DE7138785U - Drehmomentmeßwelle - Google Patents

Description

?Γ

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der " G' 71 387 85.4 (λ angewandten Forschung e.V., Sitz München, 8 München 19, Romanstr. 13

Drehmomentmeßwelle

Drehmoiaentmessungen an laufenden Wellen werden Üblicherwelse mit elektrischen Verfahren durchgeführt. Diese erlauben es, schnell veränderliche Vorgänge aufzulösen.

Bei den elektrischen Verfahren werden meist die Drehmomente in einem elastischen Bauteil in eine Wegänderung umgesetzt, die mit berührungslosen induktiven oder kapazitiven Meßgrößenaufnehmer gemessen wird·

In vielen Fällen müssen die höheren Frequenzen der Meßsignale als ungeeignet mit speziellen elektrischen Filtern auegefiltert werden»

Derartige Msßanlsgsn sind relativ teuer_s

Die Drehmomentmeßwelle nach der Erfindung bezweckt, diesen Mangel zu beheben· Sie besteht im wesentlichen aus zwei koaxial in einem Gehäuse gelagerten Wellenstücken, die mittels eines Federelements gekuppelt sind, das mit einem Flansch fest verbunden ist. Dieser erfährt unter der Wirkung eines übertragenen Drehmoments zusammen mit seiner Befestigungsstelle eine axiale Verlagerung, die mittels eines an sich bekannten pneumatischen Meßgerätes berührungsfr&i gemessen wird, deeaen Meßdüse vorzugsweise senkreohc zur Flaneohebene in das Gehäuse fest eingebaut 1st.

Als Federelement dient ein nahtloses, dünnwandiges Rohr, in dessen Längsmitte der Flansch angeordnet ist und das beiderseits des Flansches mehrere, auf dem Umfang gleichmäßig verteilte Schlitze aufweist, die als steilgängige Schraubenlinien oder als windschiefe Geraden verlaufen, mit in den beiden

71ίΙ785κβ.η

Rohrhälften entgegengesetzter Drallrichtung. Die Anzahl der Schlitze "bzw. deren Breite und Abstand bestimmt die Breite der die einzelnen Federn des Pederelements "bildenden Rohr- "bzw. Mantelstreifen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung des vorgenannten und weiterer Ausführungsbeispiele. Diese sind in der Zeichnung schematisch dargestellt, in welcher zeigen:

Pig. 1 eine Längsansicht der Drehmomentmeßwelle mit einem Schlitzrohr als FedeaäLeinent, das zwei Sätze von Schlitzen mit entgegengesetzter Drallrichtung aufweist,

Pig. 2 einen teilweisen Längsschnitt durch eine an- \ dere Bauart mit nur einem Satz Schlitze in

\ dem Federelement,

Pig. 3 den gleichen Schnitt de-roh eine dritte Ausführungsform mit Blattfedern als Pederelement,

Pig. 4 den gleichen Schnitt wie in Pig. 3 mit Anordnung der Meßdüsen zwischen den Planschen,

Pig. 5 die Anordnung einer Vergleichsmeßdüse parallel zur eigentlichen Meßdüse,

Pig, 6 dieselbe Anordnung bei zwei, beide Plansche beaufschlagenden Meßdüsen und

Pig. 7 eine Membrankupplung zwischen dem axial beweglichen Plansch bzw. Wellenstück und einer axial festen Ab- oder Antriebswelle.

In Pig. 1 bezeichnen 1, 1· die beiden Wellenstücke, die mittels eines Pederlements 3 gekuppelt sind, in dessen Längsmitte ein Plansch 2 befestigt ist. Die Wellenstücke laufen in den Lagern 5» 5^f· De2 Flansetßwird von einem Medium, vorzugsweise Luft, beaufschlagt, das aus einer Meßdüse 6, die

7HI?«Sai.n

in einer Halterung 7 gehalten wird, ausströmt. Die Druckveränderung zwischen der Düse 6 und einer Vordüse 8 und damit die Änderung des Abstandes a der Meßdüse von deiu Planach ict mittels eines nicht "besonders "bezeichneten Anzeigegerätes ablesbar.

Pig. 2 zeigt links das in einer Gehäusewand axial fest gelagerte Wellenstück. Das rechte Wellenstück ist in einem Gleitlager axial beweglich gelagert und trägt den Plansch 2.

