DE3705496A1 - Drehmomentmessgeraet mit zwei messdosen fuer unterschiedliche bereiche - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmomentmeß­ einrichtung; und im speziellen auf eine Einrichtung mit zwei Meßdosen, die eine hohe Genauigkeit über einen weiten Meßbereich vorsehen.

Präzisionsdrehmomentmeßgeräte werden in zahlreichen mechanischen Geräten verwendet. Ein Verwendungsbei­ spiel, wo sehr genaue Drehmomentmessungen erforder­ lich sind, ist ein Dynamometer. Dynamometer werden oft für die Messung der abgegebenen Leistung einer Antriebs­ maschine verwendet, oder bei der Messung von Verlusten, die bei der Übertragung von Drehmomenten durch Ma­ schinenteile auftreten. Normalerweise ist die Maschine, die von einem Dynamometer getestet werden soll, auf einer Drehmomentwaage montiert, die nicht in ihrer Drehbewegung gehindert ist. Einer Drehung der Dreh­ momentwaage wird durch einen hervorstehenden Drehmoment­ arm entgegengewirkt, der mit einer Meßdose gekoppelt ist. Die Kräfte, die von der Meßdose gemessen werden, werden mit den Drehmomentkräften, die vom Testgerät erzeugt werden, in Beziehung gesetzt. Während solche Geräte im etwa befriedigend arbeiten, besteht eine fortwährende Notwendigkeit, daß Drehmomente, die sich über einen weiten Bereich erstrecken können, genauer gemessen werden können. Bei konventionellen Meßdosen­ anordnungen besteht ein direkter Gegensatz zwischen ihrem nutzbaren Meßbereich und ihrer Genauigkeit. Sie haben diese Begrenzung, da Widerstandsdehnungsmeß­ geräte oder andere Streckungsmeßgeräte in einer Meß­ dose nur innerhalb eines relativ schmalen Meßbereichs annehmbar messen und sie durch zu große Beanspruchung zerstört werden können.

Infolgedessen ist es wünschenswert, ein verbessertes Drehmomentmeßgerät vorzusehen, das eine hohe Genauig­ keit über einen weiten Meßbereich aufweist. Erfindungs­ gemäß sind solche Verbesserungen durch den Gebrauch von zwei Kraftmeßeinrichtungen vorgesehen, wobei eine davon zur Messung von kleinen Drehmomenten verwendet wird, und eine zweite zur Messung hoher Drehmomente verwendet wird. Es ist ein federndes Element vorgesehen, das den Drehmomentarm des Dynamometers mit der Meßdose für den unteren Meßbereich koppelt, ebenso ist eine Vorrichtung mit Spiel für die Koppelung der Meßdose für den oberen Bereich an den Drehmomentarm vorgesehen. Bei dieser Anordnung wird bei kleinen Drehmomenten nur die Meßdose für den unteren Bereich belastet. Werden größere Drehmomente angelegt, wirken Kräfte auf beide Meßdosen, so daß das Gesamtdrehmoment durch die Summierung der Ablesewerte von beiden Meßdosen er­ rechnet wird.

Die obere Anordnung läuft im wesentlichen darauf hinaus, daß jede Inhomogenität zwischen dem Meßbereich für große Drehmomente und dem Meßbereich für kleine Dreh­ momente beseitigt werden, denn die Ablesewerte von bei­ den Meßdosen werden immer addiert. So zeigt bei Messun­ gen von kleinen Drehmomentwerten die Meßdose für den oberen Meßbereich Null oder einen konstanten kleinen Wert an, was durch das Drehmomentmeßgerät kompensiert werden kann. Gleichermaßen zeigt die Meßdose für den kleinen Meßbereich bei Messungen von großen Drehmomenten einen wirklich konstanten Maximal- oder Sättigungswert an. Weil die Ablesewerte von beiden Meßdosen immer addiert werden, gibt es deshalb keine Inhomogenitäten zwischen den beiden Meßbereichen, und so erhält man einen gleichmäßigen, wirklich kontinuierlichen Gesamt­ meßbereich.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine Drehmoment­ waage eines Dynamometers, die einen Drehmomentarm und zwei Meßdosenanordnungen mit unterschiedlichem Meß­ bereich gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfin­ dung zeigt;

