DE1183276B - Anordnung zur Drehmomentmessung an rotierenden Wellen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Drehmomentmessung an rotierenden Wellen Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehmomentmessung an rotierenden Wellen, die zur Feststellung der drehmomentabhängigen elastischen Drillung an zwei verschiedenen Stellen der Welle angebrachte Blendenscheiben und mit diesen zusammenwirkende oszillatorische Tastköpfe zur Abgabe drehzahlproportionaler Impulsfrequenzen aufweist, deren Phasenlage in einem logischen UND-Glied verglichen wird.
• Die Erfindung besteht darin, daß zur Anzeige des vorzeichenbewerteten Drehmomentes ein zweites UND-Glied vorgesehen ist, in dem ein Phasenvergleich zwischen der antivalenten Ausgangsgröße des einen Tastkopfes und der Ausgangsgröße des anderen Tastkopfes durchgeführt wird, und daß eine mittels der beiden UND-Glieder einschaltbare Konstantstromquelle an jeweils eine von zwei gegensinnig gewickelten Spulen eines mitteiwerthildenden Meßinstrumentes angeschlossen ist.
• Nach der weiteren Erfindung ist zur gleichmäßigen Strombelastung bei der vorzeichenbewerteten Anzeige des Drehmomentes die Konstantstromquelle an eine der beiden gegensinnig gewickelten Spulen über zwei ausgangsseitig parallel geschaltete UND-Glieder angeschlossen, in denen einerseits die Ausgangsgröße der beiden Tastköpfe und andererseits die antivalente Ausgangsgröße verglichen werden, und die Konstantstromquelle liegt außerdem an der anderen Spule über zwei weitere ausgangsseitig parallel geschaltete UND-Glieder, von denen das eine mit der antivalenten Ausgangsgröße des einen Tastkopfes und der Ausgangsgröße des anderen Tastkopfes und das andere mit der Ausgangsgröße des einen Tastkopfes und der antivalenten Ausgangsgröße des anderen Tastkopfes beaufschlagt wird.
• Es ist bekannt, zur elektrischen Drehmomentmessung an rotierenden Wellen an verschiedenen Stellen der Welle Impulsgeber anzubringen und die Phasenverschiebung der abgegebenen drehzahlproportionalen Impulsfrequenzen festzustellen. Die Phasenverschiebung der Impulsfrequenzen hängt von der elastischen Verdrillung der Welle zwischen den Impulsgebern ab und ist damit ein Maß für das durch die Welle übertragene Drehmoment.
• Bei einer bekannten Anordnung zur Messung von Phasenwinkeln zwischen zwei periodischen Impulsen wird eine Kippschaltung verwendet, die durch den ersten Impuls in einem Sinne und durch den zweiten Impuls im anderen Sinne zum Kippen gebracht wird.
• Ein Anzeigeinstrument ist zwischen die Anoden der beiden Kipprohre geschaltet und mißt an diesen Punkten die mittlere Gleichspannung.
• Es ist nachteilig, daß zur Bestimmung des Drehmomentes lediglich eine Rechteckimpulsreihe erzeugt wird, die unmittelbar zur Mittelwertbestimmung herangezogen wird. Logische Verknüpfungen, die die Lösung besonderer Aufgaben - etwa der Richtungsanzeige des Drehmomentes - ermöglichen, sind nicht anwendbar.
• Zum Stand der Technik gehört ferner eine Anordnung zur Messung von Phasenwinkeln bei der Dreh-' momentmessung, die ebenfalls mit kurzen, entsprechend dem Torsionswinkel der Welle verschobenen Impulsen arbeitet. Mit den Impulsen werden zwei Kippspannungen erzeugende Röhrenschaltungen gesteuert, die die Gitterspannung emes Mischrohres mit zwei Steuergittem als IJND-GIied beeinflussen.
• Der mittlere Anodenstrom des Mischrohres ist damit proportional dem zeitlichen Abstand der kurzen Impulse.
• Auch bei dieser Anordnung müssen die zur Messung geeigneten Impuisfolgen erst atis kurzen Impulsen, deren Amplituden drehzahlabhtlngig sind, in einer besonderen Kippschaltung hergeleitet werden.
• Die vielmaschige Meßschaltung beschränkt sich auf eine Verknüpfungsmöglichkeit der Impulsreihen.
• Beim Gegenstand der Erfindung wird von Blendenscheiben mit rückkopplungsgesteuerten Oszillatoren (oszillatorische Tastköpfe) Gebrauch gemacht, wie sie für die kontaktIose Drehzahlabnahme einer Welle bereits benutzt werds, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, vorz zeichenbewertete Drehmomente zu messen, die durch rotierende Wellen übertragen werden. Nach der weiteren Erfindung sollen gleichmäßige Belastungsverhältnisse für die zur Anzeige verwendete Kontaktstromquelle erreicht werden.
