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Gerät zum Anzeigen eines Drehmomentes Die Erfindung bezieht sich
auf ein Gerät zum Anzeigen eines Drehmomentes mit Hilfe eines Mitnehmers, der in
einem mit einer Griffstange versehenen Gehäuse in beiden Drehrichtungen drehbar
gelagert und auf den zu messenden Gegenstand aufsteckbar ist und zumindest einen
an ihm festgelegten Hebelarm aufweist, der mit einem in seinem freien Endbereich
befindlichen Teil zwischen die ledern zumindest eines ersten im Gehäuse befestigten
Federpaares greift.
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Ein derartiges Gerät benutzt man zweckmäßig zum Messen sehr kleiner
Drehmomente, wie sie sich z.B. beim lastfreien Durchdrehen von Wechselgetrieben
oder Lenkgetrieben für Kraftfahrzeuge ergeben. Festgestellt wird hier der
Reibungswiderstand
in den Lagern und zwischen den miteinander kämmenden Zahnrädern. Zu diesem Zweck
ist bereits ein Gerät nach dem deutschen Gebrauchsmuster 6 904 945 bekannt. Dieses
Gerät, d.h. sein Gehäuse, ist auf der einen Seite durch einen.runden Deckel abgeschlossen,
der auf dem drehbaren Mitnehmer befestigt und auf dem Umfang mit einer Skala versehen
ist, der eine Markierung an dem Gehäuserand gegenübersteht. Diese Anordnung der
Skala hat sich in der Praxis als unvorteilhaft erwiesen. Denn sie ist, bedingt durch
das verhältnismäßig kleine Ausmaß des Deckels, stark gekrümmt und außerdem noch
dadurch schwer ablesbar, daß sie'beim Drehen des Gerätes in Abstand von dem Mittelpunkt
umläuft.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das eingangs genannte Gerät
so auszubilden, daß dadurch die Meßskala leicht und genau lesbar ist.
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Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß ein Zahnsegment des
Mitnehmers mit einem einen Zeiger aufweisenden und in Bezug auf das Gehäuse ortsfest
gelagerten Zahnrad von kleinerem Halbmesser kämmt.
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Es ist zwar bei einem Gerät zum Messen des Radsturzes von Kraftfahrzeugen
gemäß der US-Patentschrift 1 804 490 bekannt, Ausschläge eines Segmentes auf ein
kleineres Segment zu übertragen, das über einen Zeiger mit einer Skala zusammenarbeitet.
Ein Unterschied des Gerätes gemäß der Erfindung gegenüber dem Bekannten besteht
jedoch darin, daß dort das Gehäuse oder auch Rahmen feststeht, wogegen es hier umläuft.
Bei dem bekannten Gerät taucht daher das Problem nicht auf, das Ablesen der Skala,
die wohlgemerkt ebenfalls festehend ist, zu verbessern. Hinzu kommt, daß die Übertragung
der Bewegung zwischen den bekannten Segmenten
nicht unmittelbar
sondern durch Hilfsmittel erfolgt, indem auf dem Umfang des einen Segmentes gegensinnig
verspannte Drähte in dem 3erührungspunkt des anderen Segmentes auf dessen Umfang
überwechseln. Eine derartige Bewegungsübertragung würde bei kleinen Geräten, wie
sie durch.die Erfindung gegeben sind, entweder zu ungenauen Meßergebnissen stoy
führen, oder bei präziser Anzeige das Gerät em findlich machen.
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Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß das Gerät bei durch die
verwendeten Zahnräder bedingter genauer Anzeige preisgünstig hergestellt werden
kann, zumal das kleine Zahnrad und das Zahnsegment ohne nachträgliche Bearbeitung
z.B.
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durch Spritzen aus Kunststoff hergestellt werden können.
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Dabei schafft die Übersetzung für den Zeiger in Bezug auf den Mitnehmer
eine Außenmittigkeit, wodurch die Spitze des Zeigers in dem Bereich des zentral
liegenden Mitnehmers enden kann. Dies erleichtert das- Ablesen, das nunmehr vorteilhaft
mit Hilfe eines-Zeigers erfolgt, der Winkelveränderungen des Mitnehmers dem Gehäuse
gegenüber vergrößert wiedergibt.
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Zweckmäßig ist dem Zeiger eine Skala zugeordnet, die mit einem feststellbaren
Gegenzeiger versehen werden kann, um das Ablesen zu erleichtern.