Fig. 2 ist ein Querschnitt nach den Linien 2-2 von Fig. 1, die im besonderen die Meßdose für den unteren Bereich zeigt;

Fig. 3 ist ein Querschnitt nach den Linien 3-3 von Fig. 1, die im besonderen die Meßdose für den oberen Bereich zeigt,

Fig. 4 ist eine teilweise Draufsicht auf den Dreh­ momentarm und einer Meßdose für den unteren Bereich gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung;

Fig. 5 ist ein Querschnitt nach den Linien 5-5 von Fig. 4;

Fig. 6 ist eine Seitenansicht der Drehmomentmeß­ einrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Drehmomentmeßgerät, das die Neuig­ keiten dieser Erfindung beinhaltet, das etwa durch Bezugsnummer 10 gekennzeichnet sind. Drehmomentmeß­ gerät 10 beinhaltet ein Testgerät 12, das als etwa rechtwinkliges Gehäuse gezeigt ist. Testgerät 12 ist auf den Dynamometerrahmen 14 durch zwei Endlager 16 und 18 so montiert, daß sich das Testgerät in bezug zum Rahmen drehen kann, um so eine Drehmomentwaage darzustellen. Testgerät 12 ist daran angepaßt, eine Befestigungskonstruktion für eine Testmaschine vorzu­ sehen. Solch eine Testeinheit kann jede Maschine sein, die eine Abtriebs- oder Antriebswelle hat, wie ein Elektromotor, ein Untersetzungsgetriebe, etc. Die Drehmomentkräfte werden durch die Welle 20 vom oder zum Testgerät 12 übertragen. Welle 20 wird relativ zum Testgerät 12 durch die Lager 22 gehalten. Dreh­ momentarm 24 steht radial zur Rotationsachse des Test­ geräts 12 und ist mit diesem verbunden. Die oben be­ schriebenen Elemente sehen ein Mittel zur Messung von Drehmomentkräften vor, die von einer Testmaschine auf­ gebracht werden, so daß Drehmomente die an Welle 20 angelegt werden, Kräften, die am Drehmomentarm 24 anliegen, entgegenwirken. In Übereinstimmung mit üb­ lichen Verfahren wird eine Meßdose an einer bestimmten Stelle entlang dem Arm 24 angebracht. Es werden dann Drehmomente gemessen, indem das Produkt der Kraft auf die Meßdose und deren radialen Distanz vom Drehpunkt des Testgeräts 12 bestimmt wird.

Gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung sind zwei Meßdosen 26 und 28, die am Drehmomentarm 24 be­ festigt sind, vorgesehen. Die Meßeinrichtung für den unteren Bereich 26 ist am besten in Fig. 2 beschrie­ ben. Die Meßeinrichtung für den unteren Bereich 26 enthält die Meßdose 30, an der der Arm 32 angebracht ist. Ein C-förmiger Bügel 34 ist am Arm 32 mit der Gewindeschraube 36 befestigt. Bügel 34 hat eine Innen­ weite, von den Schenkeln 35 und 37 begrenzt, der grö­ ßer als die Höhe des Drehmomentarms 24 ist. Bügel 34 ist mit dem Drehmomentarm 24 über zwei Wendelfedern 38 und 40 verbunden. Eine Bewegung des Drehmomentarms 24 läßt die Federn 38 und 40 ansprechen, übt dadurch Kräfte auf den Bügel 34 aus, der diese auf diese Meß­ dose 30 überträgt.