Von diesem ausgehend .verbindet das Pederelement 3 "beide Wellunstücke. Wie "bei der Bauart nach Pig. 1 "besteht das Pederelement 3 aus einem nahtlosen, dünnwandigen Rohr, das auf dem Umfang mehrere, gleichmäßig verteilte Schlitze aufweist. Diese verlaufen als steilgängige Schraubenlinien oder als windschiefe Geraden und ihre Anzahl "bzw. ihre Breite und Abstand "bestimmen dib Breite der einzelnen Federn, die von den Rohrbzw· Mantel streifen gebildet werden. Während jedoch das Pederelement in Pig, 1 zwei Sätzö·': von Schlitzen mit entgegengesetzter Drallriclittmg aufweist, ist in Pig. 2 nur ein Satz vorgesehen.

Die "beiden Bauarten haben folgenden Unterschied:

Bei dem Pederelement mit zwei Satz Schlitzen ist die axiale Verlagerung des einzelnen Rohrteils von dem anderen unter» schieden durch die Drallrichtung der Schlitze, d.h. die Verlagerungen heben sich nicht gagenseitig auf,sondern ergeben eine Differenz, die dem übertragenen Drehmoment proportinal ist. Dabei erfahren die Wellenstücke in ihren Lagern keine axiale Verschiebung· Bei der Bauart nach Pig· 2 mit nur einem Satz Schlitze überträgt sich die Axialverschieburig des Flansches auf das anschließende Wellenstück, das demnach in seinem Lager entsprechend beweglich sein muß.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 dient als Federelement in an sich bekannter Weise ein Satz, hier drei, windscliief zur Drehachse angeordneter Blattfedern, Diese verbinden den

Planach 2 mit einem weiteren Plansch 1 auf dem axial festen Wellenstück. Die übrige Ausführung entspricht der von Pig. 2. Die Halterungen für die Pederenden sind nicht dargestellt.

In Pig. 4 ist eine Variante der Bauart nach Pig· 3 dargestellt. Bei dieser ist ein Paar koaxialer Meßdüsen vorgesehen, von denen je eine die Innenseite eines der Plansche beaufschlagt.

Bei den Ausführungen nach Pig. 3 und 4 ist es möglich, eine zweite Düse "bzw. ein Düsenpaar zu dom ersten um 180° versetzt anzuordnen. Damit wird erreicht, daß etwaige Taumelfehler der Plansche die Messung nicht "beeinflussen.

Pig. 5 zeigt eine zur Meßdüse 6 parallel geschaltete Vergleichsdüse 9, die eine feste Bezugsfläche 10 "beaufschlagt· Die Drucke in den zugehörigen Leitungen werden als Differenzdruck entweder mit U-Rohrmanometern oder mit mechanischen Differenzdruckmanome+ern angezeigt.

Mit dieser Parallelschaltung der Meßgrößenaufnehmer wird der Abgleich der gesamten Meßeinrichtung stark vereinfacht*

Die entsprechende Anordnun-g für die Düse nach Pig. 4 ist in Pig. 6 dargestellt.

Wenn der Abtrieb oder Antrieb des axial beweglichen Wellenstücks (Pig. 2, 3, 4) nicht z.B. über Keilriemen erfolgt, ist ein Ausgleich zwischen diesem Wellenstück und einer gehäusefesten Ab- oder Antriebswelle erforderlich. Ein Ausführungsbeispiel dafür ist aus Pig. 7 ersichtlich. Die Welle 11 trägt einen Flansch 12 und dieser eine axial federnde Membran 13, die den Längeversatz der Welle bzw, des Flansches 2 aufnimmt· Meee Membran oder eine ähnliche Bauart mit einer Art Manometerdose arbeiten zwar hysteresefrei, liefern aber eine zusätzliche Riohtkraft, die sich der Kennlinie des Federelementes überlagert.

713878SR6.7I

• · » ft

Pur die Übertragung größerer Drehmomente sind andere Bauarten von längenausgle ichalcupplungen erforderlich. Diese haben z_oB. ebene, achsparallele Übertragungsflachen, zwisohen denen Rollen- oder Nadellager angeordnet sind. Derartige Kupplungen sind zwar richtkraftfrei, "bewirken a"ber dafür trotz der Wälzlagerung eine Hysterese der Meßwertanzeige "bei zu.- und abnehmendem Moment.

Die Drehmomentmeßwelle nach der Erfindung hat den Vorzug, daß sie nur etwa ein Viertel der bekannten elektrischen Anlagen kostet. Dabei eignet sie sich für Drehmomente mit Schwankungen bis zu 50 Hz, womit ein breiter Bereich von Meßvorgängen erfaßt werden kann.

