DD249332A1 - DEVICE FOR MEASURING THE TORQUE OF A TRANSMITTED MACHINE - Google Patents

Abstract

Einrichtung zur messtechnischen Erfassung des Drehmomentes einer mit Staenderfuessen versehenen Maschine, vorzugsweise eines Motors, unter Verwendung von Elementen zur elastischen Kraftuebertragung und Schwingungsdaempfung sowie von Gebern, welche in Abhaengigkeit einer mechanischen Belastung ein elektrisches Signal abgeben bzw. eine angelegte Spannung veraendern, wobei die Geber an bzw. in den Elementen zur elastischen Kraftuebertragung und Schwingungsdaempfung angeordnet sind. Die Erfindung ist vorzugsweise fuer eine Anwendung in der Antriebstechnik, z. B. bei Foerder- und Hebezeugen zur drehmomentabhaengigen Feststellung der zulaessigen Grenzbelastung vorgesehen. Fig. 1Means for the metrological detection of the torque of a stator-equipped machine, preferably a motor, using elements for elastic force transmission and vibration damping and donors, which emit an electrical signal depending on a mechanical load or change an applied voltage, the encoder to or in the elements for elastic Kraftuebertragung and vibration damping are arranged. The invention is preferably for an application in the drive technology, for. B. provided at Foerder- and hoists for torque-dependent determination of the permissible limit load. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten ZeichnungenFor this 2 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur meßtechnischen Erfassung des Drehmomentes einer mit Ständerfüßen versehenen Maschine, insbesondere eines Gleich- oder Drehstrommotors. Die Erfindung ist vorzugsweise für eine Anwendung in der Antriebstechnik, z. B. bei Förder- und Hebezeugen zur drehmomentabhängigen Feststellung der zulässigen Grenzbelastung vorgesehen.The invention relates to a device for metrological detection of the torque of a provided with stand feet machine, in particular a DC or three-phase motor. The invention is preferably for an application in the drive technology, for. B. provided for conveying and lifting gear for torque-dependent detection of the permissible limit load.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Für hochwertige geregelte Drehstrom- oder Gleichstromantriebe ergibt sich die Notwendigkeit der Erfassung desFor high-quality controlled three-phase or DC drives, there is the necessity of capturing the

Augenblickswertes des, dem Motor abgeforderten Drehmomentes. Besonders für drehzahlvariable Asynchronmotoren ist die meßtechnische Erfassung des Drehmomentes problematisch, da eine direkte Ableitung des Drehmomentes auf den elektrischen Eingangsgrößen der Asynchronmaschine nicht möglich ist. Für Untersuchungen unter labormäßigen Bedingungen ist esInstantaneous value of the torque requested by the motor. Especially for variable speed asynchronous motors, the metrological detection of the torque is problematic because a direct derivative of the torque on the electrical input variables of the asynchronous machine is not possible. For investigations under laboratory conditions it is

bekannt, das Moment mittels einer Pendelmaschine zu messen. Nachteilig ist hierbei der erhebliche Aufwand und dieknown to measure the moment by means of a pendulum machine. The disadvantage here is the considerable effort and the

Störanfälligkeit, die einen Industrieeinsatz unter härteren Bedingungen ausschließen.Susceptibility to failure, which precludes industrial use under tougher conditions.

Es ist weiterhin bekannt, das Drehmoment mit Hilfe einer Meßwelle, die zwischen Antriebs- und Arbeitsmaschine angeordnet ist, zu erfassen. Hierbei erfordert die exakte Meßwertübertragung von der rotierenden Meßwelle einen hohen technischen Aufwand für die Erfassungseinrichtung, so daß auch hier ein breiter Industrieeinsatz ausgeschlossen bleibt.It is also known to detect the torque by means of a measuring shaft which is arranged between drive and working machine. In this case, the exact measured value transmission from the rotating measuring shaft requires a high technical outlay for the detection device, so that here too a broad industrial use remains excluded.

Bekannt sind weiterhin indirekte Verfahren zur Bestimmung des Drehmomentes bei elektrischen Antrieben, welche dieAlso known are indirect methods for determining the torque in electric drives, which the

Momentanwerte des Motorstromes und der Motorspannung auswerten.Evaluate the instantaneous values of the motor current and the motor voltage.