• An Hand einer Zeichnung mit vier Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert, und zwar ist in Fig. 1 eine Gesamtanordnung für die Messung des vorzeichenbewerteten Drehmomentes und in F i g. 2 ein zugehöriges Zeitdiagramm dargestellt, während in F i g. 3 der elektrische Teil einer Anordnung zur Messung des vorzeichenbewerteten Drehmomentes mit gleichmäßiger Belastung der Konstantstromquelle und in F i g. 4 ein zugeordnetes Zeitdiagramm gezeigt ist.
• In F i g. 1 bedeutet 1 ein Teilstück einer Antriebswelle, die beispielsweise durch eine Öffnung in einer Wand 2 fährt. Auf der Antriebswelle ist auf der einen Seite der Wand eine Blendenscheibe 3 und auf der anderen Seite eine Blendenscheibe 4 fest angeordnet. Die Blendenscheiben besitzen am Umfang mit gleicher Winkelteilung abwechselnd Blenden und Blendenöffnungen. Mit 5 ist ein Tastkopf bezeichnet, der mit zwei Schenkeln über den Rand der Blendenscheibe 3 greift, während 6 einen an der Blendenscheibe 4 gleichartig ausgeführten Tastkopf bedeutet.
• Der Tastkopf 5 hat einen Ausgang zur Abgabe einer Ausgangsgröße I und einen Ausgang zur Abgabe einer antivalenten Ausgangsgröße T. Die antivalente Größe T ist gegenüber der eigentlichen Ausgangsgröße I um 1800 phasenverschoben. Der Tastkopf 6 gibt die Ausgangsgröße II ab.
• Jeder Tastkopf besitzt einen schwingfähigen Oszillator mit zwei auf den Schenkeln angeordneten Rückkopplungsspulen, die beim Eintritt einer Blende in den Spalt zwischen den Schenkeln gegeneinander abgeschirmt sind. Diese Tastköpfe sind außerdem in an sich bekannter Weise mit solchen zusätzlichen Bauelementen bestückt, daß bei abgeschirmter Rückkopplung keine Ausgangsgröße und bei freigegebener Rückkopplung eine rechteckförmige Ausgangsgröße erscheint. Ist beispielsweise der Oszillator so ausgelegt, daß durch die Rückkopplungsänderung mittels der Blendenscheibe eine Amplitudenmodulation mit einer drehzahlproportionalen Niederfrequenz stattfindet, so kann in an sich bekannter Weise die Umformung in eine Rechteckspannung über einen Doppelweggleichrichter, ein Siebglied und einen amplitudenbegrenzenden Verstärker erfolgen. An sich bekannte Oszillatoren mit sprungartig einsetzender Rückkopplung sind ebenso zur Erzeugung der Rechteckspannung anwendbar. Zur Erzielung einer möglichst geringen Baugröße der Tastköpfe werden Transistoroszillatoren in bekannter Ausführung mit entsprechendem Verhalten bevorzugt.
• Die beiden Tastköpfe sind den Blenden der Blendenscheiben derartig zugeordnet, daß ihre Ausgangsgrößen um 900 gegeneinander phasenverschoben sind. Zwei UND-Glieder 7 und 8 dienen dem UND-Vergleich der AusgangsgrößenI und II sowie I und II. Ein Drehspulinstrument 9 ist mit zwei gegensinnig gewickelten Spulen 10 und 11 versehen, von denen die Spule 10 an das UND-Glied 7 und die Spule 11 an das UND-Glied 8 angeschlossen ist. Das Drehspulinstrument ist zur Mittelwertbildung geeignet. Jedes UND-Glied schaltet bei dem Vorhandensein der verknüpften Eingangsgrößen die zugehörige Spule des Drehspulinstrumentes an eine nicht dargestellte Konstantstromquelle.
• In den Diagrammen der F i g. 2 sind die Ausgangsgröße, I und II, ferner die durch den UND-Vergleich entstehenden Größen 1 & II sowie 1 & II und schließlich die im Mittelwert den Ausschlag am Drehspulinstrument bewirkende arithmetische Differenz (1 & II) - (I&II) aufgezeichnet. Die durchge- zogenen Linienzüge stellen die Verhältnisse im Leerlaufzustand, die gestrichelten bei einem positiv wirksamen Drehmoment und die strichpunktierten bei einem negativ wirksamen Drehmoment dar.
• Der Mittelwert der am Drehspulinstrument anliegenden Meßgröße ist hierbei, wie aus der Fig. 2 zu entnehmen ist, positiven und negativen Drehmomenten proportional.
