DE2215889A1

DE2215889A1 - Verfahren zum Messen eines Drehmomentes

Info

Publication number: DE2215889A1
Application number: DE19722215889
Authority: DE
Inventors: Karl Los Angeles Calif. Ludloff (V.St. A.)
Original assignee: ROTODYNE Inc
Current assignee: ROTODYNE Inc
Priority date: 1971-04-07
Filing date: 1972-03-28
Publication date: 1972-10-19
Also published as: FR2133431A5; GB1391790A; IT952548B; US3817092A

Description

B. 1279

Rotodyne, Inc., Berkely, Alameda / California, VoSt.A.

Verfahren zum Messen eines Drehmomentes

Die Erfindung ist auf ein neues Verfahren zum Messen eines Drehmomentes gerichtet, das darauf beruht, dass ein Teil des von einem System mit rotierenden Elementen (hiernach als rotierende Systeme bezeichnet) erzeugten Drehmomentes benutzt werden muss, um die Trägheit der genannten rotierenden Elemente zu überwinden.

Obwohl in der nachfolgenden Beschreibung bezug genommen wird auf Messungen der Kraft P, oder des Drehmomentes JSi oder der Winkelbeschleunigung cc (alpha), so kann doch wegen der zwischen diesen Größen bestehenden Beziehungen, die die Winkelgeschwindigkeit cj (omega) und das Trägheitsmoment umfassen^ wie an sieh bekannt, die Kraft oder das Drehmoment oder die Winkelbeschleunigung in beschreibendem Sinne so gebraucht werden, dass alle drei dieser Größen sowie die zeitliche Änderung des Quadrates der Winkelgeschwindigkeit erfasst werden.

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Der prinzipielle Unterschied zwischen dem noch zu beschreibenden Verfahren zum Messen der Kraft und den bisherigen Dynamometermessungen kann leicht aus der Gleichung ersehen werden, die das Drehmoment N bei einem System mit der zeitlichen Änderung des Winkelmomentes (dl/dt) dieses Systems in Beziehung setzt, d.h.

dL/dt = N (1)

Diese Gleichung ist für ein rotierendes System das Analogon des zweiten Newtonschen Bewegungsgesetzes und ist tatsächlich aus diesem Gesetz abgeleitet.

Die zur Verfügung stehenden Dynamometer bestimmen das Drehmoment, das von einer Vorrichtung erzeugt wird, durch Abgleich mit einer bekannten äußeren Belastung, d.h_e es wird die physikalische Größe bestimmt, die durch die rechte Seite der obenstehenden Gleichung dargestellt wird. Das noch zu beschreibende Verfahren umfasst die Bestimmung der zeitlichen Veränderung des Winkelmomentes der rotierenden Elemente im System, d.h. es wird die physikalische Größe bestimmt, die von der linken Seite der obenstehenden Gleichung dargestellt wird. Dies wird aus der Beziehung zwischen der zeitlichen Änderung des Winkelmomentes, des Trägheitsmomentes I und der Winkelbeschleunigung abgeleitet (d.h., die zeitliche Änderung der Winkelgeschwindigkeit), wobei sich die nachstehende Gleichung ergibt:

dL/dt =1 (2)

Das Trägheitsmoment wird als bekannt vorausgesetzt, da es sich hier um eine Größe handelt, die entweder für ein gegebenes System vorausbestimmt ist, oder die von Sachkundigen auf diesem Fachgebiete bestimmt werden kann. Die Bestimmung von α (Winkelbeschleunigung wird mit dem bekannten Wert von I (Trägheit) kombiniert, wobei dL/dt erhalten wird, wonach durch Anwendung der obenstehenden Gleichung (1) der Wert von XJ bestimmt werden kann.

Der grundsätzlich neue Gedanke bei dem noch zu beschreibenden Verfahren beruht auf der Tatsache, dass die Winkelgeschwindigkeit u> (omega) und die Winkelbeschleunigung öl (alpha) zu einer gegebenen Zeit unabhängige dynamische Veränderliche sind.

