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Gerät zur Messung des zeitlichen Drehmomentverlaufs von Wellen Für
die Messung des zeitlichen Drehmomentverlaufs von rotierenden Wellen und die Messung
der durch Wellen übertragenen Leistung sind eine Reihe von Verfahren bekanntgeworden,
bei denen die Verdrehung der kraftübertragenden Welle innerhalb einer bestimmten
Meßstrecke gegenüber einem mitumlaufenden, aber nicht auf Drehung beanspruchten
Gegenstück für die Messung herangezogen wird. Bei diesen Meßverfahren wird aus kleinen
Verschiebungen auf die jeweiligen Drehmomente geschlossen.
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Zur Lösung dieses Problems auf elektrischem Wege ist versucht worden,
z. B. die Kapazitätsänderung oder Induktionsänderung von Wechselstromltreisen für
die Messung heranzuziehen; alle derartigen Verfahren sind jedoch äußerst störungsempfindlich,
die Meßeinrichtung muß sehr oft nachgeeicht werden, und die Versuchsdurchführung
ist umständlich und schwierig.
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Bei anderen Verfahren wird die Verdrehung der Welle durch unmittelbares
Ritzen eines Filmstreifens mit Hilfe eines Schreibstiftes aufgezeichnet. Dies hat
jedoch gegenüber den elektrischen Verfahren den Nachteil, daß die Meßergebnisse
erst nach Stillsetzung der zu messenden Welle zugänglich sind, außerdem sind Scbreibstift
und Film sehr empfindlich, und die Strichstärke des Schriebes setzt der Genauigkeit
eine Grenze. Infolgedessen muß die Meßstrecke verhältnismäßig lang sein, um bei
der quantitativen Auswertung befriedigende Genauigkeiten zu erzielen.
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Ferner sind Verfahren bekanntgeworden, bei denen die Verdrehung mit
optischen Mitteln gemessen wird; in diesem Falle wird die Meßeinrichtung jedoch
sehr umfangreich und die Aufzeichnung sehr schwierig, so daß in vielen Fällen die
praktische Durchführung unmöglich ist.
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Weiterhin hat man den Versuch gemacht, die Verdrehung durch Kontaktgebung
zu messen. Der wesentlichste Nachteil bei den bekannten Ausführungen dieser letzten
Art besteht vor allem darin, daß rasch aneinander vorbeirotierende Kontaktstellen
für die Messung herangezogen werden, die erfahrungsgemäß verhältnismäßig hohem Verschleiß
und damit unzulässigen Veränderungen ausgesetzt sind. Eine einwandfreie Registrierung
ist daher höchstens bei in vielen Fällen untragbar größen Meßlängen möglich. Das
gleiche
gilt auch, wenn die Kontaktgebung in der Weise vol-geilommen
wird, daß ein Kontaktstift auf verschiedenen kollektorartig nebeneinander angeordneteii
Kontaktstellen, die zu jeweils verschiedenen Stromkreisen führen, nach Maßgabe der
Relativverdrehung von Kontaktstift und Kontaktstellen unter der Einwirkung des wirlienden
Drehmomentes gleitet, wodurch die Verdrehung der Welle angezeigt werden soll.
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Das Gerät nach der Erfindung arbeitet zwar auch mit Kontaktgebung,
es vermeidet jedoch die Nachteile der genannten Geräte bei der Aufnahme und Messung
des zeitlichen Drehmomentverlaufs, Die Erfindung macht dabei Gebrauch von einer
bekannten Einrichtung zur genauen Messung von Abständen, bei der ein Kontakt senkrecht
zur Fläche des zugehörigen Gegenkontaktes bewegt wird und aus dem Maß der Bewegung
bis zur Kontaktgabe auf die zu messende Länge geschlossen wird. Würde ein derartiges
Gerät ohne weitere Hilfsmittel dazu benutzt, die Verdrehung einer umlaufenden ÄVelle
zu bestimmen, indem die durch die Wellenverdrehung hervorgerufene Abstandsänderung
zweier Teile bestimmt würde, so würde eine Anzeige des zeitlichen Verlaufs der Verdrehung
nicht möglich sein. Diese Tatsache ist deshalb besonders ungünstig, weil die Verdrehung
der Welle über einen Umlauf nicht konstant ist und demnach nur der Höchstwert angezeigt
werden könnte.
