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Gerät zum Messen von Drehmomenten oder Leistungen Die Erfindung bezieht
sich auf ein Gerät zum Messen von Drehmomenten oder Leistungen, die mechanisch übertragen
werden. Es ist bekannt, das durch Wellen übertragene Drehmoment aus der Verdrehmig
eines Wellenstücks 7u bestimmen, indem die gegenseitige Verdrehung zweier im bestimmten
Abstand voneinander liegender Wellenteile gemessen wird. Bei diesen bekannten Einrichtungen
läuft jedoch die Meßeinrichtung mit der Welle um, und es sind umfangreiche zusätzliche
Einrichtungen notwendig, die die Übertragung des Meßergebnisses zwecks Ablesung
auf einen feststehenden Teil ermöglichen. Ferner sind Einrichtungen dieser Art bekannt,
bei denen mehrere Zahnräder eingeschaltet werden und wobei an irgendeiner Stelle
ein Reaktionsdruck auftritt, der dem übertragenden Drehmoment proportional ist und
gemessen wird. Hierzu-bedarf es also auch einer besonders in den Kraftfluß eingeschalteten
zusätzlichen Einrichtung, die verhältnismäßig umfangreich ist.
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Die Erfindung vermeidet diese Nachteile, indem der Kraftfluß über
eine besonders ausgebildete Welle geleitet wird, wobei jedoch die Meßeinrichtung
und alle mit ihr verbundenen Teilt feststehen. Das geschieht dadurch, daß die Welle
eine doppelte Kröpfung erhält. Das Mittelstück zwischen den beiden Kröpfungen wird
durch die von der Welle
übertragenden Torsionskräfte radial, also
exzentrisch verlagert, und diese Verlagerung ist dem übertragenen Drehmoment proportional.
Die Verlagerungen können beispielsweise dadurch gemessen werden, daß das Mittelstück
als kreisr-unde Scheibe ausgebildet ist. Die durch das Drehmoment hervorgerufene
Exzentrizität des Mittelstücks macht sich beim Umlauf als Radiailschlag bemerkbar
und kann durch ein feststehendes Meßgerät abgetastet werden. Auch elektrische Messung
des Radialschlages ist durch ein feststehendes Gerät dadurch möglich, daß sich beim
Umlauf des Mittelstücks der Luftspalt zwischen ihm und dem Gerät ändert. Diese Luftspaltänderungen
können durch ein Meßinstrument gemessen oder an einem Oszillographen dargestellt
werden, Ausführungsbeispiele des Erfindungsgedankens sind in der Zeichnung schematisch
dargestellt, und zwar zeigt Abb. i die gekröpfte Welle in Seitenansicht, Abb. 2
einen Querschnitt durch die Kröpfung der Welle bei gleichzeitiger Anordnung eines
Elektromagneten, Abb. 3 das an einem Oszillographen erscheinende Kurvenbild.
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In die Welle a, die das Drehmoment überträgt, ist eine Doppelkröpfung
eingeschaltet, die aus den beiden Wangen b und c, den Zapfen d und
e und dem runden Mittelstück f besteht. Die beiden Wangen b und c
können gleichfalls als runde Scheiben ausgebildet sein, sie können dann zu Differenzmessungen
benutzt werden, auf die später noch eingegangen wird.
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Wenn ein Drehmoment durch die Welle hindurchgeleitet wird, dann bewirkt
die elastische Verdrehung der Kurbelzapfen d und e eine exzentrische Verlagerung
des Mittelstücks f. Es entsteht infolgedessen beim Umlauf durch die exzentrische
Verlagerung ein Radialschlag des Mittelstücks, dessen Größe von dem durchgeleiteten
Drehmoment abhängig ist und der in Abb. 2 durch zwei kleine Pfeile gekennzeichnet
ist. Dieser Radialschlag kann auf mechanischem oder elektrischem Wege abgetastet
und damit gemessen werden. Mechanisch kann dies-es Abtasten beispielsweise durch
eine Meßuhr erfolgen, die an den äußeren Umfang des Mittelstücksf herangeführt wird.