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Bei einet], gegebene». Wert von <w kann zum Bestimmen der Kraft eine gleichzeitige Bestimmung von ec und & fcsnutat werden- Weiterhin umfasst das noch zti beschreibende Verfahren eine vernachlässigbt;:-e Störung des rotierenden Systems (Dämpfungsmessung)» Obwohl die sur Verfügung stehenden Dynamometer eine Bestimmung von ω durch eine Dämpfungsmessung (weak-probe measurement) ermöglichen, so erfordern sie jedoch eine kräftige Verkupplung mit einem äußeren System κ um Bestimmen des !Drehmomentes (strong-probe measurement). Ζ«Β· kann eine iSachometermessung zurzeit durchgeführt werden während ein fahrzeug normal gefahren wird, ohne den zu bestimmenden ϊ/ert von ω zu beeinflussen (weak-probe measurement). Bei den bisher angewendeten Verfahren wird jedoch praktisch das gesamte zu messende Drehmoment verbraucht (strongprobe measurement), und ferner muss die normale Arbeitsweise des Fahrzeuges aufgegeben werden« Das noch zu beschreibende Weak-probe-Verfafaren zum Bestimmen des Drehmomentes führt daher zum ersten vollständigen Y/eak-probe-Dynamometer, so dass Kraftmessungen unter vollständig dynamischen Bedingungen durchgeführt werden können,, wodurch neue Anwendungsgebiete erschlossen werden, die für ein Strong-probe-Dynaraometer nicht zugänglich sind«, z.B* Überwahungs- und Kontrollsysteme für eine fortdauernde Bestimmung der Kraft bei jeder gewünschten Arbeitsweise eines Fahrzeuges.

Die obengenannten Messungen können natürlich mit verschiedenen Instrumenten durchgeführt wer-den sowie auch mit einer einzelnen Vorrichtung unter Verwendung einer geeigneten elektronischen Schaltung, um beide unabhängige Veränderliche & (omega) und ex- (alpha) zu bestimmen, obwohl eine solche Vorrichtung für das noch zu beschreibende Verfahren nicht erforderlich ist.

Obwohl in der nachstehenden Beschreibung Einrichtungen, Verfahren und Schaltungen angeführt werden, so ist die Erfindung auf diese jedoch nicht beschränkt. Die Verwirklichungen der Einrichtungen, Schaltungen, Verfahren und Anwendungsgebiete der Verfahren und Einrichtungen bieten Sachkundigen keine Schwierigkeiten und sollen als ein Teil der Technik angesehen werden.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben» In den beiliegenden Zeichnungen ist die

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Pig.1 ein Blockschaltbild für einen Drehmomentmesser und eine Dynamometerschaltung für Ein-Punkt-Messungen,

Fig.-- ein Blockschaltbild für einen Drehmomentmesser und eine Dynamometerschaltung, bei der einige der in der Fig.1 il rgestelltea Schaltungselemente verwendet werden, wobei ein Verfahren zum Ausschalten der Einwirkung von sich langsam verändernden und feststehenden unbekannten Belastungen gezeigt wird,und die

Fig.3 Ein Blockschaltbild für ein Dynamometer mit einer ununterbrochenen Anzeige der Werte.

Der in der Fig.1 dargestellte Drehmomentmesser weist eine Einrichtung (ein rotierendes System) 10 auf, deren Ausgangsdrehmoment bestimmt werden soll. Bei einem Kraftfahrzeug mit einem Motor beispielsweise könnte der genannte Ausgang aus dem direkten Ausgangsdrehmoment des Motors bestehen oder aus dem Ausgangsdrehmoment der Hinterräder, welche beiden Drehmomente infolge der bei der Kraftübertragung auftretenden Verluste verschiecen sind.

Unter Verwendung herkömmlicher Mittel iat ein Tachometer 12 mit dem eich drehenden Element der Ktnrichtung 10 direkt verbunden, dessen Winkelgeschwindigkeit ω gemessen werden soll, wobei eine bekannte Beziehung besteht zwischen der Winkelgeschwindigkeit d. 3 sich drehenden Elementes und der Winkelgeschwindigkeit «υ ir, and eines anderen rotierenden Elementes der Einrichtung 10, c ie zum Bestimmen des Ausgangsdrehmomentee der Einrichtung 10 benutzt werden könnte.

