DE7329323U - Vorrichtung zum uebertragen eines speisestromes in drehmoment-messnaben - Google Patents

Description

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ZAHNRADFABRIK FRIEDRICHSHAFEN Aktiengesellschaft Friedrichshafen

Vorrichtung zum übertragen eines Speisestromes in Drehmoment-Meßnaben

Stand der Technik:

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum übertragen eines Speisestromes für die Meßglieder in Drehmoment-Meßnaben nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1,

Es ist bekannt zur Stromversorgung der Elektronik in berührungslosen Meßnaben Batterien mit den Meßnaben rotieren zu lassen. Batterien sind jedoch infolge ihrer verhältnismäßig großen Abmessungen und den bei höheren Drehzahlen auftretenden Massenkräften für solche Anwendungsfälle nur bedingt geeignet.

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Eine andere bekannte Art der Stromversorgung ist die induktive Speisung über Drehtransformatoren mit beweglich gelagerten Statoren. Diese Anordnungen erfüllen zwar die meisten Forderungen, sind jedoch bei großen Meßnaben bzw. großen Lager-Durchmessern für hohe Drehzahlen ungeeignet.

Eine dritte, bisher bekannte Gpeisungsart.- benützt rein induktive Einspeisebügel mit halbkreisförmigen Schenkeln. Hier ist die Stromversorgung der Meßnaben ohne Lagerung nur bis etwa 10 mm Luftspalt möglich. Das magnetische Streufeld ist in dieser Anordnung aber so grc3, daß die Dehnungsmeßstreifen-Beklebung und die Meßstellenverdrahtung auf der Meßnabe wie Trafowindungen wirken und Spannungen bis zu 4 mV Spitze-Spitze induziert werden. Storspannungen dieser Größe entsprechen jedoch nahezu 100 % des Meßsignals, das aus der DMS-Brücke bei Vollast kommt und verursachen ein völliges Aussetzen der Meßwertwandler bei Gleichspannungspeisung. Bei trägerfrequenten Systemen lassen sich diese Störungen soweit durch Maßnahmen im Meßwertwandler unterdrücken, daß ein Einsatz für Meßzwecke in Frage kommt. Bedingt durch das magnetische Streufeld verschlechtert sich der Abstand Nutzsignal-Reststörsignal auf etv/a die Hälfte des systemtypischen Wertes.

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Aufgabe und Lösung:

Durch die Vorrichtung nach der Erfindung werden die Nachteile der induktiven Speisespannungsversorgung vermieden und genaue Messungen auch für große Wellendurchmesser und hohe Drehzahlen bei wartungsfreiem Betrieb der Anlage ermöglicht.

Die Vorrichtung nach der Erfindung besteht aus einer Anzahl auf der Meßnabe verteilter Solarzellen, die bei Beleuchtung mittels ortsfester Lichtquellen eine Speisespannung für die DMS-Brücke und den Meßwertwandler abgeben.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 4 angegeben.

Erläuterung der Erfindung:

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und im folgenden näher erläutert:

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch die Ansicht einer erfindungsgemäßen Meßnabe.

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Fig. 2 einen Schnitt durch die Meßnabe entsprechend der Linie H-Il der Fig. 1.

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Drehmoment-Meßanlage nach der Erfindung.

In Fig. 1 und 2 ist eine Meßnabe 1 mit Flanschen IA und IB dargestellt. Mit dem Flansch IB ist eine aus zwei Halbschalen zusammengesetzte Hülse 2 verschraubt, die vorzugsweise aus Kunststoff, beispielsweise Polyamid, hergestellt ist. Am Umfang der Hülse 2 sind in gleichmäßigen Abständen Silizium-Solarzellen 3 angebracht und in Serie verschaltet. Die Befestigung der Solarzellen 3 kann mit Silikonkautschuk vorgenommen werden, wodurch ein facettenartiges Abfräsen der Hülse 2 an den Anlageflächen der Solarzellen entfällt. Die Beleuchtung der Solarzellen erfolgt mittels ortsfester Lichtquellen, z. B. Glühlampen 4. Die Glühlampen 4 sind unter einem reflektierenden Schirm 5 etwa über die halbe Umfangsflache der Meßnabe 1 verteilt. Um eine gute Wärmeabfuhr zu erhalten, kann der Schirm 5 mit Belüftungslöchern versehen sein.

