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Vorrichtung zur ununterbrochenen Messung eines Drehmomentes Die Erfindung
bezieht sich auf eine Vorrichtung zur ununterbrochenen Messung eines Drehmomentes,
bei der zwischen einem treibenden und einem getriebenen Teil eine Kupplung eingeschaltet
ist, die eine Aierdrehung der beiden Teile gegeneinander zuläßt.
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Derartige Vorrichtungen sind an sich bekannt. Bei einem Teil der
bekannten Vorrichtungen weist die I(upplung Federn auf, die je nach der Größe des
Drehmomentes eine mehr oder weniger große Deformation erfahren. Diese Vorrichtungen
haben den Nachteil, daß die Federkraft mit der Zeit Veränderungen unterworfen ist
und daher die Anzeige des Drehmomentes ungenau wird.
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Außerdem sind die Federn verhäitnismäli. ig teure Elemente, die noch
dazu der Gefahr ausgesetzt sind, zu Bruch zu gehen.
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Bei einer weiteren bekannten Vorrichtung ist die den treibenden und
den getriebenen Teil miteinander verbindende Kupplung mit mindestens einer Fliehkraftmasse
versehen. welche das Bestreben hat, die beiden Kupplungsteile in einer bestimmten
Nullstellung zu halten. Die unter der Wirkung eines Drehmomentes auftretende Verdrehung
des treibenden gegenüber dem getriebenen Teil oder die damit verl>undene Verschwellkullg
der Fliehkraftmasse aus der genannten STullstellung heraus wirkt auf eine Anzeigevorrichtung
zum Anzeigen des Drehmomentes ein. Diese mit Fliehkraftmassen arbeitende Einrichtung
hat zwar den Vorteil einer
großen - Einfachheit und Betriebssicherheit.
jedoch andererseits den Nachteil, daß ihre Anzeigevorrichtung nur bei einer ganz
bestimmten Drehgeschwindigkeit der gekuppelten Teile richtige Angaben liefert.
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Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
der letztgenannten Art, bei der also die Kupplung mit mindestens einer Fliehkraftmasse
versehen ist, derart auszubilden, daß sie bei allen Geschwindigkeiten der miteinander
gekuppelten Teile zutreffende Angaben über die Größe des Drehmomentes liefert. Dies
wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Anzeigevorrichtung, welche auf die
gegenseitige Der drehung des treibenden und getriebenen Teils bzw. auf die Verschwenkung
der Fliehkraftmasse anspricht, auch noch in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit
der gekuppelten Teile gesteuert wird.
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Besonders zweckmäßig ist es, als tnzeigevorrichtung eine elektrische
Anzeigevorrichtung zu benutzen, die einen Widerstand, dessen Größe durch die Verstellung
der zu kuppelnden Teile gegeneinander oder durch die Verstellung der Fliehkraftmasse
oder der Fliehkraftmassen regelbar ist, sowie eine Vorrichtung zur Spannungsveränderung
in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Ganzen umfaßt.
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Sehr vorteilhaft ist die Anwendung des Erfindungsgegenstandes zum
Anzeigen des Antriebsdrehmomentes der Luftschraube eines Luftfahrzeuges, wobei in
diesem Falle der gesamte drehbare Teil der Vorrichtung in der Nabe der Luftschraube
untergebracht wird.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigt Fig. I die Meßvorrichtung gemäß der Erfindung, wobei die zu ihr gehörige
Kupplung teilweise im Längsschnitt, teilweise in Seitenansicht dargestellt ist.
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Fig. 2 ist eine ansicht von vorn auf die z« der Meßvorrichtung gehörende
Kupplung.
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Fig. 3 ist ein Schaltsdiema der Meßvorrichtung.
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Fig. 4 veranschaulicht den Einbau der Drehmomentenmeßvorrichtung
in die Nabe einer Luftschraube.
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Fig. 5 schließlich veranschaulicht eine wei tere Ausführungsform
der bei der Meßvorrichtung gemäß der Erfindung zu verwendenden Fliehkraftkupplung.
lTm ein gebrauchsfähiges Gerät zu zeigen, enthalten die Ausführungsbeispiele Einzelheiten,
wie z. 13. die hesondere Ausbildung der Fliehkraftkupplung. die nicht zum Gegenstand
der vorliegenden Erfindung gehören.
