DE2162366A1

DE2162366A1 - Torsionsmeßgerät

Info

Publication number: DE2162366A1
Application number: DE19712162366
Authority: DE
Inventors: Börje Gunnar Arne Vällingy Lönnroth (Schweden)
Original assignee: STATENS VAEG OCH TRAFIKINSTITU
Current assignee: STATENS VAEG OCH TRAFIKINSTITU
Priority date: 1970-12-21
Filing date: 1971-12-16
Publication date: 1972-07-13
Also published as: SE364114B; DE2162366C2; US3832896A; GB1366947A

Description

Torsionsmeßgerät

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Torsionsmeßgerät, das einen zweiteiligen Drehmomentenmeßteil aufweist, dessen erster Teil unter dem Einfluß eines Drehmomentes gegenüber dem zweiten Teil desselben eine Relativbewegung ausführt, die bei Umwandlung in eine senkrecht zu dieser verlaufenden Bewegung aufgezeichnet und entweder direkt oder indirekt als Meßgröße für das Drehmoment verwendet werden kann.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Torsionsmeßgerät der bezeichneten Art herzustellen, bei der möglichst wenig bewegliche Teile vorgesehen sind, das bei nur sehr geringem Wartungsbedürfnis eine lange Lebensdauer aufweist und durch eine nur geringe Hysterese gekennzeichnet ist.

Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, die Umsetzung der Relativbewegung der beiden Teile des'Drehmomentenmeßteiles gegeneinander in eine senkrecht dazu verlaufende Bewegung zum Zwecke der Ableitung einer Meßgröße von dieser möglichst einfach und mit möglichst großem Obersetzungsverhältnis vorzunehmen. Dabei soll die Bewegungsrichtung des Teiles, von dem die Bewegungsgröße abgeleitet wird, möglichst genau festgelegt sein, um eine einfache Anordnung des Meßgerätes, das zur Abnahme der Meßgröße dient, zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß ist ein Torsionsmeßgerät der bezeichneten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung beider Teile des Drehmomentenmeftteiles gegeneinander in eine senkrecht dazu

209829/0522

verlaufende Bewegung durch einen Übertragungsteil erfolgt, der an jedem der beiden Teile des Drehmomentenmeßteiles befestigt ist und aus mehreren zusammenhängenden und zwischen dünnen Anlenkungs- bzw. Drehstellen ausgebildeten Verbindungsbereichen besteht, welche gegenüber einer die beiden Stellen der Befestigung des Obertragungsteiles an den beiden TEilen des Drehmomentenmeßteiles verbindenden Linie schrägliegend angeordnet sind. Weitere Kennzeichen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert .

Dabei ist es möglich, den Übertragungsteil zusammen mit dem Dreh- ψ momentenmeßteil drehbar anzuordnen, so daß die schließlich durch das Wirksamwerden eines Drehmomentes bewirkte Bewegung eine Meßvorrichtung, beispielsweise einen Meßwertumwandler betätigen kann, die im Zentrum der Drehbewegung fest montiert ist. Die Nachteile der gegenwärtig bekannten Torsionsmeßgeräte, die bei Messung eines Drehmomentes an sich drehenden Teilen die Verwendung von in verschiedener Weise angeordneten Schlupfringen notwendig machen, werden auf diese Weise überwunden. Außerdem ist es möglich, den-Übertragungsteil als einen integralen Teil auszubilden. Dadurch wird eine hohe Lebenszeit desselben bewirkt. Schnell verschleißende Teile werden überflüssig.

Die Anlenkungs- bzw. Drehstellen des Übertragungsteiles können

aus Bereichen bestehen, deren Breite erheblich geringer als die

der übrigen Bereiche des ÜbertKagungsteiles ist und lediglich

o,7 bis o,3 mm betragen kann.

Tests haben gezeigt, daß das Torsionsmeßgerät besonders günstige Kennzeichen aufweist, wenn der Übertragungsteil mit einem Drehmomentenmeßteil zusammenwirkt, der die Form einer sich drehenden Nabe hat und aus zwei in axialer Richtung voneinander in einem gewissen Abstand angeordneten scheibenförmigen Teilen besteht.