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Durch die Erfindung wird nun die bekanne Kontakteinrichtung in einer
derartigen Form bei der Verdrehungsmessung angewandt, daß auch der zeitliche Verlauf
der Verdrehung aufgezeichnet werden kann.
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Hierbei wird die Tatsache ausgenutzt, daß bei gleichbleibenden Betriebsbedingungen
die Verdrehung der Welle für jede Umdrehung im wesentlichen gleichmäßig verläuft.
Es werden dabei Anzeigeverfahren benutzt, die bei unter entsprechenden Voraussetzungen
arbeitenden Geräten, z. B. bei Druckindikatoren, bereits bekannt sind.
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Entsprechend dem eingangs wiedergegebenen Stand der Technik geht
die Erfindung von einem Gerät zur Messung des zeitlichen Drehmomentverlaufs von
umlaufenden Wellen aus, bei dem die Verdrehung der kraftübertragenden Welle innerhalb
einer bestimmten Meßstrecke relativ zu einem mitumlaufenden, aber nicht auf Drehung
beanspruchten Gegenstück zur Messung herangezogen wird und bei dem die Messung der
Verdrehung durch Öffnen und Schließen einer mit der Welle sich drehenden Kontaktstelle
erfolgt. Die Erfindung besteht darin, daß bei dem vorgenannten Gerät als Meßgröße
die Drehung einer Gewindespindel benutzt wird, welche den einen der beiden Teile
der aus Kontaktstift und Blattfeder bestehenden Kontakteinrichtung trägt, und daß
außerdem der Zeitpunkt der Kontaktgebuiig bzw. UTn terbrechung festgestellt wird.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Ansprüche 2
bis 4 gegeben.
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Die Abb. I zeigt ein Ausführungsbeispicl des Erfindungsgegenstandes
im Schnitt tt und die Abb. ta dasselbe Beispiel in der Ansicllt von oben. Abb. 2
zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung des an sich bekannten Au fzeichenvorgan
ges.
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Auf der Welle W, deren Drehmoment gemessen werden soll, ist in an
sich bekannter Weise im Meßquerschnitt I ein Rohr R l)efestigt, mit dem gemäß der
vorliegenden Erfindung der zu Masse ableitende Kontaktstifts starr verbunden ist.
Im lkIeßquerschnitt II ist das Gegenstück durch den Gewindeträger G mit der Welle
Tt starr verhunden. Das Gegenstück besteht u. a. aus dem Gewindeträger G, der Spindel
S, der Blattfederauflage A1 und der BlattfederB,. die als Kontaktstelle dient. Überschreitet
das durch die Welle W übertragene Drehmoment einen bestimmten Wert, der durch die
Lage der Blattfederebene relativ zum Stift K, gegeben ist, so wird durch die Berührung
des Kontaktstiftes K1 mit der Blattfeder B1 ein Stromkreis E geschlossen, durch
den z. B. eine Glimmlampe Q zum Aufleuchten gebracht werden kann. Wird durch Antreiben
des Zahnrades Z die Spindel S im Gewindeträger G um einen kleinen Betrag gedreht,
so verschiebt sich die Auflage in Richtung der Spindelachse, und für die Kontaktgehung
ist ein der Verdrehung des Zahnrades Z entsprechendes kleineres bzw. größeres Drehmoment
erforderlich. Durchläuft die Auflage A1 und damit die Blattfeder B1 durch Drehung
des Zahnrades gleichförmig alle möglichen Stellungen, die Drehmomente Md = 0 bis
Md = Md n,,x entsprechen, so kanl bei gleichzeitiger proportionaler Ablenkung des
Lichtstrahles der Glimmlampe Q über einen Drehspiegel D und eine LinseL auf eine
mit lichtempfindlichem Papier bespannt Trommel T, die mit der zu indizierenden Welle
synchron läuft, ein aus einzelnen Strichen zusammengesetztes Diagramm aufgenommen
werden, wobei die Endpunkte der einzelnen Striche den zeitlichen Drehmomentverlauf
darstellen. Infolge der stroboskopischen Wirkungsweise ist das Verfahren nur anwendbar,
wenn Beharrungszustand vorliegt.