Die Größe der Meßuhrausschläge entsprechen dann dem gesuchten Drehmoment. Die Meßuhr
kann jedoch auch durch eine entsprechende Bremsvorrichtung so eingestellt werden,
daß sie selbsttätig stets den Maximalausschlag anzeigt. Ferner ist eine mechanische
Abtastung mit anschließender optischer Übertragung möglich, insbesondere bei höheren
Drehzahlen. So kann beispielsweise durch den Tasthebel ein Drehspiegel gesteuert
werden, der von einer Lichtquelle beleuchtet wird und die Schwingungen als Lichtband
auf eine Mattscheibe reflektiert. In Verbindung mit der Mattscheibe kann eine Skala
vorgesehen werden, auf der das Drehmoment unmittelbar bestimmt wird. Die elektrische
Messung wird am einfachsten durch Verwendung von Magneten vorgenommen, die entsprechend
der Luftspaltänderung Induktionsströrne in Meßspulen hervorrufen. Hierfür kommen
beispielsweise permanent- oder fremderregte Hufeisenmagneteg in Betracht. Die dem
Radialschlag entsprechende Luftspaltänderung bewirkt eine Änderung im Kraftlinienfluß
durch die Wange und damit eine induzierte Wechselspannung an der Meßspule. Die Wechselspannung
ist proportional dem Drehmoment mal der Drehgeschwindigkeit. Ein gewöhnliches Wechseistrommeßinstrument
zeigt also unmittelbar die Leistung an. Bei Anschluß e;nes Registriergerätes kann
die Leistung in Abhängigkeit von der Zeit oder dem Umlauf der Welle aufgezeichnet
werden. Wenn eine elektrische Integrierschaltung (R-C-Glied) in die Zuleitung zum
-Nleßgerät gelegt wird, wird das Drehmoment an Stelle der Leistung zur Anzeige gebracht.
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Die in Abb. i dargestellte Einrichtung kann unmittelbar in den NN'ellenstrang
eingefügt werden. Bei längeren Wellen empfiehlt es sich, besondere Zwischenlager
nahe der Einrichtung vorzusehen, um unerwünschte Wellenschwingungen zu vermeiden.
Wenn die Anbringung besonderer Lager nicht angängig ist oder nicht wünschenswert
erscheint und Wellenschwingungen auftreten, dann können diese dadurch eliminiert
werden, daß bei kreisrunder Ausbildung der Wangenstücke b und c
an
deren Umfang an einem oder beiden Wangenstücken gleiche Magnete angebracht werden
wie bei dem Mittelstück. Die Stromkreise sind dann so zu legen, daß eine Differenzmessung
zwischen dem Radialschlag der äußeren Wangenteile und dem Mittelstück möglich ist.
Dadurch gehen die Schwingungen der Welle nicht in die Messung ein, sondern es wird
tatsächlich nur der Radialschlag des Mittelstücks gegenüber den äußeren Wangenstücken
gemessen, so daß die Messung wiederum dem durch die Welle geleiteten Drehmoment
proportional ist. Bei einer derartigen Anordnung ist es zweckmäßig, die Wangenstücke
gemeinsam zu überdrehen. Die elektrische Meßeinrichtung ist weiterhin geeignet,
Drehmomentschwankungen während des Umlaufes trägheitslos auf einen Oszillographenschirm
zur Anzeige zu bringen. Der Radialschlag wird dabei nach Größe und Phasenlage durch
zwei um go, gegeneinander versetzte Magnete gemeissen, die ihre Spannungen den beiden
Plattenpaaren des Oszillographen zuführen. Das Drehmoment bzw. der ihm proportionale
Radialschlag wird dadurch als rotierender Vektor dargestellt, wie in Abb.
3 angedeutet. Die Größe des Drehmomentes entspricht dem Radius des Lichtpunktkreises;
Drehmomentschwankungen während des Umlaufes bewirken Abweichungen von der Kreisform,
so daß sie ohne -weiteres als Funktion des Drehwinkels abgebildet werden. Diese
Anordnung läßt sich besonders bei der Untersuchung des Ungleichförmigkeitsgrades
von Kolbenmaschinen verwenden. Die Umformung des gleichbleibenden Verdrehwinkels
elastischer Wellenteile in einen Radialschlag, der gegenüber einem Festpunkt als
Schwingung gemessen werden kann, ermöglicht auch die Verwendung von elektrodynamischen
Schwingungsmeßgeräten,
weil diese nicht auf gleichbleibende, sondern nur auf wechselnde Auslenkungen ansprechen.