209829/0B22

Dabei wird dann eine relative Drehbewegung bzw. Distorsion zwischen den beiden scheibenförmigen Teilen in eine im wesentlichen axial gerichtete Bewegung eines Bereiches des Übertragungsteiles zwischen den beiden Stellen der Befestigung des Übertragungsteiles an den scheibenförmigen Teilen umgewandelt. Eine solche Drehmomentenmeßnabe weist eine gute Starrheit gegenüber radialen und axialen Belastungen auf; wird dann die Nabe einem entsprechenden Drehmoment ausgesetzt, so ergibt sich zwischen den scheibenförmigen Teilen eine Distorsion angemessener Größe, die durch den Übertragungsteil in eine Bewegung in axialer Richtung umgewandelt und dabei noch vergrößert wird, so daß eine Axialverschiebung eines Bereiches des Übertragungsteiles entsteht, die dazu geeignet ist, einen Meßwertübertrager zu betätigen, der im Zentrum der Nabe angeordnet ist. Auf diese Weise wird erreicht, daß die Benauigkeit der Meßvorrichtung sehr groß ist. Die Exaktheit des Meßvorganges wird selbst während einer langen Benützungsdauer nicht negativ beeinflußt. Ein danach hergestelltes Torsionsgerät hat somit eine im wesentlichen unbegrenzte Lebensdauer. Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der im folgenden gegebenen Beschreibung hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es bedeuten:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Torsionsmeßgerätes; Fig. 2 ein Querschnitt entlang der Linie 2-2 in Fig, I; Fig.3ein Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. U eine Seitenansicht des in dem Torsionsmeßgerät nach den Fig. 1-3 verwendeten Übertragunsteiles in zwei mit I und II bezeichneten Lagen. Dabei bezeichnet I die Ruhelage des Übertragungsteiles und II seine Lage nach Auftreten einer Pelativverschiebung der beiden den Drehmomentenmeßteil bildenden scheibenförmigen Teile gegeneinander.

209829/üb22

BAD ORIGINAL

-H-

Das Torsionsmeßgerät weist eine Drehmomentenmeßnabe 1 auf. Sie besteht aus zwei scheibenförmigen Teilen la und Ib, die einen gewissen Abstand in axialer Richtung voneinander haben. Die beiden scheibenförmigen Teile la und Ib sind durch mehrere speichenähnliche Elemente Ic, die mit den beiden scheibenförmigen Teilen la und Ib aus einem Teil ausgebildet sind, miteinander verbunden. Die speichenähnlichen Elemente Ic können als Federscheiben bezeichnet werden, die zum Zentrum der Nabe hin gerichtet sind und dieser in radialer Richtung eine gewisse Starrheit verleihen. Außerhalb jeder der scheibenähnlichen Teile la und Ib ist jeweils eine Keilriemenscheibe 7 bzw. 8 und ein auf diese einwirkender V-förmiger Riemen 9 bzw. Io vorgesehen, durch den während einer Drehung der Nabe auf dieselbe ein Drehmoment ausgeübt wird. Anstelle der V-förmigen Riemen können Ketten oder andere Mittel vorgesehen sein. Dann sind auch die Teile 7 und 8 entsprechend ausgebildet. Bei einer Verwendung von Ketten sind die Bauteile 7 und 8 als Zahnkettenräder ausgebildet.

Liegt über die Riemen 9 bzw. Io an der Drehmomentenmeßnabe 1 ein Drehmoment an, so ergibt sich dadurch eine relative Drehbewegung bzw. Distrosion zwischen den scheibenförmigen Teilen 1 a und Ib, die ein Maß für das Drehmoment darstellt.

Um diese relative Drehbewegung und dadurch die Größe des anliegenden Drehmomentes zu messen, wird ein Übertragungsteil 2 verwendet, der im folgenden noch näher beschrieben wird. Dieser Übertragungsteil wandelt die Distorsion in eine Verschiebung in axialer Richtung (in Richtung der Drehachse der Drehmomentenmeßnabe 1) um. Diese Verschiebung wird über einen Stab 5 einem Differentialtransformator 4 zugeführt, der im Zentrum der Nabe angeordnet ist. Auf diese WEise ist eine Messung der Größe des Drehmomentes mit induktiven Mitteln möglich.

