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Einrichtung zur Bestimmung des Drehmomentes an umlaufenden Wellen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Bestimmung des Drehmomentes
an umlaufenden Wellen, insbesondere an den rasch laufenden Übertragungswellen für
das Luftschraubengetriebe von Flugmotoren mit mehreren, gegebenenfalls abschaltbaren
Kurbelwellen.
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Es sind bereits Vorrichtungen zur Bestimmung .des Drehmomentes an
Kraftmaschinen bekanntgeworden, bei denen zur Messung des Drehmomentes die Verdrehung
eines zwischen zwei Wellen eingeschalteten :besonderen drehelastischen Stabes .gegenüber
einem .drehstarren Rohr bestimmt wurde. Weiterhin hat man Vorrichtungen zur selbsttätigen
Bestimmung des Drehmomentes an Wellen aus deren Verdrehung gebaut, bei denen .der
Verdrehungswinkel durch mechanische Mittel vergrößert zur Anzeige gebracht wurde,
um das Ablesen lauf einer Skala zu erleichtern. Die betreffenden Einrichtungen sind
für sehr rasch laufende Wellen wenig ,geeignet, da sie außermittig angeordnete Teile,
wie Hebel, Verbindungsstangen o. dgl. enthalten, .die bei hoher Drehzahl .durch
Fliehkräfte, gegebenenfalls auch durch Drehschwingungen, Störungen;; ausgesetzt
sind. Eine bekannte Einrichtung ohne mechanische Mittel zur Vergrößerung der Verdrehungsanzeige
ermöglicht die Ablesun,g nur an der Welle selbst, .kann also bei nicht zugänglicher
Welle, z. B. beim Flugbetrieb, nicht verwendet werden.
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Für die ' unmittelbare Betätigung von Schaltvorrichtungen ist die
zul:etztbesprochene Einrichtung gleichfalls ungeeignet. Die unmittelbare Betätigung
von Abschaltorganen o. dgl. ist ,bei Flugmotoren mit zwei Kurbelwellen, die auf
ein gemeinsames Luftschraubentriebwerk arbeiten, besonders wichtig. Zeigt sich nämlich
in einer Antriebseinheit eines solchen Motors :eine Störung, so mußdiese abgeschaltet
werden, damit die andere Einheit ungehindert weiterarbeiten kann. Bisher bestand
die Schwierigkeit, zu erkennen, bei welcher der Antriebseinheiten die Störung besteht.
Es war nur möglich, eine Änderung. der Gesamtleistung des Motors festzustellen.
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Um nun die einzelnen Antriebseinheiten getrennt überwachen zu können,
.ist es erforderlich, die von den einzelnen Antriebseinheiten an die Luftschraube
abgegebenen Drehmomente zu prüfen.
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Die Erfindung .schafft .nun eine Einrichtung zur Bestimmung des Drehmomentes,-die
bei
hohen N@"ellendrehzahlen verwendbar und insbesondere auch für die zuletzt besprochene
Anwendung bei Flugmotoren mit mehreren Kurbelwellen geeignet ist. Die erfindungsgemäße
Einrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Meßstellen eines drehelastischen
Teiles mit je einem Zahnrad mit Schrägverzahnung von entgegengesetzter Richtung
starr verbunden sind und daß ein Gegenzahnrad mit diesen Rädern so in Eingriff steht,
daß es entgegen der Belastung durch eine Feder nach Maßgabe des wirksamen Drehmomentes
eine Verschiebung in Achsrichtung erfährt, die zur Anzeige oder unmittelbaren Betätigung
einer Schaltvorrichtung benutzt wird.
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Im Falle der Anwendung der Schaltvorrichtung ist es möglich, bei großen
Änderungen des Drehmomentes eine Antriebseinheit abzukuppeln, eine Unterbrechung
des. -Zündstromes öder der Brennstoffzufuhr oder irgendwelche anderen Veränderungen
zu bewirken.
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Um ein sicheres Arbeiten der Einrichtung zu gewährleisten, ist es
erforderlich, daß zwischen den beiden mit den M.eßstellen verbundenen Zahnrädern
ein Abstand vorhanden ist, welcher mindestens gleich ist dein halben Produkt aus
der am Umfang der schräg verzahnten Räderauftretenden größten relativen Verdrehung
dieser Räder zueinander und dem Kotangens des von einer Zahnflanke und einer Mantellinie
eines das Rad einhüllenden Zylinders eingeschlossenen Winkels.
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Zwei Ausführungsbeispiele des Erhndun,gsgegens.tandes# sind in beiliegenden
Zeichnungen wiedergegeben. -Es zeigen Abb. i die Einrichtung nach der Erfindung
in- wesenhafter Darstellung in Verbindung mit einer Meßeinrichtung, A@bb. 2 die
Einrichtung nach der Erfindung in Verbindung mit einer Kontakteinrichtung zur Entkupplung
einer Antriebseinheit, Abb. 3 eine Einzeleinheit.