Zum Messen der Werte von tu und oc können verschiedene VerfaBaren angewendet werden, z.B. elektrische, elektronische, mechanische, elektrodechanische, optische und sogar nukleare Verfahren· Die genannten Ausdrücke werden selbstverständlich nur in beschreibendem Sinne gebraucht.

Der Ausgang H des Tachometers 12 wird überkömmlichÄ Mittel einer elektronischen Schaltung 16 zugeführt, die den Ausgang H in ein elektrisches Signal 18 umwandelt, das mit V^ bezeichnet wird und die Winkelgeschwindigkeit ω darstellt. Wie noch

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beschrieben wird, hängt die zu verwendende elektronische Schaltung 16 zum Teil von dem benutzter Tachometer 12 und von der erwünschten Genauigkeit der Messung ab.

Es sind viele geeignete Tachometer bekannt, z.B«. solche, die auf dem Faraday-Induktionseffekt beruhen, und solche, bei denen binäre Ausgänge erhalten werden an feststehenden und bekannten Drehstellungen eines rotierenden Elementes, z.B. an den Unterbrechungspunkten einer Zündanlage in einem Kraftfahrzeug.

Im letztgenannten Falle könnte die elektronisch© Schaltung in herkömmlicher Weise die StromkreisSchlüsse in ein elektrisches Analogsignal umwandeln , das der Anzahl der Stromkreisschlüsse pro Zeiteinheit und damit der Winkelgeschwindigkeit des Unterbrechers proportional ist. Die fehlende Information über den Zustand der genannten Einrichtung begrenzt jedoch" die Genauigkeit der Messungen bei Unterbrechern» In der Praxis braucht die Totpunktzeit keine wirkliche Einschränkung zu bedeuten, da die Drehstellung oder die Winkelgrade fast unbegrenzt bis zu mikroskopischen Pegeln unterteilt werden kann, wenn erforderlich. Das Zeitintervall zwischen auf einander folgenden binären Ausgängen aus einem genügend komplizierten fachoaieter, das auch mit dem sich am langsamsten drehenden Element verbunden ist, das für die Praxis von Interesse ist, kann verschwindend klein bemessen werden.

Eine elektronische Schaltung, deren Eingang aus dem elektrischen Signal 18, V^ besteht, führt eine Differenzierung aus und erzeugt als Ausgang 22 ein elektrisches Signal V«, , das gleich der zeitlichen Änderung von 18, V_w ist und die finkelbeschleunigung darstellt. Für diesen Zweck stehenen verschiedene bekannte Verfahren zur Verfügung, von denen nachfolgend einige als Beispiel beschrieben werdens

(I) Analogverfahren Unter Verwendung herkömmlicher Mittel wird das Signal 13, ν_ω den Anschlüssen eines Kondensators zugeführt, wobei der durch den Kondensator fließende Strom gemessen wird, der in direkter Besiehung steht zur zeitlichen Änderung von V^ und damit ein Maß für den Ausgang 22, V«, ist.

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(II) Digitalverfahren B3 werden V^ (t) und V^ (t+Dt) gemessen, wobei Dt ein bekanntes Zeitintervall und kleiner iat als ein für die Praxis interessierendes Zeitintervall, jedoch, genügend groß, um die elektronische Schaltung einfach ausführen zu können. Diese beiden Signale und Dt werden mit einander kombiniert unter Anwendung herkömmlicher Digitalverfahren, um das gewünschte Resultat zu berechnen und zwar»

(t + Dt) - Vco (t) ] / Dt.

