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