DE7625211U1 - Messwertaufnehmer zum beruehrungslosen messen von werkstoffspannungen, insbesondere von drehmomenten an rotierenden wellen, insbesondere bei extremen umgebungsbedingungen - Google Patents

Description

ZAHJSRADPABRIK PRIEDRICHSHAi¹M Aktiengesellschaft
Pri edrichshafen

Meßwertaufnehmer zum berührungslos es Messen von WerkstoffSpannungen, insbesondere von Drehmomenten an rotierenden Wellen, insbesondere "bei extremen TJmpebursgsbedingungen

Die Erfindung betrifft einen Meßwertaufnehmer zum berührungslosen Messen von Werkstoffspannungen, insbesondere von Drehmomenten an rotierenden Wellen. Sie besteht aus auf die zu messende Welle aufgeklebten Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen einer Meßbrücke, aus induktiven Übertragungssystemen zur Zuführung der Brücken speisespannung sowie zur Übertragung der Brückendiagonalspannung auf ein nach dem Trägerfrequenzverfahren arbeitendes Meßgerät.

Bekannt ist eine Einrichtung zur Drehmomentmessung (DT-OS 2 148 493) an Wellen mit hoher D_rehzahl, bei der die mit mittels

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Induktionsspulen übertragene Tonfrequenzspannung gleichgerichtet und zur Speisung der Dehnungsmeßstreifenbrücke benutzt wird. Die an der Auegangediagonalen auftretende Meß spannung wird zur Steuerung eines Analog-Digital-Wandlers benutzt, so daß die Ausgangsfrequenz dem Meßwert proportional ist. Diese Auegangsfrequenz kann nur durch eine nachgeschaltete Auewertelektronik in eine korrekturfähige digitale Anzeige umgewandlet werden.

Diese bekannte Einrichtung zur Drehmomentmessung ist insbesondere für hohe Drehzahlen - bis zu 15 000 Umdrehungen -ausgelegt und wird bei normalen Temperaturverhältnissen ausreichend genaue Meßergebnisse liefern. Um jedoch die bei hohen Drehzahlen auftretenden beträchtlichen Fliehkräfte möglichst

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und der Stromversorgungsteil in Achsmitte der Drehmomentmeßwelle angeordnet. Diese Maßnahme setzt jedoch einen Mindestdurchmesser der Meßwelle voraus, der nicht unterschritten werden kann. Außerdem wird diese Anordnung bei höherer Umgebungstemperatur ungenaue Resultate liefern. Diese Einrichtung erfordert somit einen erheblichen Aufwand.

Schließlich sind in dem Aufsatz "Drehmomentmessung mit elektrischem Signalausgang¹¹ (Zeitschrift für industrielle Fertigung 63 (1973)_f Seite 289 bis 292) Drehmomentmeßwellen mit schleifringlos er Übertragung der Brlickenspeisespannung und des Brückendiagonalsignals beschrieben.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Drehmomentmeßnabe geringem Eiiibau volumen zu erstellen, die sowohl bei hohen Drehzahlen als auch bei hohen Umgebungstemperaturen (z. B. 180° C) genaue Werte liefert.

Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht in einem Meßwertaufnehmer nach Patentanspruch 1 bzw. Patentanspruch 2.

Der Meßwertaufnehmer nach vorliegender Erfindung ist sehr kompakt und kann ohne Schwierigkeiten mit geringen Außenabmessungen aus Serienteilen des Elektromaschinenbaus und somit sehr wirtschaftlich gefertigt werden ,

Außer dem geringen Einbauvolumen zeichnet sich der vor-

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zahlen, hohe Umgebungstemperaturen (bis zu 180° C) sowie durch seine Widerstandsfähigkeit bei hohen Beschleunigungen und gegen aggressive Gase und Flüssigkeiten aus. Perner ist der vorgeschlagene Meßwertaufnehmer wartungsfrei.

In den Zeichnungen zeigt
Pig. 1 ein Schaltbild des Meßwertaufnehmers;

Pig. 2 das Schaltbild eines Gerätes zur Lieferung der Brackenspeisespannung und zum Messen der Brückendiagonalspannung nach dem Trägerfrequenzverfahren.

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- 4 -Fig. 3 den Einbau eines Meßwertaufnehmers.

Der Meßwertaufnehmer besteht aus einer Meßbrücke mit den vier Dehnungsmeßstreifen R1, R2, R3, R4. Vorzugsweise werden Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen eingesesetzt, bei denen das Verhältnis von Meßsignal und Dehnung groß ist und daher auch ein größerer k-Faktor vorhanden ist. Gegenüber einem Meßsignal im Millivolt-Bereich liegt bei Halbleiter-Dehnungsstreifen das Meßsignal im Voltbereich. Zur Kompensation des Nullpunktes der Meßbrücke ist zwischen den beiden Dehnungsmeßstreifen R3 und R4 ein Abgreifwiderstand R5 aus bifilar aufgebrachten Kupfer- oder Manganindrähten angeordnet. Der Schleifer bildet den Anschlußpunkt D der Brücke. Der Anschlußpunkt A der Meßbrücke zwischen den beiden Dehnungsmeßstreifen R1 und R2 ist mit der Rotorepule P1 des induktiven Übertragungssystems 11 für die Speiseopcujijuug vex-üuuüen. Das andere ϋ,τιαβ aer itoxorepuXe ri ist mn; dem Anschlußpunkt D an dem Abgreifwiderstand R5 verbunden. Die Rotorspule P1 ist von einer Statorspule S1 umschlossen, der die zu tibertragende Speisespannung für die Meßbrücke über₍'die Anschlußpunkte a und c zugeführt wird.