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Eine Erweiterung desMeßbereiches kann vorteilhaft dadurch erreicht
werden, daß neben dem ersten Federpaar in Richtung senkrecht zu der irehungsebene
des Gerätes zusätzlich zumindest ein zweites, ebenfalls im Gehäuse befestigtes Federpaar
angeordnet ist und'zur wahlweisen Verspannung je einer Feder der zusätzlichen Federpaare
ein Element vorgesehen ist, das mittelbar über den vorhandenen Hebelarm oder unmittelbar
-mit dem Mitnehmer in Verbindung steht
und gegen das die Federn
der zusätzlichen Federpaar. annn mindest während ihrer Verspannung anliegen. Durch
die wahlweise Verspannung der betroffenen Feder ist die M6glidikeit gegeben, in
der ersten Meßstufe nur mit dem ersten Federpaar zu arbeiten. In den weiteren Meßstufen
für höhere Kräfte und Momente können dann durch die entsprechenden Elemente zwei
oder mehrere Federpaare verspannt werden.
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Dabei bestehen zweckmäßig diese Elemente, die mit dem Mitnehmer in
Verbindung stehen, aus mindestens einem lose auf dem Mitnehmer gelagerten, weiteren
Hebelarm, der eine ihn gegenüber dem Mitnehmer sperrende, mit ihrer Mittellinie
etwa in der Drehungsebene des Gerätes liegende lös bare Klemmschraube enthält und
mit seinem freien Ende bei außer Betrieb befindlichem Gerät dauernd an den beiden
Federn eines der zusätzlichen Federpaare anliegt. Derartige Hebelarme können praktisch
in beliebiger Anzahl nebeneinander angeordnet sein, wobei dann die Festlegung eines
Hebelarmes an dem Mitnehmer jeweils eine weitere Meßstufe darstellt. Bei der Festlegung
wird die Klemmschraube, die etwa senkrecht zu der Drehachse des Mitnehmers steht,
von der Seite des Gehäuses her bedient.
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Liegen die zusätzlichen Federpaare an den Hebelenden gerade nur an,
so beginnt jede Meßstufe von 0 an. Sind sie dagegen gemäß einem weiteren Merkmal
der Erfindung vorgespannt, so mißt das Gerät in der zweiten und gegebenenfalls den
weiteren Meßstufen von einem von der Vorspannung der Federn abhängigen Wert an.
Dies hat den Vorteil, daß die für die Skala vorhandene Strecke für eine Anzeige
besser ausgenutzt wird und z.B. in der zweiten Meßstufe der Zeiger erst auf Momente
anspricht, die die letzten Werte der ersten Meßstufe darstellten.
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Zieht man bei einem mit nur zwei Federpaaren ausgerüsteten Gerät vor,
die Betätigung des zusätzlichen Federpaares von der Frontseite des Gehäuses her
auszulösen, so ist dazu vorteilhaft als mit dem Mitnehmer in Verbindung stehendes
Element ein an dem vorhandenen Hebelarm angeordneter und im wesentlichen parallel
zu der Drehachse des Mitnehmers verschieblicher Bolzen vorgesehen, der in der einen
Endstellung zur Anlage für die Federn des zweiten Federpaares dient und in der anderen
Endstellung.außerhalb des Mitnahmebereiches dieses zweiten Federpaares liegt.
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Will man das Gerät mit zwei Federpaaren für drei Meßbereiche benutzen,
so gestaltet man zweckmäßig die Federpaare paarweise unterschiedlich stark und die
mit dem Mitnehmer in Verbindung stehenden Elemente wie zwei im wesentlichen parallel
zu der Drehachse des Mitnehmers unabhängig voneinander aus dem Mitnahmebereich des
zugehörigen Federpaares herausziehbare Bolzen, von denen der eine Bolzen in dem
vorhandenen Hebelarm und der andere Bolzen in einem an dem vorhandenen anschließenden
weiteren Hebelarm lagert, wobei die beiden Hebelarme zusammen eine feste, die durch
die einzelnen Federn der Federpaare bestimmten Ebenen umgreifende Gabel bilden.
Dadurch, daß zunächst jeweils einer der Bolzen mit zwei in einer Ebene liegenden
Federn in Verbindung gebracht wird, sind infolge der unterschiedlichen Stärke der
Federpaare bereits zwei Stufen vorgegeben. Die dritte Stufe entsteht, wenn beide
Bolzen zur gleichen Zeit die zugehörigen Federpaare betätigen.
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Die Geräte mit mindestens zwei Meßstufen sind zumindest mit zwei Skalen
für den Zeiger versehen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Reibung an den Federn
dadurch herabgesetzt, daß vorteilhaft der
zwischen die Federn von
Federpaaren greifende, als Anlage für die Federn dienende Teil eines der Hebelarme
mit einem Wälzlager versehen ist.