• Bei diesen Anordnungen ist für den meßbaren Höchstwert des Drehmomentes der an den UND-Gliedern abgenommene Rechteckimpuls nur über eine halbe Periodendauer wirksam. Der durch die UND-Glieder schaltbare Konstantstrom ist deshalb doppelt so hoch zu bemessen wie der Nennstrom des Drehspulinstrumentes. In dieser Ausftlhrung lösen sich Belastung und Entlastung der Konstantstromquelle in schneller Folge ab, was bei der Auswahl der Stromquelle berücksichtigt werden muß.
• Bei der Ausführung nach F i g. 3 werden diese Mängel durch eine geringfügige Steigerung des Aufwandes behoben. Beide Tastköpfe sind hierbei mit einem antivalenten Ausgang versehen. Der Phasenlagenvergleich erfolgt mittels vier UND-Gliedern 20,,, bis 23. Die Tastkopfausgangsgrößen sind mit I und II, die antivalenten Ausgangsgrößen mit 1 und Tr angedeutet. In dem UND-Glied 20 wird der UND-Zusammenhang zwischen den Größen 1 und II, in 21 zwischen I und 11, in 22 zwischen T und II, in 23 zwischen I und II geprüft. Ein Drehspulinstrument ist mit zwei gegensinnig gewickelten Spulen 24 und 25 versehen, von denen 24 über die UND-Glieder 20 oder 21, hingegen 25 über die UND-Glieder 22 oder 23 beaufschlagt wird.
• In den Diagrammen der F i g. 4 sind die Verhältnisse für einen bestimmten Betriebszustand mit positiv wirksamem Drehmoment dargestellt. Hierbei bestimmt eine im letzten Diagramm dargestellte resultierende Größe den Ausschlag des Drehspulinstrumentes. Das Drehspulinstrument stellt sich hierbei auf den arithmetischen Mittelwert dieser Funktion ein.
• Werden in den Ausführungsbeispielen die UND-Glieder mit Transistoren versehen, so ist die letztbeschriebene Anordnung gegenüber der ersten hinsichtlich der Beherrschung der Restströme überlegen.
• Der arithmetische Mittelwert wird hierbei durch den Einfluß der Restströme nur unwesentlich verändert.
• Der Zeichenstrom eines UNDeGIiedes wird jeweils nur durch den Reststrom eines anderen UND-Gliedes geschwächt, weil sich die beiden übngen Restströme an den gegensinnigen Spulen mechanisch kompensieren.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zur Drehmomentmessung an rotierenden Wellen, die zur Feststellung der drehmomentabhängigen elastischen Drillung an zwei verschiedenen Stellen der Welle angebrachte Blendenscheiben und mit diesen zusammenwirkende oszillatorische Tastköpfe zur Abgabe drehzahlproportionaler Impulsfrequenzen auf weist, deren Phasenlage in einem logischen UND-Glied verglichen wird, dadurch gekennz e i c h n e t, daß zur Anzeige des vorzeichenbewerteten Drehmomentes ein zweites UND-Glied (8) vorgesehen ist, in dem ein Phasenvergleich zwischen der antivalenten Ausgangs. größe (1) des einen Tastkopfes (5) und der Ausgangsgröße (II) des anderen Tastkopfes (6) durchgeführt wird, und daß eine mittels der beiden UND-Glieder (7, 8) einschaltbare Konstantstromquelle an jeweils eine von zwei gegensinnig gewickelten Spulen (10 bzw. 11) eines mittelwertbildenden Meßinstrumentes (9) angeschlossen ist.
2. 2. Anordnung zur Drehmomentmessung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur gleichmäßigen Strombelastung bei der vorzeichenbewerteten Anzeige des Drehmomentes die Konstantstromquelle an die eine der beiden gegensinnig gewickelten Spulen (24, 25) über zwei ausgangsseitig parallel geschaltete UND-Glieder (20, 21) angeschlossen ist, in denen einerseits die Ausgangsgrößen (1, II) der beiden Tastköpfe und andererseits die antivalenten Aus- gangsgrößen a, II) verglichen werden, und daß die Konstantstromquelle außerdem an der anderen Spule über zwei weitere ausgangsseitig parallel geschaltete UND-Glieder (22, 23) liegt, von denen das eine mit der antivalenten Ausgangsgröße (T) des einen Tastkopfes und der Ausgangsgröße (II) des anderen Tastkopfes und das andere mit der Ausgangsgröße (I) des einen Tastkopfes und der antivalenten Ausgangsgröße (11) des anderen Tastkopfes beaufschlagt wird.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 806 914, 886 536, 909002, 910455; deutsche Auslegeschrift Nr. 1 064 569; französische Patentschriften Nr. 911 289, 937 438, 954 826, 1134343.