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Ist die Blattfeder B1 in Ruhestellung, insbesondere in der Nähe der
Kontalststiftaussparung in der Auflage AX, ihrer Auflagefläche genau angepaßt, so
lassen sich ohne
Schwierigkeiten kleine Verschiebungen des Kontaktstiftes
relativ zur Auflagefläche 1000 fach vergrößert aufzeichnen. Das bedeutet, daß man
mit wesentlich kleineren Meßstrecken auskommt wie bei anderen bisher bekannten Verfahren
für die Drehmomentmessung. Außerdem hat man den Vorteil der elektrischen Übertragung
der Meßergebnisse, wodurch diese jederzeit zugänglich sind. Darüber hinaus ist bei
dem Meßverfahren entsprechend der vorliegenden Erfindung eine einwandfreie und unverändert
bleibende Eichung möglich, die wie folgt selbsttätig vorgenommen werden kann: Durch
den isolierten, mit der WelleW fest verbundenen Kontaktstift 1C2 und die Blattfeder
B2, die mit der Blattfeder Bt in Serie geschaltet ist, wird der Stromkreis, durch
den die Glimmlampe betätigt wird, unterbrochen, wenn die Stellung der Auflage A1
bzw. der Blattfeder Bt dem Drehmoment Md = o entspricht. Dadurch ist auf dem Diagranim
die Ordinate für Md = o gegeben.
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Soll ein Drehmomentverlauf aufgenommen werden, bei dem auch negative
Drehmomente auftreten, so ist die Nullstelle der Kontaktstelle KJB, auf einen entsprechend
größeren negativen Drehmomentwert zu verlegen.
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Außerdem wird der Stromkreis E der Glimmlampe Q durch schmale Eichkontakte,
im Ausführungsbeispiel in der Auflage A1 und den an der Welle W mittels Halter 1
befestigten Kontaktstift k3, während der Diagrammaufnahme in Abständen, die der
Verdrehung von W gegen R proportional sind, geschlossen. Dadurch werden in das Diagramm
während der Aufnahme selbsttätig Eichlinien eingezeichnet, so daß es auch quantitativ
genau auswertbar wird.
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Die Aufzeichnungsgenauigkeit läßt sich bei gegebener Diagrammbreite
in vielen Fällen noch wesentlich steigern, wenn man den Ordinatenmaßstab im aufgezeichneten
Diagramm zwischen Md = , mi1 und Md = zus ammen drängt.
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Der Antrieb des Zahnrades Z in beiden Drehrichtungen der Spindel
S kann durch ein an sich bekanntes magnetisch wirkendes Doppelratschwerk erfolgen,
das von außen her zu betätigen ist. In Verbindung mit einem Zählwerk, das durch
das Ratschwerk gleichzeitig mit der Drehung der Spindel S betätigt wird, kann die
jeweilige Stellung der Blattfeder Bt relativ zur Nullstellung jederzeit festgestellt
werden. Auf diese Weise ist es möglich, ohne Diagrammaufnahme, z. B. durch stroboskopische
Beobachtung der Glimmlampe oder durch eine gleichwertige elektrische Schaltung der
Glimmlampe bzw. des Anzeigegerätes, den Verlauf des Drehmomentes abhängig von der
Zeit punktweise zu messen oder z. B. durch Ablesung der Ausschläge eines trägen
Amperemeters bei verschiedenen Einstellungen des Gerätes das mittlere Drehmoment
zu ermitteln.
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Zur Schonung der Kontaktstellen an den Stiften und Blattfedern und
zur Steigerung der Genauigkeit wird man zweckmäßigerweise zur leistungslosen Steuerung
des aufzeichnenden Organs, z.B. der Glimmlampe, durch ein Relais übergehen. An Stelle
der Glimmlampe als aufzeichnendes Organ kann jede andere für derartige Registrierungen
übliche Vorrichtung treten.