Die Meßeinrichtung für den oberen Bereich 28 wird am besten in Fig. 3 beschrieben. Die Meßdose für den oberen Bereich enthält die Meßdose 44, an der der Arm 46 angebracht ist. Der C-förmige Bügel 48 ist am Arm 46 mit der Schraube 50 befestigt. Die Innenweite des Bügels 48, die durch die Schenkel 47 und 49 bestimmt wird, ist größer als die Höhe des Drehmomentarms 24. Anders als in der Meßeinrichtung für den unteren Be­ reich 26 wird bei der Meßeinrichtung für den oberen Bereich keine federnde Verbindung vorgesehen, so daß ein vorher bestimmtes Maß an Spiel vorhanden ist. Dem­ gemäß erfährt die Meßeinrichtung für den oberen Bereich 44 nur Kräfte, wenn der Ausschlag des Drehmomentarms 24 einen vorher bestimmten Bereich überschreitet und in physischen Kontakt mit Bügel 48 gerät. Die Stell­ schraube 52 wird im Bügel 48 dazu verwendet, um das Spiel des Drehmomentarms 24 im Bügel 48 einzustellen. Wie in Fig. 1 gezeigt, sitzt die Meßeinrichtung für den unteren Bereich 26 in einer radialen Distanz von der Rotationsachse des Testgeräts 12 die kleiner als die radiale Distanz der Meßeinrichtung für den oberen Bereich 28 ist, so daß sich bei einem gegebenen Dreh­ moment die Stärke der Kraft, die auf Meßdose 30 wirkt, vergrößert. Diese stärkere Kraft auf Meßdose 30 kann vorteilhaft sein, was von den einzelnen Charakteristi­ ken der verwendeten Meßdose abhängt.

Wenn im Betrieb Drehmomente kleinen Ausmaßes vom Test­ gerät 12 angelegt werden, macht der Drehmomentarm 24 und die Federn 38 und 40 einen kleinen Ausschlag. Die Kräfte auf die Federn 38 und 40 werden auf die Meß­ dose 30 übertragen, wo sie gemessen werden. Das Spiel im Bügel 48 ist so eingestellt, daß keine Kräfte auf Meßdose 44 wirken, bis ein vorher bestimmtes Grenz­ drehmoment oder ein vorher bestimmter Schwellwert er­ reicht ist. Die Meßdose 30 wird so ausgewählt, daß eine hohe Genauigkeit über dem unteren Bereich der auftre­ tenden Kräfte erreicht wird. Wenn die gewünschte obere Betriebsgrenze der Meßdose 30 erreicht ist, erreicht der Ausschlag des Drehmomentarms 24 einen Punkt, wo der Drehmomentarm 24 den Bügel 48 der Meßeinrichtung für den oberen Bereich 28 berührt. Nachdem dieses Grenz­ drehmoment erreicht ist, erhält man das Gesamtdreh­ moment, das von Testgerät 12 aufgebracht wird, indem man die Ablesewerte von den beiden Meßanordnungen 26 und 28 summiert. Um eine Überlastung der Meßdose für den unteren Bereich 30 zu vermeiden, sind die Federn 38 und 40 so gewählt und ausgerichtet, daß sie noch weiter nachgeben können, nachdem die Meßeinrichtung für den oberen Bereich 28 ihre Funktion aufnimmt. Des­ halb wird ein weiterer Ausschlag des Drehmomentarms 24 oder anderer Komponenten keinen Schaden an der Meß­ dose 30 anrichten.

Fig. 4 und 5 zeigen eine zweite Ausführungsform der Erfindung. Fig. 4 ist eine Teilansicht einer Dreh­ momentmeßeinrichtung 60, die einen Drehmomentarm 62 hat, der an einer Drehmomentwaage (nicht gezeigt) des Typs, wie vorhin beschrieben, befestigt ist. Drehmoment­ meßeinrichtung 60 ist identisch zu Drehmomentmeßein­ richtung 10, mit Ausnahme der Gestaltung der Meßein­ richtung für den unteren Bereich 64. Meßeinrichtung 64 enthält Meßdose 66, Arm 68, Bügel 70 und Schraube 72. Die Blattfeder 74 ist als Ausleger ausgebildet, und ist mit einem Ende am Drehmomentarm 62 mit den Schrau­ ben 78 verbunden, mit dem anderen wirkt es auf Meß­ anordnung 64. Die Blattfeder 74 hat die gleiche Funk­ tion wie die oben beschriebenen Federn 38 und 40. Die Stellschraube 76 ist zum Einstellen des Grenzpunktes des Systems vorgesehen, indem man die Größe des not­ wendigen Ausschlags der Blattfeder 74 verändert, um dem Drehmomentarm 62 zu erlauben, an der Meßeinrichtung für den oberen Bereich (nicht gezeigt) anzugreifen. Der Betrieb der zweiten Ausführungsform, wie in Fig. 4 gezeigt, geht in gleicher Weise weiter, wie der der ersten Ausführungsform.