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Die zu der Drehmomentenmeßvorrichtung gemäß der Erfindung gehörende
Fliehkraftkupplung weist zwei gleichacllsige Teile 1 und 2 auf, von denen der eine
mit der treibenden Welle 3 und der andere mit der getriebellen Welle 4 verbunden
ist. Die Teile 1 und 2 sind durch exzentrische Fliehkraftmassen miteinander verbunden.
Diese Fliehkraftmassen haben unter der Wirkung der Fliehkraft, die bei der Drehung
der NVellen 3, 4 auftritt, das Bestreben, eine radiale Stellung einzunehmen. Hieran
werden sie jedoch durch das zu übertragende Drehmoment gehindert. Dieses hat die
Wirkung. daß die Fliehkraftmassen um einen mehr oder weniger großen Winkel; aus
der radialen Stellung. welche als Nullstellung lvezeichllet werden kann. herausgeschwenkt
werden.
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Der Nullstellung der Fliehkraftmassen entspricht eine bestimmte Winkelstellung
der Wellen 3. 4 zueinander. Diese Wellen werden infolge des Drehmomentes um einen
gewissen Winkel a, der in einem bestimmten Abhängigkeitsverhältnis zu dem vorstehend
genannten Winkel; steht, gegeneinander verdreht. Sowohl der Winkel α als auch
der Winkel γ sind unter Berücksichtigung der Drehgeschwindigkeit ein Anlaß
für das Drehmoment, so daß sowohl der eine als auch der andere Winkel für die Steuerung
der Meßvorrichtung verwendet werden kann.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. und 2 sind auf dem Teil I,
der beispielsweise die Form einer Platte hat. mehrere Welle stümpfe 6 angebracht,
die parallel zu der Achse des Ganzen liegen. von der genannten achse gleichen Abstand
haben und regelmäßig um diese .Nchse verteilt sind. Der Teil 2 ist weiterhin mit
einer Außenverzahnung versehen. Auf jedem der Wellenstümpfe 6 ist ein Planetenrad
oder hesser noch ein gezahnter Sektor 7 drehbar gelagert.
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An jedem der Zahnsektoren ist ein Finger 8 befestigt, an dessen freiem
Ende die Klasse 5 befestigt ist. Alle Finger 8 sind zweckmäßigerweise derart auf
den Zahnsektoren aufgekeilt, daß sie immer zueinander parallel liegen, welches auch
die Winkelverschiebungen sind, die die Wellen 3 und 4 sitzbezug aufeinander erfahren,
und welches daher auch die winklige Lage der Finger 8 selbst ist.
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Der Winkel ,. um den sich die schwenkbaren Teile 5, 8 neigen. hängt
von der Größe des Drehmomentes C und der Geschwindigkeit oj ab. Dieser Winkel γ
bleibt bei einer gegebenen Geschwindigkeit # und einem bestimmten Drehmoment C konstant.
Die Unveränderlichkeit des Winkels γ bleibt selbst bei Unregelmäßigkeiten
in der Drehung der Teile 3. 4 oder bei Torsionsschwingungen der genannten Wellen
erhalten. wenn das Trägheitsmoment der schwingenden Teile, die sich um die Wellenstümpfe
6 drehen. genügend groß ist.
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Bei der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 wird zweckmäßigerweise
der Abstand, der zwischen der Hauptachse 0 der Vorrichtung und jeder der Achsen
0t der Zahnsektoren 7 vorhanden ist und der in Fig. 2 mit R bezeichnet ist, gleich
dem Abstand gewählt. der die Achse O1 jedes Zahnsektors von dem Schwerpunkt G der
Masse 5 trennt. Das Drehmoment C ergibt sich dann aus der Formel k#2 sin γ.
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In dieser Formel ist k eine Konstante, die vor allem von der Größe
der exzentrischen Massen 5 sowie von den Radien der verschiedenen Verzahnungen abhängt.