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Bei allen der vorbeschriebenen Ausführungen der Erfindung können schließlich
die Federn zweckmäßig als Blattfedern ausgebildet sein.
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Im folgenden wird die Erfindung anhand von in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungobeispielen näher erläutert.
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Es zeigen Fig. 1 die Draufsicht auf die Innenteile eines Drehmoment-Meßgerät
es, Fig. 2 einen Schnitt entlang der Mittellinie der Fig. 1, Fig. 3 eine Draufsicht
auf das Gehäuse des Gerätes, Fig. 4 und Fig. 5 Prinzipskizzen für die Verwirklichung
von mehreren Meßstufen des Gerätes.
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In einem mit einer Griffstange 1 versehenen Gehäuse 2, das aus Lagerschildern
3 und 4 zusammengesetst ist, ist drehbar in Kugellagern 5 ein Mitnehmer 6 gelagert,
der mit einem Vierkant 7 zum Aufstecken auf einen zu messenden Gegenstand versehen
ist. Ein am Mitnehmer 6 angebrachter Hebelarm 8 trägt an seinem freien Ende ein
Kugellager 9, gegen das dünne Blattfedern eines im Gehäuse 2 befestigten Federpaares
10 anliegen, das so auagelegt und angebracht ist, daß eine Messung des Drehmomentes
von 0 an beginnen kann.
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An der Stirnseite des Mitnehmers 6 ist durch Schrauben 11 ein Zahnsegment
12 befestigt, das mit einem kleineren, einen Zeiger 13 aufweisenden Zahnrad 14 spielfrei
kämmt. Zu die-.
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sem Zweck sind in dem Zahnsegment 12 unter den Schrauben 11 in Richtung
auf das kleine Zahnrad 14 zu weisende (nicht gezeichnete) Langlöcher angebracht.
Das Zahnrad 14 ist auf einer Welle 15 vorgesehen, die beidseitig zum Zwecke einer
leichten Drehbarkeit Spitzen aufweist, die in entsprechend kleinen Ausnehmungen
in dem Lagerschild 4 und in einem in diesem befestigten und das Zahnrad 14 umgreifenden
Bügel 16 angebracht sind.
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Wie insbesondere Figur 3 zeigt, sind diese Innenteile durch einen
runden, topfförmigen Deckel 17 abgedeckt, der in seinem zentralen Bereich ein der
Bahn des Endes des Zeigers 13 entsprechendes, bogenförmiges Fenster 18 aufweist.
An dem einen Rand ist das Fenster 18 mit einer Skala 19 versehen.
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Gegenüber dem Zeiger 13 ist in einer bogenförmigen Ausnehmung 20 des
Deckels 17 ein feststellbarer Gegenzeiger 21 vorgesehen, mit dem Grenzwerte der
zu messenden Drehmomente vorgewählt werden können.
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Um die Fertigung zu verbilligen und an Gewicht zu sparen, sind die
Lagerschilde 3 und 4, das Zahnsegment 12, das Zahnrad 14, der Zeiger 13, der Gegenzeiger
21 und der Deckel 17 zusammen mit dem Fenster 18 aus Acetalharz hergestellt.
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Wenn man an der Griffstange 1 in einer der beiden Richtungen dreht,
verdreht man das Gehäuse 2. Die Feder 10, die im Gehäuse 2 gehalten ist und sich
auf dem Ende des Hebelarmes 8 vom Mitnehmer 6 abstützt, versucht dabei den Mitnehmer
6 und damit den zu messenden Teil mitzunehmen.
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Je nach Größe des Drehmomentes des zu messenden Teiles gibt die eine
Blattfeder nach, und der Mitnehmer 6 verdreht
sich im Gehäuse 2.
(Nicht gezeichnete Anschläge im Gehäuse 2 verhindern eine bleibende Verformung der
Blattfedern, deren Dicke den Meßbereich bestimmt.) Das Zahnsegment 12 auf dem Mitnehmer
6 überträgt die Verdrehung auf das kleine Zahnrad 14, und der Zeiger 13 wandert
aus. Man kann nun das Drehmoment auf der darunterliegenden Skala 19 ablesen oder
aber das Drehmoment auf dem Deckel 17 einstellen und dann den Zeiger 13 mit dem
Gegenzeiger 21 in Deckung bringen.
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Das vorbeschriebene Gerät besitzt nur einen Meßbereich.
