DE1900194A1

DE1900194A1 - Verfahren zur Messung von Drehmomenten,Messstreifen und Schaltung zur Durchfuehrung des Verfahrens

Info

Publication number: DE1900194A1
Application number: DE19691900194
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Klaus Keil; Dipl-Ing Rainer Krauss
Original assignee: INSTITUT fur WERKZEUGMASCHINEN
Current assignee: INSTITUT fur WERKZEUGMASCHINEN
Priority date: 1969-01-03
Filing date: 1969-01-03
Publication date: 1970-07-30

Description

Verfahren zur Messung von Drehmomenten, Meßstreiferi und Schaltung zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen Messung von dynamischen Drehmomenten, die auf rotierende Wellen einwirken nach dem Magnetprinzip, die Ausbildung des estreifens und eine Schaltungsanordnung zur Auswertung und Darstellung der Meßergebnisse.
Die Erfindung geht von einer Drehmomentmessung aus, bei der die Änderung der bei WE@ elfelderregung entstehenden Leistungsverluste einer ferromagnetischen Vollwelle unter dem Einfluß einer mechanischen Spannung ausgenutzt werden, auch Magnetprinzip genannt. Dazu wird die zur Übertragung des Drehmomentes vorgesehene Vollwelle mit zwei Spulen umgeben, von denen die eine zur Vormagnetisierung mittels Gleichstrom, die andere als wechselstromerregte Meßspule benutzt: wirde Der Eisenkreis wird durch einen Rückschluß geschlossen und die aus den elektrischen Meßwerten erkennbare, durch die mechanische Beanspruchung der Welle hervorgerufene Änderung des Verlustwiderstandes der Meßspulen zur Ermittlung des zu übertragenden Drehmomentes mit Hilfte einer Schaltungsancrdnung ausgewertet. bei dieser Verfahrensweise erweist sich als nachteilig, daß die Empfindlichkeit, d.h. die Änderung der Leistungsverluste, bezogen aud fie Änderung des Drehmoments, vom Material der Welle bestimmt wird.
Zweck der Erfindung ist es, die Messung des Drehmomentes unabhaingig von den magnetischen Eigenschaften der Vollwelle zu ermöglichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur berührungslosen Messung von dynamischen Drehmomenten, die auf rotierende Wellen einwirken nach dem Magnetprinzip, bei dem die zur Sbertragung des Drelimomentes vorgesehene Vollwelle mit zwei Spulen umgeben wird, von denen die eine zur Vormagnetisierung mittels Gleichstrom, die andere als wechselstrombewegte Meßspule benutzt wird, ferner der Eisenkreis durch einen Rückschluß geschlossen und die aus den elektrischen Meßwerten erkennbare, durch die mechanische Beanspruchung der Welle heriorgerufene Anderung des Verlustwiderstandes der Meßspule zur Ermittlung des übertragenen Drenmomentes ausgewertet wird, zu schaffen, das es gestattet, an einer Welle mit beliebigen magnetischen Eigeneschaften ohne konstruktive Änderung derselben das Drehmoment unter Brücksichtigung einer linearen Aufnehmerkennlinie berührungslos zu messen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, Meßstreifen und eine Schalturgsanordnung zur Auswertung der Meßergebnisse zu schaf e@.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß eine geeignete ferromagnetizen. Schicht, die unter dem Einfluß der mechanischen Spannung eine große Änderung ihrer magnetischen Eigenschaften erfhärt, auf die mechanisch beanspruchte Vollwelle entsprechend einer bestimmten Dimensionierungsvorschrift aufgebracht wird, beispielsweise durch Kleben, Löten, Schweißen, Aufdampfen und dergl. Wird eine solche magnetische Schicht aus verschiedenen magnetischen Materialien, erforderlichenfalls mit unterschiedlichen Mengenanteilen kombiniert, so lassen sich in weiten Grenzen lineare und belastungsrichtungsabhängige Aufnehmer-Kennlinien erreichen, wenn mit Hilfe einer Meßeinrichtung die Änderung der magnetischen Eigenschaften unter dem Einfluß einer mechanischer.
Spannung richtig ausgewertet wird. ir diese spezielle Schicht als magnetischer Meßstreifen auscefiihrt, so werden die verschiedenen Materialien vorzugsweise in Form von dünnen und schmalen Blechstreifen oder auch in Form von Dr.ihten unter einem Winkel von 450 aufgebracht. Sind die rnagnetischen Eigenschaften dieser Materialien richtungsabhängig (d. h. abhängig vom Winkel zwischen der Magnetisierungsrichtung und der Walzrichtung des Bleches), so kann die geeignete Richtung zur Herstellung des magnetischen Meßstreifens ausgewählt werden, um drehrichtungsabhängige und lineare Teilkennli#nien (vom Drehmoment gleich null an gerechnet) zu erzielen. Damit eine durchgängige Kennlinie erreicht wird, müssen nur die mengenmäßigen Anteile der verschiedenen Materialien variiert werden.