-Was die Mittel anbelangt, welche in jedem Augenblick die Größe des Drehmomentes
C unter Berücksichtigung des Winkels y und der Drehgeschwindigkeit w anzeigen, so
bestehen sie zweckmäßigerweise aus einer elektrischen Vorrichtung. Diese elektrische
Vorrichtung weist einen Schleifkontakt g auf, der sich entsprechend den Winkelverschiebungen
der schwingbaren Teile, beispielsweise der Finger 8, längs eines Widerstandes 10
verschiebt.
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Zu dem genannten Zweck ist der Schleifkontakt 9 mit einem der Sektoren
7 verbunden, und zw ar dient hierzu beispielsweise eine durch das Innere des betreffenden
Drehzapfens 6 hindurchgeführte Stange, die an ihrem einen Ende an dem Zahnsektor
7 und an ihrem anderen Ende, welches auf der dem Drehzapfen 6 gegenüberliegenden
Seite des Teiles I liegt, an dem Schleifkontaktg befestigt ist.
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An sich kann die elektrische Anzeigevorrichtung auf zahlreiche verschiedene
Weisen ausgeführt werden. Besonders zweckmäßig ist es, die Anzeigevorrichtung derart
auszubilden, daß sie die Größe des Drehmomentes C auf einer gleichmäßig unterteilten
Skala anzeigt. Eine Ausführungsform, die dieser Bedingung entspricht, ist in Fig.
3 dargestellt.
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Gemäß Fig. 3 ist an jedes Ende des Widerstandes 10 einerseits je
ein Widerstand 11 bzw. 12 und andererseits je ein zweiter Widerstand I3 bzw. 14
angeschlossen. Die Widerstände 13, 14 münden an einem gemeinsamen Punkt 15, der
mit einem ersten Ring I6 verbunden ist, welch letzterer entweder auf der Welle 3
oder auf der Welle 4 angeordnet ist. Das freie Ende des Widerstandes 12 ist mit
der Masse verbunden, während das freie Ende des Widerstandes 11 an einen zweiten
Ring 17 angeschlossen ist, welcher seinerseits von der Welle 3 oder der Welle 4
getragen wird. Die Widerstände I0, II, I2, 13 und I4 sind zweckmäßigerweise in ein
Gehäuse eingeschlossen, das von dem Teil l getragen wird und sich zusatrnen mit
diesem dreht. Aus dem Gehäuse führen die Leituiigen heraus. welche die Anschlüsse
al die Ringe I6 und I7 herstellen.
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Auf jedem der beiden Schleifringe schleift je eine Bürste I8 bzw.
19. Die Bürsten sind mit einem Meßapparat verbunden, der eine feste Spule 20 und
eine bewegliche Spule 21 aufweist. Die bewegliche Spule 21 ist mit einem Zeiger
22 fest verbunden. Die Bürste 18 ist an das eine Ende der Spule 20 ange schlossen,
deren anderes Ende an Masse gelegt ist. Die Bürste 19 ist mit dem einen Ende der
Spule 21 verbunden. deren anderes Ende ebenfalls an Masse gelegt ist.
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Weiterhin ist ein Stromerzeuger vorgesehen, der zweckmäßigerweise
durch den Antriebsmotor, der die Welle 3 in Drehung versetzt, mit einer Geschwindigkeit
k1w angetrieben wird. Der Stromerzeuger, der in Fig. 3 mit 23 bezeichnet ist, ist
ein Gleichstromgenerator, welcher eine Spannungsdifferenz proportional der Geschwindigkeit
co liefert. Der eine der Pole des Gleichstromerzeugers ist an Masse gelegt, während
der andere Pol mit demjenigen Ende der Spule 20 verbunden ist, an das auch die Bürste
I8 angeschlossen ist.
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Hieraus ergibt sich, daß der Strom, der in der Spule 20 fließt, eine
Stärke hat, die dem Ausdruck k2w entspricht, während die Stärke des Stromes, der
in der Spule 2I fließt, dem Ausdruck k3# sin r entspricht. Das auf den Zeiger 22
wirkende Richtmoment ist dann gleich k4w2 sin r. Dieses Moment ist proportional
dem Motordrehmoment C. Die Skala, mit der der Zeiger 22 bei seinen Be-~wegungen
zusammenarbeitet, kann eine gleichförmige Einteilung aufweisen, aus der unmittelbar
die Größe des Motordrehmomentes abgelesen werden kann.