Die an den Anschlußpunkten B und G abzunehmende Meßspannung wird der Rotorspule P2 des induktiven Übertragungssystems 12 zugeführt. Die Meßspannung wird von der Statorspule S2 über die Anschlußpunkte b und d einer Meßeinrichtung zugeführt.

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Da die Halbleiter-Dehnungsmeßstreiben gegenüber Temperatur-Schwankungen empfindlich sind, ist zur Temperaturkompensation der Meßwerte parallel zur Rotorspule P2 oder parallel zur Statorspule S2 ein temperaturabhängiger Widerstand (NTC oder PTC) X6, R6a geschaltet.

Um die durch die induktive Übertragung bedingte Phasenverschiebung der Meßspannung am Ausgang b/d gegenüber dem !Eingang a/c der Speisespannung aufzuheben, ist parallel zur Spule S2 ein Phasenschieber mit einem Potentiometer r und einem Kondensator k angeordnet.

In der Anordnung der Meßbrücke mit Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen und mit den beschriebenen Vorkehungen zum Ausgleich der temperaturbedingten Abweichungen können Meßgenauigkeiten mit Abweichungen bis 1,5 5^ erreicht werden. Werden dagegen in der Meßbrücke übliche Dehnungsmeßstreifen mit Drahtwendel angeordnet, so muß mit Meßfehlern bis zu 5 # gerechnet werden.

In Pig. 2 ist in einer beispielsweisen Ausführung ein Gerät zur Erzeugung der Brückenspeisespannung sowie zum Messen der Brücken diagonalspann ung schematisch dargestellt.

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In dem dargestellten Schema speist eine Gleichstromquelle N einen Oszillator O, der den für die induktiven Über tragung ssysteme notwendigen Wechselstrom liefert. Selbstverständlich kann anstelle der Gleichstromquelle auch eine Wechselstromquelle vorgesehen werden.

Die an das zweite Übertragungssystem 12 angeschlossene Meßeinrichtung besteht aus einem Verstärker V, einem Demodulator Q sowie einem Ausgangsverstärker mit Glättungsfilter P und dem Meßgerät M. Zum Einregulieren des Verstärkers V sind in ihm ein veränderlicher Widerstand R7 und ein veränderlicher Kondensator K angeordnet. Zur Ein regelung der Phasenlage ist zwischen dem Oszillator 0 und dem Demodulator Q ein Phasenschieber P angeordnet.

Durch einen auf der Meßwelle angeordneten Eichwertgeber kann die gesamte Meßeinrichtung in einfacher Weise überprüft werden. Über einen Reed-Kontakt Sch ist ein Widerstand R8 parallel zu einem Halbleiter-Dehnungsmeßstreif en, z. B. zu R1 angeordnet. Über den Reed-Kontakt Sch kann mittels einer ruhenden Ringspule der Widerstand eingeschaltet werden. An dem Meßgerät muß eine dem bekannten Widerstand R8 und der mechanischen Größe entsprechende Anzeige erfolgen.

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Pig. 3 zeigt die Anordnung des Meßwertaufηehmers in einer Drehmomen tmeßnabe. Hierin ist 1 der Eingan gsf lan sch mit der Messwelle 2, die über die Hohlwelle 3 mit dem Ausgangsflansch mittels Keilwellenprofil verbunden ist.Auf die Messwelle 2 ist die Meßbrücke R aufgeklebt. Um eine gegenseitige Beeinflussung der beiden induktiven Übertragungssysteme 11 und 12 zu vermeiden, muß zwischen diesen ein ausreichender Abstand eingehalten werden. Es ist daher zweckmäßig, zwischen den beiden Übertragungssystemen das für die Lagerung erforderliche Lager 6 anzuordnen. Pur die beiden Übertragungssysteme beträgt der Querschnitt der einzelnen

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Spulen ca. 0,5 cm , so daß diese Spulen überall eingebaut werden können. Mittels einer Steckverbindung 5 wird die erforderliche elektrische Energie für die Meßbrücke zugeführt bzw. mit einer nach dem Trägerfrequenzverfahren arbeitenden Meßeinrichtung verbunden.

5. 8. 1976

T-PA Sehr/sz 7J

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Claims (1)

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   Anspruch

   Drehmomentmeßnabe mit Meßwertaufnehmer, bestehend aus einem Eingangsflansch mit Meßwelle, einem Ausgangsflansch und einer Keilwellenkupplung zur Kraftübertragung mit einer auf die Meßwelle aufgeklebten Meßbrücke mit zwei am Stator angeordneten Spulen und mit zwei Rotorspulen, die an einer mit Innenprofil versehenen Hohlwelle, die dem Antriebsflansch zugeordnet ist, befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein temperaturabhängiger Widerstand (R6, R6a) parallel zur Stator-(S2) oder Rotor-(P2)Spule angeordnet und die Meßbrücke (R) ans Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen zusammengesetzt ist und daß zwischen den Stator- und Rotorspulenpaaren (S1/P1; S2/P2) das Lager (6) am Stator und der Hohlwelle (3) bzw. der Meßwelle (2) angeordnet ist.

   Akte 5350

   05.08.1980
   T-PA pz-hg