Die Schaltung zur Auswertung der Meßergebnisse besteht erfindungsgemäß aus einem frei schwingenden, elektrischen System, welches im frequenzbestimmenden Glied die Meßspule enthalt, wobei durch eine änderung der Kennwerte er Meßspule einc entsprechende Änderung der Schwingsannung und Schwingfrequenz erzielt wird. Die Verwendung eines steuerbaren Verstärkers ermöglicht das Ausgleichen von auf die Meßspule wirkenden Störeinflüssen.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel naher erläutert werden. In der zugehöriger Zeichnung eigen: Fig. 1: den Aufbau eines magnetischen Meßstreifens, Fig. 2: ein Diagramm über die Richtungsabhängigkeit der magnetischen Eigenschaften der Blechstreifen des magnetischen Me3streifens gegenüber der Walzrichtung, Fig. 3: ein Diagramm über die Erzeugung der gewünschten Änderung der magnetiscnen Eigenschaften des magnetischen Meßstreifens in Abnängigkeit von Drenmoment, Fig. 4: eine Anordnung des magnetischen Meßstreifens auf der mechanisch belasteten Vollwelle, Fig. 5: ein Blockschaltbild der Schaltung zur Auswertung der Meßergebnisse.
Die ausgewählten Blechstreifen 1, 2 verschiedener Zusammensetzung werden zu einem magnetischen Meßstreifen 3 zusammengesetzt. Die Nahtstellen 4 zwischen den Blechstreifen müssen elektrisch leitend sein (Fig. 1), Die Auswahl der Blechstreifen erfolgt gemäß Fig. 2. Diese zeigt, welche möglichen Kennlinien für die relative Permeabilitätsänderung als Punktion des Drehmomentes für verschiedene Magnetisierungsrichtungen gegenüber der Walzrichtung eines Bleches möglich sind Als geeignet erweisen sich die Richtungen 1 und # 2 für die Berstellung eines magnetischen Meßstreifens. In Fig. 3 (Kurven a1, a2) ist die relative Permeabilitätsänderung des magnetischen Meßstreifens 3 für mengenmäßig gleiche Materialanteile der Blechstreifen 1; 2 als-Funktion des Drehmomente dargestellt, für den Fall, daß die Blechstreifen gemäß Fig. 2 eine unterschiedliche Empfindlichkeit in Abhängigkeit vom drehmoment besitzen. Gleichzeitig zeigt Fig. 3 (Kurve b) wie durch Optimierung der Mengenanteile der Blechstreifen 1t 2 eine für die Drehmomentmessung geeignete Kennlinie erreicht wird.
In Fig. 4 ist die Anordnung des magnetischen Meßstreifens 3 auf einer mechanisch belasteten Welle 5 sowie die Anordnung einer Meßspule 6 zur Auswertung der Änderung der magnetischen Eigenschaften dargestellt, Die Auswertschaltung besteht aus einem Verstärker 71 der über Rückkopplungane tzwerk 8 bis 1 14 zurückgekoppelt wird' so daß ein selbstschwingendes System entsteht, dessen Schwingfrequenz durch die Bauelemente des Rückkopplungsnetzwerkes bestimmt wird.
Der Verstärker 7 wird über das Rückkopplungsnetzwerk 8 bis 12 aurückgekoppeltw so daß ein selbstschwingendes System entsteht, dessen Schwingfrequenz durch die Bauelemente des Rückkopplungsnetzwerkes bestimmt wird.
Die Verstärkung des Verstärkers 7 kann entsprechend einer am Steuereingang B und C angelegten Steuerspannung verändert und damit die Spannung im Punkt A verändert werden.
Bestandteil des Rückkopp'lungsnetzwerkes ist die Meßspule 6 welche ihre Kennwerte entsprechend einer mechanischen Spannung verändert und damit die elektrische Spannung und die Frequenz im Punkt 4 ändert. Weiterhin ist die Frequenz durch den Widerstand 9 einstellbar. Die Kennwerte der Meßspule 6 sind stromabhängig ( felds tärkeabhäugig) . Um den Einfluß zufälliger Stromänderungen auf das Meßergebnis zu beseitigen, wird dieser durch eine Regeleinrichtung konstant gehalten. Diese Regeleinrichtung besteht aus dem Verstärker 12, welcher eine über dem Widerstand 11 abgegriffene, dem Meßspulenstrom proportionale Spannung verstärkt und auf diese Weise die Verstärkung des Verstärkers 7 ändert, so daß durch die Meßspule 6 ein in Grenzen konstanter Strom fließt. Der Steuereingang O wird zur Verminderung der Störeinflüsse (z. B. Temperaturänderungen) benutzt, indem eine Änderung des Meßspulenstromes oder der Schwingfrequenz hervorgerufen wird, welche die Wirkung der Störeinflüsse ausglsicht, Die Meßeinrichtung liefert eine der änderung der Meßspulenkennwerte entsprechende Änderung der Spannung und der Frequenz im Punkt A, die über den Demodulator 13 ausgewertet, eine der von der Meßspule erfaßten mechanischen Spannung entsprechende elektrische Spannung ergibt, die am Meßgerät 14 angezeigt wird.