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Zwei Meßbereiche, die ebenfalls von 0 an beginnen und in der zweiten
Stufe bis auf den doppelten Wert reichen, erreicht man dadurch, daß man neben dem
vorhandenen Blattfederpaar 10 ein weiteres Blattfederpaar 10a gleicher Stärke anordnet.
Zur Betätigung dieses Blattfederpaares 10a ist ein weiterer Hebelarm 22 vorgesehen,
der durch eine Klemmschraube 23 mit dem Mitnehmer 6a verbunden werden kann, sonst
aber lose auf ihm lagert. In der ersten Meßstufe ist die Klemmschraube 23, wie die
Figur 4 zeigt, herausgeschrabt, 80 daß nur der Hebelarm 8 und das erste Blattfederpaar
10 zusammenarbeiten können. In der zweiten Meßstufe ist der Hebelarm 22 auf dem
Mitnehmer 6a festgelegt. Jetzt betätigen die Hebelarme 8 und 22 gleichzeitig beide
Blattfederpaare 10 und 10a, zumal die Federn des letzteren an dem Ende des Hebelarmes
22, d.h. an dem dort angebrachten Kugellager 9, anliegen.
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Um nun zu vermeiden, daß der Zeiger 13 nicht glech auf kleine, der
ersten Meßstufe zugehörige Drehmomente anepricht, spannt man das zweite Federpaar
10a derart vor, daß es das Kugellager 9 gerade berührt aber noch nicht belastet.
Dazu dienen Stifte 24, die die Vorspannkräfte in das Gehäuse 2 einleiten und nur
bezüglich ihrer Anordnung
auch in Figur 1 (gestrichelt) zu sehen
sind. Durch diese Vorspannung ist es möglich, den Ausschlag des Zeigers 13 auch
in der zweiten Meßstufe für eine Skala voll auszunutzen.
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Eine andere (nicht dargestellte) Lösung, zwei Meßbereiche zu schaffen,
besteht darin, daß der vorhandene Hebelarm 8 nach wie vor das erste Blattfederpaar
10 betätigt und an seinem Ende einen Bolzen trägt, der in Richtung senkrecht zu
der Ebene eines zweiten, zu der ersten parallelen und nur in der zweiten Meßstufe
zu betätigenden Federpaares z.B. im Sinne der Figur 5 (Bolzen 25) verschieblich,
d.h.
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aus dem Mitnahmebereich des zweiten Federpaares herausziehbar, ausgebildet
ist. Bei herausgezogenem Bolzen kann der Hebelarm 8 der ersten Meßstufe entsprechend
nur eine der Federn des ersten Blattfederpaares verspannen. Wird dagegen durch Verstellen
des Bolzens die zweite -Meßstufe eingeschaltet, so wird zusätzlich noch eine der
Federn des zweiten Blattfederpaares mitgenommen.
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Das Prinzip zum Verwirklichen von drei Meßbereichen mit nur zwei nebèneinander
angeordneten Blattfederpaaren zeigt Figur 5. Jetzt sind diese Blattfederpaare 10
und -lOb unterschiedlich stark. Zum wahlweisen Mitnehmen der Federn dieser Blattfederpaare
10 und 10b sind miteinander fluchtende Bolzen 25 und 25a vorgesehen, die in je einer
Zinke einer Gabel 26 des Mitnehmers 6b verschieblich gehalten sind. Dabei stellt
die eine Zinke den vorhandenen Hebelarm 8a und die andere Zinke den-weiteren Hebelarm
22a dar.
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Die Gabel 26 ist so ausgebildet, daß sie in verschwenktem Zustand
und bei herausgezogenen Bolzen 25 und 25a die Blattfederpaare 10 und lOb umgreift.
In der ersten Meßstufe ist der Bolzen 25a herausgezogen und der Bolzen 25 eingeschoben,
wie
es mit vollen Konturen dargestellt ist. Jetzt wird nur die schwächere Blattfeder
10 mitgenommen. In der zweiten Meßstufe betätigt man nur die stärkere Blattfeder
lOb, indem man den Bolzen 25a bis zu den gestrichelten Konturen hineinschiebt und
den Bolzen 25 in die mit der gestrichelten Linie angedeutete Steilung herauszieht.
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In der dritten Meßstufe werden durch Einschieben beider Bolzen 25
und 25a beide Blattfedern 10 und lOb betätigt.
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Bei mehrstufigen Geräten ist es natürlich möglich, die Anzeige durch
andere als mit den Teilen 11 bis 16 dargestellte Elemente zu verwirklichen.