Der Übertragungsteil 2 besteht aus 3 Bereichen oder Teilen 2d,

209829/0S22

2e, und 2f, die als Verbindungsbereiche bezeichnet werden. Sie werden dadurch definiert, daß sie zwischen jeweils zwei angrenzenden Anlenkungs- bzw. Drehstellen 2g, 2h, 2i, 2j, 2k und 21 liegen. Zwei der Verbindungsbereich, nämlich die Verbindungsbereiche 2 d und 2e liegen zueinander parallel und bilden mit der Linie 2-2, die die Stellen 2a und 2b miteinander verbindet, an denen der Übertragungsteil an den scheibenförmigen Teilen la bzw. Ib befestigt ist, einen VJinkel von ungefähr 12°. Als Bestandteil des Übertragungsteiles 2 ist ferner ein weiterer Verbindungsbereich 2f vorgesehen, der gegenüber der genannten Linie 2-2 dieselbe Neigung von 12 hat. Die Neigung ist jedoch in entgegengesetzter Richtung. Die Verbindungsbereiche 2d und 2e bilden zusammen mit den sie verbindenden Zwischenbereichen eine Parallelführung. Die Anlenkungs- oder Drehstellen, die bereichts oben erwähnt worden sind, sind ebenfalls als Teile des Übertragungsteiles ausgebildet und sind blattdünn. Zwischen der erwähnten Parallelführung und demjenigen Bereich des Übertragungsteiles, der zwischen dem Verbindungsbereich 2f und dem ihn begrenzenden Anlenkungsbereichen 2k und 21, sowie den anliegenden Bereichen gelegen ist, ist ein Bereich 2c vorgesehen, der bei einer Verschiebung der beiden Enden 2a und 2b des Übertragungsteiles 2 gegeneinander eine Bewegung in einer Richtung ausführt, die im wesentlichen rechtwinklig zu der relativen Drehbewegung dieser beiden Enden gegeneinander verläuft. Das geht aus Fig. 4 sehr deutlich hervor, in der in Stellung I die Ruhestellung eingezeichnet ist. Mit II ist die Stellung bezeichnet, in der die beiden Enden 2a und 2b des Übertragungsteiles 2 um den Betrag A gegeneinander verschoben sind. Es ergibt sich daraus eine Verschiebung des Teiles 2c um den Betrag B in einer senkrecht dazu verlaufenden Richtung. In der Praxis beträgt die Verschiebung A nur einen oder einige Zehntel Milimeter. Die Größe B der Verschiebung hingegen kann zwei bis dreimal so groß sein.

Wie aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich, sind zwei Übertragungsteile

209829/0522

2 diametral einander gegenüberliegend entlang des Umfanges der Drehmomentenmeßnabe 1 angeordnet. Jeder Bereich 2c des Übertragungsteiles 2 ist mit einem Verbindungsstab 6 verbunden, in dessen Zentrum ein Stab 5, mit Hilfe einer Schraube 11 verstellbar, vorgesehen ist. Im Differenzialtransformator 4 wird ein Spannungsdifferenzial induziert, dessen Größe von der Größe der Verschiebung des Stabes 5 abhängig ist. Um die Aufnahme großer radialer und axialer Belastungen zu ermöglichen, ist die Drehmomentenmeßnabe 1 in schweren Lagern 12 drehbar gelagert. Die Ausbildung dieser Lager ist jedoch herkömmlicher Art und daher nicht weiter im einzelnen beschrieben. Die beigefüg-

ψ ten Zeichnungen geben das Ausführungsbeispiel im wesentlichen maßstabsgerecht wieder. Die Größe der eingezeichneten Winkel usw. entspricht auch derjenigen für Torsionsmesser der gezeigten Größenordnung. Ist jedoch der Übertragungsteil beispielsweise größer, dann kann der im Ausführungsbeispiel 12 betragende Winkel auch größer sein. Er kann in manchen Fällen bis zu 4o annehmen. Auf der anderen Seite sind Ausbildungen möglich und u.U. zweckmäßig, bei denen der Winkel sehr viel kleiner ist und u.U. sogar nahe bei 1 liegt. Die auf den Übertragungsteil dann einwirkende Ermüdungskraft wird jedoch dann zunehmer. . Als allgemeine Regel kann man davon ausgehen, daß der Winkel ungefähr zwischen 7 und 17 liegen sollte. In diesem Bereich hat der

^ Übertragungsteil optimale Kenndaten.

Ein Torsionsmeßgerät, wie es im Vorgehenden beschrieben worden ist, kann für verschiedene Zwecke verwendet werden. Ein Beispiel ist die Messung des Reibungskoeffizienten von Straßen und Landebahnen. Zu diesem Zweck trägt die Drehmomentenmeßnabe 1 eine Felge, auf der ein Rad angeordnet ist (nicht gezeigt). Dabei wird dafür gesorgt, daß das Rad, das im Eingriff mit der Bodenfläche ist, sich mit einer Geschwindigkeit dreht, die gegenüber der Geschwindigkeit, mit der andere Räder auf dem Boden ab-

209829/0822

rollen, unterschiedlich ist. Das von der Drehmomentmeßnabe getragene Rad wird dann gegenüber dem Boden einen gewissen Schlupf aufweisen. Das wiederum führt zu einem Drehmoment, das auf die Drehmomentmeßnabe ausgeübt wird. Dieses Drehmoment ist ein Haß des Reibungskoeffizienten- der gemessenen Bodenoberfläche einer Straße oder einer Landebahn. Außerdem ergeben sich weitere Anwendungsmöglichkeiten bei Walzstraßen.