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Selbstverständlich ist die vorstehend beschriebene elektrische Anzeigevorrichtung
nur ein Ausführungsbeispiel, und es ist für jeden Fachmann ohne weiteres möglich,
andere Ausführungsformen zu ersinnen, die die gleichen oder ähnliche Resultate ergeben.
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Bei der Ausführungsform der Meßvorrichtung nach Fig. 5 sind die beiden
Teile I und 2 durch mindestens einen geradlinigen Hebel 27 verbunden. Die Hebel
27 sind gemäß Fig.5 um eine Achse 28, die parallel zur Hauptachse 0 der Vorrichtung
verläuft, schwenkbar. Die Achse 28 ist gemäß Fig. 5 auf dem Teil I befestigt. Sie
könnte aber auch auf dem Teil 2 befestigt sein. Die Hebel 27 tragen an ihrem einen
Ende je eine exzentrische Masse 5 und greifen an ihrem anderen Ende in eine Führung
29 hinein, die in dem Fall, daß die Drehzapfen 28 auf dem Teil 1 gelagert sind,
an dem Teil 2 befestigt ist. Wenn kein Drehmoment zu übertragen ist, stellen sich
die Hebel 27 unter der Wirkung
der Zentrifugalkraft radial ein.
Wenn jedoch ein Drehmoment zu übertragen ist, verdrehen sich die Teile I und 2 gegeneinander.
und die Hebel 27 erhalten eine Neigung, die bei einer gegebenen Geschwindigkeit
von der Größe des Drehmomentes alhängt. Die Anzeigevorrichtung für das Dreh moment
kann bei Verwendung des in Fig. D schaubildlich veranschaulichten Apparates in der
gleichen Weise ausgebildet sein, wie dies oben an Hand der Fig. I und 3 erläutert
worden ist.
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Die Vorteile, die mit der Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung
verbunden sind. ergeben sich schon aus den obigen Darlegungen. so daß ein besonderes
Eingehen hierauf überflüssig sein dürfte. Die Anzeigevorrichtung gemäß der Erfindung
ist in den vor schiedensten Fällen anwendbar.
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In dem speziellen Fall, in dem der Erfindungsgegenstand zum Niessen
des Drehmomentes benutzt wird. das von dem NIotor 24 eines kraftgetriebenen Luftfahrzeuges
auf eine Luftschraube 25 übertragen wird, empfiehlt es sich. den ganzen umlaufenden
Teil der Meßvorrichtung in der Nahe 26 der Luftschraube unterzubringen. Die Luftschraube
stellt dann mit ihrer Nabe 26 ein zusammengehöriges Ganzes dar, das auf der Motorwelle
genau in der gleichen Weise befestigt werden kann wie eine gewöhnliche Luftschraube.
Die Schleifringe I6 und 17 werden in diesem Fall zweckmäßigerweise auf derjenigen
Seite der Nabe angebracht, die den Älotor zugewandt liegt. Die Bürsten 18, 19 werden
von einem @ Halter getragen, der an dem Ende des Motorgehäuses, aus dem die Motorwelle
austritt, befestigt ist.
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Auf diese Weise ergibt sich ein Meßapparat. dessen Handhabung besonders
einfach ist und der vor allem bei Versuchsflügen die Möglichkeit gibt, in jedem
Augenblick die Leistung zu bestimmen, die tatsächlich von dem Motor entwickelt wird,
dessen Drehzahl auf andere Weise gemessen wird.
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Es sei nochmals darauf hingewiesen, da13 die Erfindung nicht auf
die im vorstehenden beschriebenen Anwendungsfälle und Ausführungsarten beschränkt
ist. So kann beispiels weise der Schleifkontakt 9 durch die gegenseitige Verdrehung
der Teile I und 2 anstatt durch die Schwenkbewegung der schwingbaren Kupplungsteile
verstellt werden.