Claims

Patentansprüche: 1. verfahren zur berührungslosen Messung von dynamischen Drohmomenten, die auf rotierende Wellen einwirken nach dem Magnetprinzip, bei.dem die zur Übertragung des Drehmcmentes sorgesehene Vollwelle mit zwei Spulen umgeben wird, von denen die eine zur Vormagnetisierung mittels Gleichstrom, die andere als wechselstromerregte Meßspule benutzt wird, ferner der Eisenkreis durch einen Rückschluß geschlossen und die aus den elektrischen Meßwerten erkennbare, durch die mechanische Beanspruchung der Welle hervorgerufene Änderung des Verlustwiderstandes der Meßspule zur Ermittlung des übertragenen Drehmomentes ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine ferromagnetische Schicht auf die mechanisch beanspruchte Vollwelle (5) aufgebracht wird, die zur Erzielung einer durchgängig linearen und belastungsrichtungsabhängigen Kennlinie aus einer Kombination verschiedener ferromagnetischer Materialien, erforderlichenfalls mit unter schiedlich mengenmäßigen Anteilen, besteht.
2. Magnetische bohicht nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als magnetischer Meßstreifen (3) ausgebildet ist, der aus schmalen, dünnen Blechstreifen (1; 2), die elektrisch leitend verbunden und unter einem Winkel von 45° angeordnet sind, zusammengesatzt ist.
3. Magnetischer Meßstreifen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von Materialien mit richtungsabhängigen magnetischen Eigenschaften die gesignete Richtung zur Herstellung des magnetischen.

Meßstreifens auswählbar ist.
4. Schaltungsanordnung zur Auswertung des Verlustwiderstandes der Meßspule, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem freisch@@ngenden, elektrischen System, welches im frequenzbestimmenden Glied (8 bis 12) die Meßspule (6) enthält, wobei durch eine Änderung der Kannwerte der Meßspule (6) eine entsprachends Änderung der Schwingspennung und Schwingfrequenz erzielt wird.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein st@uerbarer Verstärker (7) zur Kompensation der auf die Meßspule (6) wirkenden Störeinflüsse benutzt wird.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Schwingfrequenz der Meßschaltung ein verstellbarer Widerstand (9) im Rückkopplungsnetzwerk angeordnet ist.

L e e r s e i t e