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In der Einrichtung :nach Abb. i treiben zwei Kurbelwellen i, 2 über
Zahnräder 3. 4, 5.-6 je eine Hilfswelle 7, 8 an, die das Drehinoment über Abschaltk
upplungen 9, io mittels der Zahnräder i i, 12 auf das mit .der Luftschraube
13 gekuppelte Zahnrad 14 übertragen. Um jede der Hilfswellen 7, 8 ist je
ein drehsteifes Rohr 15, 16 geführt, daß an einem Ende 17 bzw. 18 mit der
Hilfswelle drehstarr verbunden ist und am anderen Ende ein schräg verzahntes Zahnrad
i9 bzw. 2o trägt. Die Hilfswellen 7, 8 sind ebenfalls mit schräg =verzahnten Zahnrädern
21, 22 versehen, die sich neben den Zahnrädern i9 .bzw. 2o :befinderr,- bei denen
jedoch die Schrägzähne in Spiegel.bildlage angeordnet'"sind. Mit :diesen beiden
Zahnrädern i9 ün.d ai-,bz1,##. 2o und 22 kämmt je ein Pfeilrad 23 bz«-. 2.4. das
durch eine finit ihm fest verbundene \ehenwelle 25 bzw. 26 in Lagern 27, 28 b-r_w.
29, 30 leicht drehbar und axial leicht verschiebbar geführt ist. Auf das eine Ende
der wehen «-ellen wirkt über einen Federteller mit geringem Druck in axialer Richtung
je eine Feder 3i bzw. 32 zur Beseitigung des in d-er Einrichtung vorliandenen Axi.alspieles,
während das andere Ende auf ein Zeigerinstrument 33 bzw. ß.4 einwirkt, das die axiale
Verschiebung der Nebenwelle und des Pfeilrades anzeigt und damit auch, die Größe
des Drehmoments. Zwischen den beiden schräg verzahnten Rädern ist der Abstand c
so groß gewählt, daß auch bei größtmöglicher N'erscliiebun.g des Pfeilrades dessen
Symmetrieebene niemals innerhalb der Begrenzungslinien eines der schräg verzahnten
Räder fällt.
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Eine weitere Ausführungsfortn des Eriindungsgegenstand s in Verbindung
finit einer Kontakteinrichtung ist in A bb. 2 wiederge-"ehen. Da die Gesamtanordnung
der L'bertragungseinrichtung die gleiche ist wie bei der in Abb. i beschriebenen
Bauart, erübrigt sich ein nochmaliges Eingehen auf diese, und es wird lediglich
die Kontakteinrichtung beschrieben. Das freie Ende der Nehemvelle 25 hzW. 26 wirkt
hierbei auf einen Kontakthebel .I9 bzw. 5o ein. Dadurch wird der Kontakt 39 hzw.-to
geschlossen, und es fließt ein Strom von der Batterie 41 bzw. 42 durch die Spule
des Elektromagneten 37 bzw. 38 über den Kontakt 39 bzw. 4o, den Kontakthebel .:19
bzw. 5o, die Feder.43 bzw. 44 nach ;f bzw. 52 und von da zurück zur Batterie. Dieser
Strom hat zur Folge, daß der Elektromagnet 37 bi«-. 38 seinen Anker 45 bzw. 46 anzieht
und dadurch mittels des Winkelhebels 47 bzw. .I8 die Klauenkupplung 9 bzw. io ausrückt.
Sinkt beispielsweise infolge einer Motorstörung das Drehmoment der einen Kurbelwelle
2 unter ein vorgeschriebenes Maß, so wird bei geeigneter Anordnung der Kontakte
erreicht, daß die Klauen.kupplung io ausgerückt wird, während die keiner Störung
unterworfene Kurbelwelle i auch weiterhin die Luftschraube 13 antreibt. Mit
der Schaltvorrichtung für die Klauenkupplung kann nach der Erfindung auch eine Vorrichtung
zum Unterbrechen des Zündstromes und der Brennstottzufuhr gekuppelt sein.
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Aus A.bb. 3 ist die Wirkungsweise der Pfei1-radanordnung klar zu erkennen.
Wird in die Hilfswelle 8 ein Drehmoment ini Sinne des um die .Welle geschlungenen
Pfeiles eingeleitet, so verdreht sich ein Punkt am Umfang des auf dieser Welle befindlichen
schräg- , verzahnten Zahnrades 21 beispielsweise um einen Betrag a gegenüber dem
schräg verzahnten Rade i j auf dem drehsteifen Rohr i"5.
Dadurch
verschiebt sich der ideelle Schnittpunkt der Zahnflanken um einen Betrag b vom Punkt
35 nach Punkt 36. Die Größe dieser Verschiebung ist außer von der Größe von a auch
noch von dem Winkel a abhängig, um den die Flanken des Zahnrades gegenüber einer
Mantellinie schräg liegen. Sie beträgt: