch möglich, daß man an dem Geber einen schleifringlosen ÜbercUICScmicuI, ucr ucrari ouogcxcgi icii, uExu ^x *«x

frequenzen verwendbar ist. Dadurch ist es möglich, die dynamischen Drehmomentverläufe in der herkömmlichen Weise mit Trägerfrequenzgeräten und Oszillograph zu messen. Wenn man bei einer solchen Anordnung laufend eine genaue Drehmomentanzeige haben will, dann muß ein Kompensator angewendet werden, der eine Trägerfrequenz als Brükkenspeisespannung benützt, die für einen induktiven Geber ausgelegt ist. Ein solcher Kompensator eignet sich nicht ohne weiteres für den Anschluß einer Anordnung mit einem schleifringlosen Übertrager. Damit dieser verwendbar ist, muß die Brückenschaltung des Kompensators

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durch eine entsprechende Auswahl der zu verwendenden Widerstände geändert werden. Entsprechend der obigen Überlegungen bezieht sich die Neuerung auf eine Einrichtung zum elektrischen Messen voa Drehmomenten und besteht darin, daß der an dem zu untersuchenden Teil oder an einer mit diesem verbundenen Meßwelle befestigte Wider-

«,, Standsgeber (Streifengeber) oder auch ein induktiver bzw. kapazitiver

Geber durch einen für Trägerfrequenzmodulation ausgelegten schleifringlosen Übertrager an einem ebenfalls entsprechend ausgelegten induktiven Kompensator angeschlossen ist. Nach der Neuerung ist die Anordnung so getroffen, daß der Geber ein- bis vierteilig ausgebildet ist und den Teil einer Meßbrücke bildet. Auf dem drehenden Teil des Übertragers ist außerdem noch ein Eichwiderstand vorgesehen. Bei der Anordnung mit induktiven Gebern ist auf der Meß welle eine Büchse befestigt, die an ihrem den Gebern gegenüberliegenden Ende an der Meßwelle befestigt ist und an ihrem den Gebern nahen Ende einen in die Geberspule hineinragenden Tauchkern trägt. Auf der Büchse sind,

^₅₄ mn Raum s« sparen, auch noch die sich mit der "Welle drehenden Wicklungen des schleifringlosen Übertragers untergebracht. Dies alles zusammen mit des Spalen des sehlei£ringlo3en Übertragers befindet sich innerhalb eines die MeGwelle einschließenden, feststehenden glockenförmigen Gehäuses.

In üer Zeichnung ist die Neuerung in zwei Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 das elektrische Schaltschema der gesamten Meßeinrichtung;

Fig. 2 eine Drehmomentmeßwelle mit einem auf ihr

angeordneten Geber und schleifringlosen Übertrager, im Längsschnitt;

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Fig. 3 und 4 einen Querschnitt nach der Linie IH-IV von Fig. 2, mit zwei und mit vier Geberspulen;

Fig. 5 ein Schaltschema zur Anordnung nach Fig. 4 und Fig. 6 eine Erläuterungsskizze für die Drehmosüent-

m es sung an einer Brennkraftmaschine.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sitzen auf den Enden einer Drehmomentmeßwelle 1 zwei Anschlußflansche 2,3 fest. Auf der Welle ist eine Büchse 4 an sich lose drehbar angeordnet, die lediglich an ihrem Ende, bei 5, mit der Welle 1 undrehbar verbunden ist. Dae andere Ende der Büchse ist lediglich auf einem Tragring 5* lose abgestützt. Auf der Büchse 4 sitzen zwischen zwei Wälzlagern 6,6 zwei Spulen 7,8 fest. Außerdem sind an den mit der Welle 1 nicht verbundenen Enden der Büchse 4 vier diametral einander gegenüberliegende gekrümmte Tauchkerne 9 befestigt, die in zwei induktive Geberspulen 10 jeweils von außen her eintmüCuen. Uis Spulen werden v<si einem ⁿ«f dex* Welle 1 befestigten Snannring 11 gehalten. Auf den Wälzlagern 6,6 ist ein glockenförmiges Gehäuse 12 gelagert. Ia diesem beüsden siea zwei den Spulen ?. 8 salt geringem Abstand gegenüberliegende Spulen ?', 8*.

Wie die Fig. 1 zeigt, gehören die Geberspulen 10 einer Brückenschaltung B* an (Fig. 1), von der die Meßwerte über die Spulen 7,7* und δ, 8* des schleifringlosen Übertragers unter Zwischenschaltung einer Brüeken-Bchaltung B" für den Nullabgleich in einen Verstärker V und einen Demodulator D weitergeleitet wird. Die Brückenschaltungen werden mit eiaem trägerfrequenzüberlagerten Netsstrom gespeist. Der Modulator ist in der Fig. 1 mit M und der als S ender wirkende Oszillator mit O bezeichnet. Sine solche Anordnung ist an sich bekannt. Neu ist die Kombination der Brücke B", die induktive Hintereinanderschaltung der Brücken B*

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und Bⁿ und die für eine induktive Brückenschaltung ausgebildete Kompensation. Der regelbare Widerstand 14 der Brücke B" wird in an sich bekannter Weise durch einen Zwei-Phasenmotor 13 solange verstellt, bis in der Brückendiametrale 15 die Spannung "Null" wird. In diesem Fall ist die Stellung des Schleifers 16 am Widerstand 14 ein Maß für die auf dem sich drehenden Teil G (Fig. 1) vorliegende Verstimmung der Brücke B*.

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Beim Ausführungsbeispiel von Fig. 4 sini an der gleichen Stelle der Meßwelle, im Bereich der Schnittlinie ΙΠ-IV von Fig. 2, zwei Meßspulenpaare 10, 10' mit ihren zugehörigen Tauchkernen vorgesehen. Dementsprechend sind dann zwischen den Wälzlagern 6,6 vier Spulenpaare 7, 7·, 8, 8' und 7a, 7b bzw. 8a, 8b vorhanden, wie das Schaltschema von Fig. 5 zeigt. In diesem Fall hat man zwei komplette Meßeinrichtungen.

Die doppelte Anordnung ist von Vorteil, wenn das Drehmoment z. B. einer Brennkraftmaschine 17 (Fig. 6) mit Hilfe der elektrischen Meßeinrichtung auf einen bestimmten Wert eingeregelt werden soll. In diesem Fall gibt man den Ist-Wert des Drehmomentes auf den Regler 18, der z. B. die Vergaserdrosselklappe oder die Regelstango einer Einspritzpumpe 19 beim Vergleich des Ist-Wertes mit dem durch die Leitung 20 auf den Regler gegebenen Soll-Wert beeinflußt. Man hat dann die vom zweiten Drehmoment-Meßgerät gegebene Anzeige 21 als unabhängige Kontrolle.

Zur DrehmomemiueeHüüg wird die Wells 1 zwischen Motor 17 und z. B. einer Bremse 22 eingespannt. Bei der Drehbeanspruchung der Welle 1 erfahren die Büchse 4 und der Spannring 11 und damit auch die

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Tauehkerne 9 und Spulen 10 bzw. 10* eine Winkelverstellung. Damit verändert sich die Induktion an den Spulen 10 und die sich daraus ergebende Brückenverstiromung gelangt als Meßwert Über den schleiiringlosen Übertrager zur Anzeige oder wird als Regelgröße benutzt. Für die Eichxnsg des Gerätes ist an der Brücke B* noch ein abschaltbarer Eichwiderstand 23 (Fig. 1) vorgesehen. Beim Zuschalten des Eichwiderstandes zeigt das Gerät ein bestimmtes Drehmoment an.

Die Tauchkernspulenanordnung kann in beliebiger an sich bekannter Weise erfolgen. Entweder indem man in eine einfache Spule den Tauchkern von einer Seite her eintauchen läßt oder zwei Spulen fluchtgleich nebeneinander anordnet und einen magnetisLerbaren Tauchkemabschnltt in der Mitte zwischen den beiden Spulen anordnet oder zwei äußere magnetisierbare Tauchkernabschnitte, die von einem mittleren, nicht magnetisierbaren Tauchkernabschnitt gehalten werden, von außen her in die Spulen eintauchen läßt. Im äußersten Fall kommt man mit einer Spule pro Brücke aus, muß aber dann drei Widerstände vorsehen; bei zwei

Brücken deren zwei usf. .

Claims

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Schutzansprüche

1. Einrichtung zum elektrischen Messen von Drehmomenten, dadurch gekennzeichnet, daß ein an dem zu untersuchenden Teil unmittelbar oder an einer mit diesem zu verbindenden Meßwelle angeordneter Widerstandsgeber (Dehnmeßstreifengeber} oder induktiver bzw. kapazitiver Geber mit einem schleifringlosen Übertrager und ein für induktive Brückeaverstimmungen ausgebildeter Kompensator kombiniert ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (G), insbesondere eine oder mehrere mit einem Tauchkern zusammenwirkende induktive Spulen (10) mitsamt den zu deren Meßbrücke (B¹) gehörigen Widerständen zusammen mit einem Eichwiderstand (23) zur Kontrolle des Gerfites

«*, einem an der Welle lösbar befestigten Teil (11) angehören und

diese Teile zusammen mit den Spulen (7, 7· und 8, 8^f) des 8 chleif ringlosen Übertragers innerhalb eines die Meßwelle (1) umschließenden feststehenden Gehäuses (12) untergebracht sind, in dessen Bereich eine auf der Meßwelle angeordnete Büchse (4) vorgesehen ist, die an ihrem dem Geber (9, 10) gegenüberliegenden Ende an der Welle (1) befestigt (5) ist und an ihrem dem Geber nahen Ende einen in die Spule (10) hineinragenden Tauchkern (9) und die sich drehenden Spulen (7, 8) trägt.

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3« Einrichtung nach den Ansprüchen l und 2, gekennzeichnet durch zwei oder vier diametral einander gegenüberUegende Geberspulen- {10, 10*) und Tauchkernanordaungen (3).

4. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine solche Anordnung der Tauchkerne (9), daß jeweils deren zwei von außen her in eine Spule (10, 10') eintauchen, so daß bei jeder Winkelverstellung der Spule gegenüber den Kernen sich einer der Kerne in die Spulen hinein- und die anderen Kerne aus diesen herausbewegen.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gaberspulen (10, 10·) von einem auf der Meßwelle (1) aufgespannten Spannring (11) gehalten werden.