(III) Momentve rfahren An dieser Stelle der Beschreibung muss unterschieden werden zwischen der momentanen und der durchschnittlichen Winkelbeschleunigung ot , die nach den oben beschriebenen beiden Verfahren bestimmt wird. Das Analogverfahren ist ein Momentanverfahren, da eine fortdauernde Beziehung besteht zwischen V^ , das _ω darstellt und V_a , das α darstellt» Bei dem Digitalverfahren sind andererseits zwei aufeinanderfolgende Messungen für die Bestimmung von V^ erforderlich, so dass dieses Verfahren kein Momentanverfahren ist, obwohl es an der Grenze eines verschwindend kleinen Dt zu einem Momentanverfahren wird· Es wird ferner darauf hingewiesen, dass bei dem bei einem Unterbrecherpunkt-Tachometer beispielswüiae angewendeten Analogverfahren trotz einer Momentanbestimmung von V die Bestimmung von Vo> momentan nur im begrenzenden Falle einer verschwindend kleinen Totzeit wird.

Ein gewählter Wert 24 von to, genannt o) ₃ wird von der elektronischen Schaltung 26 in ein elektrisches Signal 28, V umgewandelt. Dies kann in der herkömmlichen Weise durchgeführt werden, z.B. mittels eines Potentiometers, das am Armaturenbrett eines Kraftfahrzeuges angebracht oder mit dem Drosselventil eines Kraftfahrzeuges oder eines Motorbootes verbunden wird. Die elektronische Schaltung vergleicht die beiden Signale 18 und 28 (ν« und V) mit einander, und wenn die Schaltung 30 in Betrieb gesetzt worden ist, so erzeugt sie als Ausgang dae Signal 32, G zu der Zeit, in der das Signal 18, V«, durch den Wert von 28, V_Q geht. Die Schaltung 30 weist Mittel zum Einschalten auf und kann Mittel zum Ausschalten enthalten» das selbsttätig durchgeführt wird nach der Zuführung des Signals

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oder aufgrund eines Kommandosignals aus siaer aaclsx'ea Sigaal quelle, Bas Signal 32, §₅ 33Ig^ fe^asr aHj ob äas Sigaal 18., oder schwächer i'/iM beim Bm^elilaiafea. ö@s Weri-os von

28* "V , obwohl di^se BrfOrmation is, ils ti© taufte Schaltung aufgenommen wsrdeE. kann₀ Di® Tsrfafersa wirklichen dieser !funktionen slml an sieh bekannt_o Antgznwl des ÄCJiJ'uiidcisigrLala 32» &, bs^Irlrs ^ie elektremisclie Sefealtujag 34 in ei ei- iierköimnliehea "leisd eins SpsiÄe^nag d@s ü®s?t@s ¥©a 22₉ v_Ct, izu dieser Zeit. Diesem 08SOa-Se^-S Wer··«; ¥©:a 22 ₉ 1_OL ulrci 3S₉ V₀, . genamit und stellt es eh ilsr Eeit oas³^ in äeretJ gleioli u) wird. Die rlektroiiisclae Selislfeisig 3© stellt Sas "bakaaat© Trägheitsmoment 40, 1, des Sjsiieas in EeeSiaiiag und !©wirkt ©ine Multiplikation des Jigiials 3S₅ ^^₀ ^ffl3-"t eiern gsa&2iat©a lisgang I» 40» wobei das Ergebnis äiesep Haltipliksi'Siüa svm Msgaage= signal 4-2 cois §3»- Schaltung 3Sj gc/iaimi; £j_y wirä imfl d@a gierten Wert des JDrelisioüsiitiia äass^olltj gemssseja , Obwohl nacii &üt MrstcllMig die elsii'feoniseli© Sehalbimg 38

der Schaltung 34 iiaclagr-yelialto'j is^-"5_s so lcaiaa dies© SelialtiiMg 38 natürlich ebensogut mi*2 sogn,r aoeä. eiaftjSi©]? an ein©? ©iaätg^esi Stelle vorgesehen wey&sii*. Bis ?lelrfeonise!is Schaltmag 44₅ di© zusätzlich ve.·.-ν3sehen Wisrdaii kuaaj uirk'fe auf das Signal 42 ₉ I₅ so ein, dass äußere Belastunggyerluste serai® innere ¥©rlnst© kompsii.aiert werden, welche Verluste _ύ 46, L₃ genaimt w©rd©n_e Diese Kompensation wird in ZusafiMeuZiang mit der Pigo2 noeh beschrieben, wobei das veränderte Signal 4S₉ I₁ den korrigierten Wert des zu bestimmenden Drehmomentes darstellt. Das Angeigeinstrument 50 zeigt den genässten Wert cles Drehmomentes SL,, an oder btwirkt eine Aiii Zeichnung dieses Wertes ο Bi@s@s lastrument 50 könnte beispielsweise Gestehen aus einem einfaclaea Messinstrument, einer Aufzeichnongseinrichtung oöer amen aus einer Zalilenwerte anzeigenden Einrichtung und kann n&ch ünasela vorgesehen werden.

Die elektronische Kontrollschaltung 52 mit den erforderlichen Signalleitungen wird zum Zurückversetzen der Schaltimgea in einen vorbestimmten Zustand benutzt, und um die Schaltungen nach Bedarf in Betrieb zu setzen^ wie beispielsweise die !Comparators chaltung 30 oder einen Bandableser, wobei die betreffenden

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Schaltungen in den Ausgangszustand zurückversetzt oder ausgeschal tet werden, nachdem sie ihre Aufgabe erfüllt haben, oder sie werden umgeschaltet zum Ausführen anderer herkömmlicher Funktionen.

Die oben beschriebenen Elemente 10 - 22, 28, 30 32 und 54 nach der Pig.1 bilden ein Untersystem, das hiernach als Untersystem S, 56 bezeichnet wird und mit unterbrochenen Linien dargestellt ist.

Der oben beschriebene Drehmomentmesser bildet zusammen mit der elektronischen Schaltung 58 das in der Fig.1 dargestellte Dynamometer. Die Schaltung 58 mischt das Signal 28, V mit dem Signal 48, N₁, wobei das Ausgangssignal P, 60, erhalten wird, das die zu bestimmende Kraft darstellt.

Die in der Fig.1 dargestellten Drehmomentmesser und Dynamometer sind insofern wichtig, als sie Einpunkt-Messungen vornehmen, und insofern, als das Trägheitsmoment I, 40, und die äußeren Belastungsverluste sowie die inneren Systemverluste L 46 innerhalb des Messbereiches von ^₀ ,24, als konstant angesehen werden können. In vielen interessierenden Fällen, z.B. bei einem laufenden Motor, verändern sich die Belastungebedingungen und erfordern zusätzliche Messungen. Zunächst soll untersucht werden, in welcher Weise die Wirkungen sich langsam verändernder oder gleichbleibender unbekannter Belastungen beseitigt v/erden können, so dass die gewünschten Messergebnisse erhalten werden, wie beispielsweise bei dem in der Fig.2 dargestellten Drehmomentmesser und Dynamometer. Mit "langsam veränderlich¹¹ soll eine Veränderung bezeichnet werden, die so langsam erfolgt, dass sie innerhalb der Dauer der Messung als konstant angesehen werden kann.

In der Praxis werden für die verschiedenen Anwendungsgebiete natürlich verschiedene elektronische Einrichtungen benötigt. Es können hierbei im besonderen zwei Fälle unterschieden werden, und zwar in dem einen Falle befindet sich das zu untersuchende System ortsfest in einem Gehäuse, während im anderen Falle das rotierende System sich in einem fahrenden Fahrzeug befindet. Im letztgenannten Falle verändert sich die Belastung mit dem

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Zustand der Straße oder der Fahrbahn* Nachstehend wird ein Verfahren beschrieben, nach dem die Wirkung sich verändernder oder unbekannter Belastungen beseitigt werden kann, so dass die gewünschten Kraftmessungen durchgeführt werden kön&en» Nachstehend wird eine Definition der gebrauchten Ausdrücke und Begriffe gegeben;

N. Drehmoment, vom Motor erzeugt

N_n Drehmoment, mit der inneren Reibung verknüpft,

ü« Drehmoment» verknüpft mit äußeren physikalischen Großem

die Schwerkraft, Reibund auf der Straße usw, I Trägheitsmoment der Motorsysteme,

L. Trägheitsmoment der Hinterradsysteme ω_α Winkelgeschwindigkeit des Motors

CUj₃ Winkelgeschwindigkeit des Hinterradsystems (wenn der Antrieb an den Hinterrädern erfolgt)