Auch Drehmoment änderungen von nur wenigen Hz sind bei angepaßter Dämpfung der Übertragungsleitungen mit der Welle erfaßbar. Das pneumatische Meßgerät verfügt über sehr große Empfindlichkeit, ausreichend große Meßbereiche und eine sehr geringe Nullpunktsdrift über lange Meßzeiten.

Berücksichtigte Vor reröffentlichungen:

1) National Physical Laboratory, Application of Spring Strips to Instrument Design. (London 1956)

2) ,Kuhlenkamp, A. und Reuter, Ε·: Entwicklung eines Drehmoment-Meßgerätes. Forsohungsber. d. Landes Nordrhein-Westf. Nr. 1182 ·

7138786 Rl. Ti

Claims (1)

1. Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderurig idler: : * .' G-71 »387 85.4

   ^U| ·ΙΙΙΙ · * * · ·

   angewandten Forschung e.V. _s Sitz München¹,' '··*'··* * '■ ' München 19, Romanstraße 13

   S c, h u t ζ ans p. r, % c h ,e

   1. Drehmomentmeßwella

   dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei in einem Gehäuse koaxial gelagerten Wellenstücken "besteht, die mittels eines Federelements gekuppelt sind, das mit einem Flansch fest verbunden ist, der unter der Wirkung, eines übertragenen Drehmoments zusammen mit seiner Befestigungsstelle eine axiale Verlagerung erfährt, die mittels eines an sich "bekannten pneumatischen Meßgerätes "berührungsfrei gemessen wird, desnen Meßdüse vorzugsweise senkrecht zur Flansche"bene in das Gehäuse fest eingebaut ist·

   2. Drehmomentmeßwelle nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet_v daß das Federelement aus einem nahtlosen dünnwandigen Rohr "besteht, in dessen Längemitte der Flansch angeordnet ist und daß das Rohr "beiderseits des Flansches mehrere, auf dem Umfang gleichmäßig verteilte Schlitze aufweist, die als steilgängige Schraubenlinien oder als windschiefe Geraden verlaufen mit in den beiden Rohrhälften entgegengesetzter Drallriohtung und deren Anzahl bzw. Abstand die Breite der die einzelnen Feuern des Federelemente bildenden Rohr- bzw. Mantelstreifen bestimmen.

   3. Drehmomentmeßwelle nach den Ansprüchen 1 und 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Flansch an einem Ende des Federe!ements angeordnet ist, das nur einen Satz Schlitze aufweist, wobei das

   Ende mit dem Flansch und dem angeschlossenen WeI. nstück in dassen Lager axial "beweglich gelagert ist, während das andere Ende axial festliegt.

   4» Drehmomentmeßwelle nach Anspruch 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß an dem axial festen Ende des Fedp-^elements ein zweiter Flansch angeordnet ist und daß das Federelement in an sich bekannter Weise aus mehreren, vorzugsweise drei Blattfedern besteht, die windschief zur Drehachse in Halterungen auf den einander zugekehrten Flanscheexten

   befestigt sind.

   5. Drehmomentmeßwelle nach den Ansprüchen 1 bis 4,

   dadurch gekennzeichnet, daß zwei um 180° vers«
   seite vorgesehen sind,

   daß zwei um 180° versetzte Meßdüsen auf einer Flansch-

   6. Drehmomentmeßwelle nach Anspruch 4,

   dadurch gekennzeichnet,

   üaß ein Paar koaxialer Meßdüsen vorgesehen ist, von denen

   je eine die Innenseite eines der Flansche "beaufschlagt.

   7. Drehmomentmeßwelle nach Anspruch 4, dadurch gekannzeichnet,

   daß zwtfi Paare von Meßäüsen vorgesehen sind, von denen je ein Paar gegen das andere um
   seite der Flansche "beaufschlagt,

   je ein Paar gegen das andere um 180° versetzt die Innen-

   8. Drehmomentmeßwelle nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der folgenden,

   dadurch gekennzeichnet, daß außer der "bzw. den den Flansch "bzw. die Flansche "beaufschlagenden Meßdüsen noch eine Vergleichsmeßdüse vor-

   gesehen ist, die eine ortsfeste Bezugsfläche beaufachlagt und die mit den eigentlichen Meßdusen parallel geschaltet ist.

   Drehmomentmeoweiie nach Anspruch 3<

   dadurch gekennzeichnet, daß das axial bewegliche WellenstUck an seinem freien Ende eine Kupplung trägt, die den Axialversatz gegenüber einer nachgeschalteten, axial festen Antriebsoder Abtriebswelle ausgleicht.