Diese indirekten Verfahren sind mit einem sehr großen Aufwand für die Informationselektronik zur Auswertung derThese indirect methods are very costly for the information electronics for the evaluation of the

Momentanwerte verbunden, beispielsweise bei der feldorientierten Regelung von drehzahlvariableri Drehstrommaschinen.Current values connected, for example, in the field-oriented control of variable speed three-phase AC machines.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Die Erfindung bezweckt die Vermeidung der Nachteile des Standes der Technik im Hinblick auf eine Aufwandsreduzierung der Erfassungseinrichtung für das Drehmoment von Antriebsmaschinen mit Ständerfußbefestigung.The invention aims at avoiding the drawbacks of the prior art in terms of reducing the cost of the torque detecting apparatus of stator-mount type driving machines.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Die technische Aufgabe, die durch die Erfindung gelöst wirdThe technical problem which is solved by the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung zur Erfassung des Drehmomentes einer Antriebsmaschine mit Ständerfußbefestigung, insbesondere eines Gleich- oder Drehstrommotors, unter Vermeidung der meßtechnischen Auswertung des Motorstromes und der Motorspannung oder der Verwendung einer rotierenden Meßwelle bzw. einer Pendelmaschine zu schaffen.The invention has for its object to provide a device for detecting the torque of a drive machine with Ständerfußbefestigung, in particular a DC or AC motor, while avoiding the metrological evaluation of the motor current and the motor voltage or the use of a rotating measuring shaft or a pendulum machine.

Merkmale der ErfindungFeatures of the invention

Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird unter Verwendung von Elementen zur elastischen Kraftübertragung und zur Schwingungsdämpfung, sowie unter Verwendung von Gebern, welche in Abhängigkeit einer mechanischen Belastung ein elektrisches Signal abgeben bzw. eine angelegte Spannung verändern, dadurch gelöst, daß an den bzw. in den Elementen zur elastischen Kraftübertragung und Schwingungsdämpfung die Geber zur Erfassung des Drehmomentes nach einer Auswertung der von den Gebern abgegebenen Signale angeordnet sind. Gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung sind die Geber als Dehnungsmeßstreifen oder als Druckgeber ausgebildet. Die Dehnungsmeßstreifen sind mit Langlöchern an beiden Enden zur Anbringung an den mit Aufnahmevorrichtungen, vorzugsweise Gewindebohrungen, ausgerüsteten Elementen zur elastischen Kraftübertragung und Schwingungsdämpfung versehen. Die als Druckgeber ausgebildeten Geber sind konstruktiv in den Elementen zur elastischen Kraftübertragung bzw. zwischen Maschinenfuß und Standfläche angeordnet. Vorzugsweise ist jedem Maschinenfuß je ein Geber der gleichen Art zugeordnet, wobei die auf einer Seite der Maschine sich befindlichen Geber elektrisch paarweise geschaltet sind bzw. es sind auf jeweils einer Seite der Maschine Geber einer Art vorgesehen und elektrisch paarweise geschaltet. Vorzugsweise werden die als Dehnungsmeßstreifen ausgebildeten Geber nach der Montage der Maschine, d. h. im durch die Masse der Maschine belasteten Zustand der elastischen Elemente zur Kraftübertragung angebracht.The object of the invention is based on using elements for elastic force transmission and vibration damping, and using donors, which emit an electrical signal or change an applied voltage depending on a mechanical load, achieved in that or in the elements for elastic force transmission and vibration damping, the encoders for detecting the torque are arranged after an evaluation of the signals emitted by the encoders. According to a further embodiment of the invention, the encoders are designed as strain gauges or as pressure transmitters. The strain gauges are provided with elongated holes at both ends for attachment to the devices equipped with receiving devices, preferably threaded holes, elastic force transmission elements and vibration damping. The trained as a pressure transducer encoders are structurally arranged in the elements for elastic power transmission or between the machine base and footprint. Preferably, each machine foot is associated with a respective encoder of the same type, wherein the encoders located on one side of the machine are electrically connected in pairs or are provided on each side of the machine encoders of a kind and electrically connected in pairs. Preferably, the sensors designed as strain gauges after assembly of the machine, d. H. mounted in the loaded by the mass of the machine state of the elastic elements for power transmission.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen Fig. 1 und 2 näher erläutert.The invention will be explained in more detail with reference to the drawings Fig. 1 and 2.