Am durchgehenden Wellenteil der Meßnabe 1 ist eine Schwachstelle mit verringertem Querschnitt vorgesehen, auf welcher zu einer Brücke 6 zusammengeschlossene Deh-

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nungsmeßstreifen (DMS) mit Eckpunkten a-d (Fig. 3) aufgeklebt sind. Die DMS sind hierbei in vorteilhafter Weise innerhalb des durch die Hülse 2 abgedeckten Meßnabenteils vor Beschädigung geschützt untergebracht. Die Meßnabe 1 enthält in einer verschließbaren Bohrung 7 als Einschubpatrone 15 einen aus Analog-Frequenz-Umsetzer und Stabilisierungsstufe bestehenden Meßwertwandler 8. Das Meßsignal wird über eine auf der Hülse 2 der Meßnabe 1 angeordnete Sendespule 9 auf eine ortsfeste Aufnehmerspule 10 übertragen.

Wie aus der Schaltungsanordnung nach Fig. 3 ersichtlich, wird die aus den Solarzellen kommende Gleichspannung in der Stabilisierungsstufe 11 geglättet und auf einen Festwert von z. B. 6 Volt eingestellt. Diese stabilisierte Gleichspannung dient zur Speisung der DMS-Brücke und des Analog-Frequenz-Umsetzers 12, der an die Sendespule 9 angeschlossen ist. Das in der Aufnehmerspule 10 erzeugte Signal gelangt über einen ortsfesten Frequenz-Analog-Umsetzer 13 zu einem Anzeigeinstrument 14.

Im unbelasteten Zustand der Meßnabe ist die Spannung an den Eckpunkten c-d der Meßbrücke 6 Null und der Fre-

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quenz-Analog-Umsetzer 13 schwingt auf der vorgegebenen i

Mittenfrequenz von z. B. 10 kHz. Diese Mittenfrequenz \

ist im Analog-Frequenz-Umsetzer 12 durch eine feste | Vorspannung eingestellt.

Wird bei einer Drehmomentmessung durch Torsion die Meßbrücke 6 verstimmt, so addiert sich die Brückenmeßspannung der Eckpunkte c-d aus den DMS zur dieser festen Vorspannung, und die Frequenz des Analog-Frequenzümsetzes 12 verstellt sich proportional der Torsion, je nach Verdrehrichtung, auf höhere oder tiefere Werte. Der Analog-Frequenz-Umsetzer 12 gibt eine rechteckförmige Impulsspannung an die Sendespule 9 ab. Diese Spannung wird induktiv auf die Aufnehmerspule 10 übertragen und im Frequenz-Analog-Umsetzer 13 in eine frequenz-proportionale Gleichspannung zurückverwandelt. Am Anzeige^instrument 14 kann das von der Meßnabe 1 übertragene Drehmoment abgelesen werden.

Akte 5172

3.8.1973

T-PA fr-wl

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Claims (5)

I I 1 I ■ · · · - {Ansprüche

1. Vorrichtung zum berührungslosen übertragen eines Speisestromes für mit einer Meßnabe rotierende Meßglieder, bestehend aus einer DMS-Brücke und einem Meßwertwandler für Drehmomentmessungen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Meßnabe (1) Solarzellen (3) verteilt sind, die bei Beleuchtung mittels ortsfester Lichtquellen eine Spannung zur Speisung der Meßglieder (6, 12) abgeben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Lichtquellen unter einem reflektierenden Schirm

(5) angeordnete Glühlampen (4) oder Leuchtstoff-Röhren-Lampen vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßnabe (1) zur Aufnahme des Meßsignals einen Analog-Frequenz-Umsetzer (12) enthält, dessen Ausgangsimpulse über an der Meßnabe und ortsfest angebrachte Spulen (9, 10) induktiv übertragen werden, wobei die ortsfeste Spule (10) an einem Frequenz-Analog-Umsetzer (13) angeschlossen ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Flansch (IB) der Meßnabe (1) eine aus zwei Halbschalen zusammengesetzte Hülse (2) verschraubt ist, welche die DMS-Brücke (6) überdeckt, und daß auf der Hülse die Solarzellen (3) und die Sendespule (9) befestigt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Hülse (2) aus Kunststoff, z. B. Polyamid, besteht.

Akte 5172

3.8.1973
T-PA fr-wl

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