Fig. 6 zeigt ein Drehmomentmeßgerät 82 gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung. Wie die vor­ her beschriebenen Ausführungsformen, besteht das Dreh­ momentmeßgerät 82 aus einer Meßanordnung für den unte­ ren Bereich 84 und einer Meßanordnung für den oberen Bereich 86, die zur Messung von Kräften auf den Dreh­ momentarm 88 benutzt werden. Drehmomentarm 88 ist als fachwerkartige Anordnung gezeigt, anders als die frü­ here Zeichnung eines Drehmomentarms.

Die Meßanordnung für den unteren Bereich 84 besteht aus der Meßzelle 90, die einen Arm 92 hat, der mit dem Befestigungsblock 94 durch die Kupplung 96 verbunden ist. Kupplung 96 besteht aus dem Gewindebolzen 98, der in das Kupplungsende 100 eingeschraubt ist. Be­ festigungsblock 94 besitzt einen Stift 102, der durch die Bohrung 104 des Kupplungsendes 100 paßt. Befesti­ gungsblock 94 ist mit den Schrauben 108 an der Ausleger­ blattfeder 106 befestigt.

Die Meßanordnung für den oberen Bereich 86 besteht aus der Meßdose 110 mit dem Arm 112, Befestigungsblock 114 und Kupplung 116 mit dem Bolzen 120. Kupplungsende 118 ist mit Kupplungsende 100 identisch, außer daß es einen senkrecht liegenden Schlitz 122 enthält. Schlitz 122 erlaubt Stift 124 eine gewisse Bewegungsspanne zu durchlaufen, bevor er die äußeren Enden des Schlitzes berührt. Vorzugsweise ist eine Vorrichtung vorgesehen, um die Position des Stifts 124 einzustellen, um so den Bereich des Spiels, bevor Meßdose 110 belastet wird, einzustellen. Ein Mittel zur Erfüllung dieser Forderung, ist Bolzen 126 vorzusehen, der den Stift 124 in seiner Position hält. Die Gewindeschrauben 128 werden dazu gebraucht, um die Auslegerblattfeder 106 zwischen Befestigungsblock 114 und Unterlegplatte 130 festzuspannen, und um die Vorrichtung am Drehmoment­ arm 88 zu befestigen. Im Betrieb arbeitet das Dreh­ momentmeßgerät 82 wie die vorherigen Ausführungs­ formen. Diese Ausführungsform, bei der auch eine Blatt­ feder wie bei der zweiten Ausführungsform verwendet wird, unterscheidet sich von der zweiten Ausführungs­ form in dem, daß die Feder 106 mit dem Drehmomentarm 88 parallel läuft, und nicht senkrecht, wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, zu ihm verläuft. Diese An­ ordnung sieht eine unterschiedliche radiale Distanz für die beiden Meßeinrichtungen vor.

Claims (16)

1. Ein Drehmomentmeßgerät zum Messen von Kräften, die auf einen Drehmomentarm wirken, gekenn­ zeichnet durch

• - eine Meßdose für den unteren Bereich (26),
• - eine federnde Vorrichtung um die Meßdose für den unteren Bereich an den Drehmomentarm (24) anzukoppeln,
• - eine Meßdose für den oberen Bereich (28) und
• - eine Vorrichtung mit Spiel, um die Meßdose für den oberen Bereich derart an den Drehmomentarm (24) an­ zukoppeln, daß an den Drehmomentarm angebrachte Kräfte nur an die Meßdose für den oberen Bereich übertragen werden, nachdem die federnde Vorrichtung ein vorherbestimmtes Maß an Auslenkung überschreitet, wobei Kräfte nur auf die Meßdose für den unteren Bereich übertragen werden, wenn eine durch den Dreh­ momentarm angelegte Kraft unter einem Schwellwert ist, und Kräfte auf beide Meßdosen übertragen werden, wenn die durch den Drehmomentarm angelegte Kraft gleich oder größer als dieser Schwellwert ist.

2. Drehmomentmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentarm mit einer Drehmomentwaage eines Dynamometers verbunden ist.

3. Drehmomentmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die federn­ de Vorrichtung aus mindestens einer Spiralfeder besteht.

4. Drehmomentmeßgerät nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die federn­ de Verbindung aus einer Blattfeder besteht.

5. Drehmomentmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Blattfeder parallel zur Richtung des Drehmomentarms erstreckt.

6. Drehmomentmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Blattfeder senkrecht zur Richtung des Drehmomentarms erstreckt.

7. Drehmomentmeßgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit Spiel einen zur Blattfeder (106) feststehenden Stift (124) und einen an die Meßeinrichtung für den oberen Bereich befestigte Kupplung hat, wobei diese Kupplung einen Langschlitz (122) hat, in der der Stift eingeführt ist.

8. Drehmomentmeßgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit Spiel einen etwa C-förmigen Bügel (28) enthält, der mit der Meßdose für den oberen Be­ reich (44) verbunden ist, so daß der Drehmomentarm sich zwischen den beiden herausstehenden Schenkeln (47, 49) des Bügels befindet und daß der Drehmomentarm abgelenkt werden muß, um an einen der Schenkel des Bügels anzugreifen.

9. Ein Drehmomentmeßsystem, das an das Messen von Kräften angepaßt ist, die an einen Drehmomentarm an­ greifen, der aus einer Drehmomentwaage herausragt, die um ihre Achse drehbar ist, gekenn­ zeichnet durch

• - eine Meßeinrichtung für den unteren Bereich,
• - eine federnde Vorrichtung, um die Meßeinrichtung für den unteren Bereich an dem Drehmomentarm in einer ersten radialen Distanz von der Achse anzukoppeln,
• - eine Meßeinrichtung für den oberen Bereich und
• - eine Vorrichtung mit Spiel, um die Meßeinrichtung für den oberen Bereich an den Drehmomentarm in einer zweiten radialen Distanz von der Achse anzukoppeln, wobei die zweite radiale Distanz größer als die erste radiale Distanz ist.

10. Drehmomentmeßsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentarm an eine Drehmomentwaage eines Dynamometers gekoppelt ist.

11. Drehmomentmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite radiale Distanz größer als die erste radiale Distanz ist.

12. Drehmomentmeßsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite radiale Distanz gleich groß wie die erste radiale Distanz ist.

13. Ein Drehmomentmeßsystem, das an das Messen von Kräften angepaßt ist, die an einen Drehmomentarm ange­ legt sind, der aus einer Drehmomentwaage absteht, die um ihre eigene Achse drehbar ist, gekenn­ zeichnet durch

• - eine Meßanordnung für den unteren Bereich, die ent­ hält:
  eine Meßdose für den unteren Bereich,
  einen ersten Befestigungsblock, der einen ersten Stift hat,
  eine erste Kupplung, die ein Kupplungsende hat, in dem sich eine Bohrung befindet, wobei die Meßdose für den unteren Bereich mit dem ersten Befestigungsblock verbunden wird, indem der Stift in die Bohrung ge­ schoben wird,
• - eine Meßeinrichtung für den oberen Bereich, die ent­ hält:
  eine Meßdose für den oberen Bereich,
  einen zweiten Befestigungsblock, der einen zweiten Stift hat,
  eine zweite Kupplung, die ein Kupplungsende, das einen Langschlitz aufweist, hat, wobei die Kupplung mit dem zweiten Befestigungsblock verbunden wird, indem der zweite Stift in den Schlitz geschoben wird,
  eine Blattfeder, deren eines Ende am Drehmomentarm und am zweiten Befestigungsblock befestigt ist und deren zweites Ende am ersten Befestigungsblock be­ festigt ist, so daß der Drehmomentarm nur die Meßein­ richtung für den unteren Bereich belastet, wenn der Ausschlag der Blattfeder unter einem vorherbestimm­ ten Wert ist, und Kräfte auf die Meßeinrichtungen für beide Bereiche übertragen werden, wenn der Ausschlag der Blattfeder größer als der vorherbestimmte Wert ist, wobei der zweite Stift an einem Ende des Schlitzes anschlägt.

14. Drehmomentmeßsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung vorgesehen ist, um den zweiten Stift relativ zum zweiten Befestigungsblock zu positionieren.

15. Drehmomentmeßsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder parallel zum Drehmomentarm läuft.

16. Drehmomentmeßsystem nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfeder senk­ recht zum Drehmomentarm läuft.