Fig. 1: zeigt schematisch die Befestigung eines Ständerfußes der Maschine mittels eines Elementes zur elastischenFig. 1: shows schematically the attachment of a stator foot of the machine by means of an elastic element

Kraftübertragung und Schwingungsdämpfung auf der Standfläche; Fig.2: zeigt die schematische Darstellung einer Maschine mit den, den Ständerfüßen zugeordneten Gebern.Power transmission and vibration damping on the stand area; 2 shows the schematic representation of a machine with the, the stand feet associated donors.

Gemäß Fig. 1 sind zwischen den Ständerfüßen 5 der Maschine und der Standfläche 6 Elemente zur elastischen Kraftübertragung und Schwingungsdämpfung, welche aus den Anschlußbolzen 1; 2 sowie dem elastischen Übertragungsmedium 3 bestehen, angeordnet. An dem elastischen Übertragungsmedium 3 ist beispielsweise ein Geber in Form eines Dehnungsmeßstreifens mechanisch derart angeordnet, daß er die Bewegungen des elastischen Mediums in ein proportionales elektrisches Signal umsetzen kann. Vorzugsweise wird der als Dehnungsmeßstreifen ausgebildete Geber 4 nach dem Aufsetzen der Maschine auf das Element zur elastischen Kraftübertragung an dieses, mit entsprechenden Aufnahmevorrichtungen, insbesondere Gewindebohrungen, versehene Element angebracht. Durch diese Maßnahme verringert sich der spätere Aufwand an Abgleich- und Justierarbeiten. Das an der Maschinenwelle wirkende Drehmoment ruft nun während des Betriebes ein entgegengesetzt gerichtetes Moment am feststehenden Stator hervor, welches über die mit Gebern 4 versehenen Elemente zur elastischen Kraftübertragung und Schwingungsdämpfung auf die Standfläche 6 übertragen wird. Vorzugsweise sind alle Ständerfüße 5 der Maschine bzw. deren zugeordnete Elemente zur elastischen Kraftübertragung mit je einem Geber versehen, wobei jeweils die auf einer Seite der Maschine angeordneten Geber elektrisch paarweise zusammengeschaltet sind. Aus der Differenz der Gebersignale jeder Gruppe bzw. jedes Paares läßt sich unter Zugrundelegung der Motorgeometrie sowohl das an der Welle wirkende Drehmoment als auch die Drehrichtung ermitteln.1 are between the stator feet 5 of the machine and the base 6 elements for elastic transmission and vibration damping, which consists of the connection pin 1; 2 and the elastic transmission medium 3, arranged. On the elastic transmission medium 3, for example, an encoder in the form of a strain gauge is mechanically arranged so that it can convert the movements of the elastic medium into a proportional electrical signal. Preferably, the sensor 4 is designed as a strain gauge after mounting the machine on the element for the elastic transmission of this, provided with corresponding receiving devices, in particular threaded holes, provided element. By this measure, the subsequent cost of balancing and adjustment reduced. The torque acting on the machine shaft now causes an oppositely directed torque on the stationary stator during operation, which is transmitted to the base 6 via the elements 4 provided with transmitters for elastic force transmission and vibration damping. Preferably, all stator feet 5 of the machine or their associated elements for elastic power transmission are each provided with a transmitter, with the sensors arranged on one side of the machine being electrically interconnected in pairs. From the difference of the encoder signals of each group or each pair, the torque acting on the shaft as well as the direction of rotation can be determined on the basis of the motor geometry.

Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß ein relativ geringer mechanischer Aufwand zur Realisierung der meßtechnischen Erfassung des Drehmomentes erforderlich ist. Die Störanfälligkeit wird gegenüber den bekannten Methoden und Anordnungen erheblich gemindert, so daß eine meßtechnische Erfassung des Drehmomentes auch unter härteren Betriebsbedingungen im industriellen Einsatz ermöglicht wird. Weiterhin ermöglicht die Erfindung eine schnelle und hinreichend genaue Erfassung des Drehmomentes und erlaubt eine relativ schnelle Weiterverarbeitung der gewonnenen Signale, beispielsweise in nachgeschalteten Regelkreisen. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß weder mechanische noch elektrische Veränderungen oder Eingriffe an den Maschinen erforderlich sind. Mit der Montage der als Dehnungsmeßstreifen ausgebildeten Geber nach dem Aufsetzen der Maschine auf die Elemente zur elastischen Kraftübertragung und Schwingungsdämpfung ergibt sich der weitere Vorteil, daß Abgleich- und Justierarbeiten auf ein Minimum beschränkt werden können.The advantages of the invention are to be seen in particular in that a relatively low mechanical effort for the realization of the metrological detection of the torque is required. The susceptibility is significantly reduced compared to the known methods and arrangements, so that a metrological detection of the torque is made possible even under tougher operating conditions in industrial use. Furthermore, the invention enables a fast and sufficiently accurate detection of the torque and allows a relatively fast further processing of the signals obtained, for example in downstream control loops. Another advantage is the fact that neither mechanical nor electrical changes or interventions on the machines are required. With the installation of trained as strain gauges after placing the machine on the elements for elastic force transmission and vibration damping results in the further advantage that adjustment and adjustment can be minimized.

Claims (8)

1. Einrichtung zur meßtechnischen Erfassung des Drehmomentes einer mit Ständerfüßen versehenen Maschine, vorzugsweise eines Motors, unter Verwendung von Elementen zur elastischen
Kraftübertragung und zur Schwingungsdämpfung sowie von Gebern, welche in Abhängigkeit einer mechanischen Belastung ein elektrisches Signal abgeben bzw. eine angelegte Spannung
verändern, dadurch gekennzeichnet, daß an den bzw. in den Elementen zur elastischen
Kraftübertragung und Schwingungsdämpfung die Geber zur Erzeugung bzw. Veränderung eines
Signales zur Erfassung des Drehmomentes angeordnet sind.Anspruch [en] A device for measuring the torque of a stator-provided machine, preferably an engine, using elastic elements
Power transmission and vibration damping and donors, which emit an electrical signal or an applied voltage depending on a mechanical load
Change, characterized in that at the or in the elements to the elastic
Power transmission and vibration damping the encoder for generating or changing a
Signals are arranged to detect the torque. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber als Dehnungsmeßstreifen
ausgebildet sind.2. Device according to claim 1, characterized in that the encoder as strain gauges
are formed. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Geber als Druckgeber ausgebildet sind.3. Device according to claim 1, characterized in that the encoders are designed as a pressure transducer. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die als Dehnungsmeßstreifen
ausgebildeten Geber mit Langlöchern an beiden Enden zur Anbringung an den mit
Aufnahmevorrichtungen, vorzugsweise Gewindebohrungen, ausgerüsteten Elementen zur
elastischen Kraftübertragung versehen sind.4. Device according to claim 1 and 2, characterized in that the strain gauges
trained donors with slotted holes at both ends for attachment to the
Receiving devices, preferably threaded holes, equipped elements for
elastic power transmission are provided. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Druckgeber ausgebildeten Geber konstruktiv in den Elementen zur elastischen Kraftübertragung angeordnet sind.5. Device according to claim 1 and 3, characterized in that the sensors designed as a pressure transducer are structurally arranged in the elements for the elastic transmission of force. 6. Einrichtung nach Anspruch 1,3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die als Druckgeber
ausgebildeten Geber zwischen Maschinenfluß und Standfläche angeordnet sind.6. Device according to claim 1,3 and 5, characterized in that the pressure transducer
trained donors between machine flow and footprint are arranged. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Maschinenfuß je ein Geber der gleichen Art zugeordnet ist, wobei die auf einer Seite der Maschine sich befindlichen Geber
elektrisch paarweise geschaltet sind.7. Device according to claim 1 to 6, characterized in that each machine base is associated with a respective encoder of the same type, wherein the encoder located on one side of the machine
are electrically switched in pairs. 8. Einrichtung-naeh-Anspxuch Lbis 7, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeweils einer Seite der
Maschine Geber einer Art vorgesehen und elektrisch paarweise geschaltet sind.8. Device-naeh-Anspxuch Lbis 7, characterized in that on one side of the
Machine encoder of a kind provided and electrically connected in pairs.