Patentansprüche:

2098?9/0B22

Claims

216236a

Patentansprüche:

Torsionsmeßgerät, das einen zweiteiligen Drehmomentenmeßteil aufweist, dessen erster Teil unter dem Einfluß eines Drehmomentes gegenüber dem zweiten Teil desselben eine Relativbewegung ausführt, die bei Umwandlung in eine senkrecht zu dieser verlaufende Bewegung aufgezeichnet und entweder direkt oder indirekt als Meßgröße für das Drehmoment verwendet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativbewegung beider Teile (Ia₃Ib) des Drehmomentenfe meßteiles (1) gegeneinander in eine senkrecht dazu verlaufende Bewegung durch einen Übertragungsteil (2) erfolgt, der an jedem der beiden Teile (Ia₅Ib) des Drehmomentenmeßteiles (1) befestigt ist und aus mehreren zusammenhängenden und zwischen dünnen AnlenkAings- bzw. Drehstellen (2g,2h, 2i,2j,2k,21) ausgebildeten Verbindungsbereichen (2d,2e, 2f) besteht, welche gegenüber einer die beiden Stellen(2a, 2b) der Befestigung des Übertragungsteiles (2) an den beiden Teilen (la,Ib) des Drehmomentenmeßteiles (1) verbindenden Linie (2-2 in Fig. 1) schräg liegend angeordnet sind.

2. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, P daß der Übertragungsteil (2) als ein Teil ausgebildet ist.

3. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Verbindungsbereiche (2d, 2e) parallel zu einander angeordnet sind.

U. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Verbindungsbereiche (2d,2e;2f) gegenüber der die beiden Befestigungsstellen (2a,2b) verbindende Linie (2-2 in Fig. 1) in ent-

2098^9/0622

gegengesetzter Richtung schrägliegend angeordnet sind.

5. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsbereiche (2d, 2e,2f) mit der die beiden Befestigungsstellen (2a,2b) verbindenden Linie (2-2 in Fig. 1) einen Winkel von 4o oder weniger, vorzugsweise von 7 bis 17 bilden.

6. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel 12° beträgt.

7. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der Verbindungsbereiche (2d,2e) und die zwischen ihnen angeordneten Zwischenbereiche, die die Verbindung der an die Verbindungsbereiche (2d,2e) angrenzenden Anlenkungs- bzw. Drehstellen (2h,2g; 2i,2j) mit den Zwischenbereichen bilden, Parallelführung ergeben.

8. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der Parallelführung (2h,2d ,2g,2i ,2e ,2j ) ein weiterer Verbindungsbereich (21) vorgesehen ist, der gegenüber den zur Parallelführung gehörenden Verbindungsbereichen (2d,2e) in entgegengesetzter Richtung in Bezug auf die die beiden Befestigungsstellen (2a,2b) verbindende Linie (2-2 in Fig. 1) schräg angeordnet ist und zwischen der Parallelführung und dem weiteren Verbindungsbereich (21) ein Zwischenstück (2c) vorgesehen ist, von dessen Bewegung die Meßgröße abgeleitet wird.

9. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertragungsteil (2) aus Federstahl gebildet ist.

209829/0523

- Io -

lo. Torsionsmeßgerät nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentenmeßteil (1) aus zwei in axialer Richtung voneinander in einem gewissen Abstand angeordneten scheibenförmigen Teilen (Ia₅Ib) besteht, die über plattenförmige Speichen (Ic) miteinander verbunden und eine einheitliche Drehmomentenmeßnabe bilden, in deren Zentrum ein induktives Meßgerät (4) angeordnet ist, das eine Spule und einen in ihr verschiebbaren stabähnlichen Teil (5) aufweist, dessen Lage die Anzeige des induktiven Meßgerätes bestimmt und der mit zwei einander diametral gegenüber angeordneten Obertragungsteilen (2) verbunden ist, die ihrerseits zwischen den beiden scheibenförmigen Teilen (la,Ib) angeordnet sind.

209629/0522