Die Größe N-g sucht den Nutzeffekt von N. zu vermindern, wobei Iq eine Verminderung bewirken kann, z*B* durch die Reibung auf der Straße und durch die Schwerkraft, wenn, das lahrzeug hügelaufwärt s fährt, oder es wird eine !Förderung bewirkt, Z₀B₀ durch die Schwerkraft bei einem hügelabwärts fahrenden fahrzeug. Die für diese Größen konventionellen Vorzeichen sind aus der Gleichung (5) zu ersehen»

Dies führt dann, zur Grundgleichung, die am Anfang der Beschreibung angeführt ist, nämlich

Ausmaß der Änderung Drehmoment Drehmoment Drehmoment des Winkelmomentes _ erzeugt verknüpft verknüpft der Motor- und Hinter- vom Motor mit der mit äußeren radsysteme inneren Rei- Größen

bung

*a ^aa⁺ h S - ¹A-¹B-¹G (5)

D'-; ein im Betrieb befindliches fahrzeug für die Zwecke der Besehreibung in Betracht gezogen wird, so werden- die Winkelgeschwindigkeiten des Motors und des Hinterradsysterns und deren zeitliche Änderungen in Beziehung zu ©inander gesetzt₉ dis

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durch die nachstehenden Gleichungen ausgedrückt wird:

öc_a == K , (6)

^a ab

wobei K eine bekannte Zahl ist, die jedoch von der Übersetzung im Fahrzeug, von dessen Bauart und dem Modell abhängt.

Unter Anwendung der Gleichung (6) können nunmehr eine oder zwei der mit einander in Beziehung stehenden Größen beseitigt werden, beispielsweise α aus der Gleichung (5)» wobei die Gleichung erhalten wird:

Bei stetiger, unbeschleunigter Fahrt wird OC^ = 0 und damit

^HA = ^NB ^{+ N}C d.h.

Drehmoment, Drehmoment, + Drehmoment, vom Motor = verknüpft verknüpft mit erzeugt mit der äußeren Größen

inneren

Reibung

Um nach diesem Verfahren das vom Motor erzeugte Drehmoment messen zu können, wird die Messung ausgeführt, während das Fahrzeug beschleunigt (oder abgebremst)wird, jedoch nur schwach. Um die Wirkung sich verändernder oder unbekannter Belastungen zu beseitigen, müssen zwei Gruppen von Messungen durchgeführt werden, und zwar

Messung (1) Kraftstoffverbrauch größer als bei Leerlauf

Unter diesen Bedingungen soll das vom Motor erzeugte Drehmoment IL₁ bestimmt werden. Aus der Gleichung (7) ergibt sich:

- k I_a ♦ I_b

Messung (2) Kraftstoffverbrauch bei Leerlauf

Diese Messung wird im Betrieb ohne Betätigung des Beschleunigungspedals mit dem Fuß bei laufendem Motor durchgeführt. Unter diesen Bedingungen ist das vom Motor erzeugte Drehmoment bekannt und ungefähr gleich Null.

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Aus der Gleichung 7 wird erhalten:

Η.« - EL· - H_n

rdsa die Gleichungen 8 und 9 mit einander kombiniert, so wer= den die Beibungsdrehmömente eliminiert, und es wird ©rnaltens

odor (10)

Aus der letzten Gleichung kann das zu bestieaeMe Dreliaoaeat errechnet werden in Ausdrücken clea bei Leerlauf ©^seugtea BrslimoBientes, der bekannten Parameter {li$ I_₉ I_K) des fahrzeuges unter den gegebenen Betriebsbsdingimgea imd der boiien gemessenes zeitlichen Veränderungen der Winkelgeschwindigkeiten«, Diese Drehmomentmessung ergibt zusammen ait der Messung der Winkelgeschwindigkeit die erforderliehe Kraft oüer Leistung.

Es wurde bisher vorausgesetzt, dass die Belastung und die Reibung zwischen den beiden Messungen im wesentlichen unverändert blieb.

Es wird nunmehr auf die Fig_o2 verwiesen. Um diese Messungen durchzuführen, wird der gewählte Wert tä_{o y} 24, in ein elektrisches Signal V , 28, umgewandelt wie zuvor und dem Untersystem S 56 zugeführt. Eine Abgreif-und-Halteschaltung 34a speichert nunmehr den Wert von cc entsprechend dem Zustand, in dem ω durch Co₀ ansteigt, V₀₀1, 36a genannt, und entsprechend dem Zustand, in dem ω durch w_a , V«, 2, 36b, aufgrund des Kommando signals G absinkt, wobei jedoch die Komparatorschaltung 30 in unterschiedlicher Weise in Betrieb und außer Betrieb gesetzt werden muss und zwar von der elektronischen Steuerschaltung 52a, so dasa die Speicherung für zwei Speicherelemente gesteuert werden muss· Die neue elektronische Schaltung 38a muss nunmehr die Differenz zwischen den beiden Signalen 36a und 36b ermitteln, bevor der bekannte Wert von I, 40, für das rotierende System kompensiert werden kann. Dies wird nach herkömmlichen Verfahren durchgeführt.

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Obwohl der Eingang L. 46, nicht mehr benötigt wird, so ermöglicht ein zusätzlicher Eingang 62, N eine Korrektur des Drehmomentes, wenn das System sich im Ruhezustand befindet, d.h. im Leerlauf, sollte eine solche Korrektur erforderlich werden. Der korrigierte Wert des zu bestimmenden Drehmomentes wird nunmehr EL» 48a genannt« In der Schaltung 58 werden die Signale 28 und 48a mit einander vereinigt, wobei der Wert der zu bestimmenden Kraft 60 erhalten wird«

Ein weiteres Beispiel für das erfindungsgemäße Verfahren ist aus der Pig«3 zu ersehen, die ein fortlaufend anzeigendes Dynamometer zeigt. Eine derartige Einrichtung kann weitgehend bei Überwachungs- und Steueranlagen verwendet werden, bei denen die Kraft bestimmt werden soll. Der Einfachheit halber wird der Fall vorausgesetzt, in dem die Verluste konstant bleiben oder sich nur langsam verändern, wie in Verbindung mit der Fig.1 beschrieben, obwohl dies für ein Dynamometer mit beständiger Anzeige nicht unbedingt erforderlich ist.

Das in der Fig_e1 dargestellte Dynamometer kann ohne Schwierigkeiten in ein Dynamometer mit beständiger Anzeige umgewandelt werden, das in der Fig.3 dargestellt ist. Das oben beschriebene und in der Fig.1 dargestellte Untersystem mit den Elementen 10 - 22 bildet ein Untersystem, das in diesem Palle mit S-, 56a bezeichnet wird, dessen Ausgänge 22, V«* und 18, Vw sind. In der Schaltung 58 werden die beiden Signale 18 und 22 gemischt, wobei das Ausgangs signal 64 V₆₀ Vet erhalten wird, das gleich dem Produkt aus 18 und 22 ist. Die elektronische Schaltung 38 stellt das bekannte Trägheitsmoment 40, I, des Systems in Rechnung, wobei eine unkorrigierte Kraft 66, P- erhalten wird. Die elektronische Schaltung 44 kompensiert die Systemverluste 46, wobei der korrigierte Wert der Kraft 60, P, erhalten wird, der bestimmt werden soll. Die Anzeigeschaltung 50 zeigt den zu bestimmenden Wert von P, 60 an oder bewirkt eine Aufzeichnung dieses Wertes. Auch in diesem Falle kann zusätzlich eine elektronische Schaltung 68 zum Ausführen erforderlicher Aufgaben verwendet werden, z.B· Zurückversetzung einer Schaltung in den Ausgangszustand über die Leitung 70·

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Ein solches, die betreffenden Werte ununterbrochen anzeigendes Dynamometer könnte beispielsweise eine kritische und vielleicht entscheidende Rolle spielen in unter der Motorhaube angeordneten Überwachungs- und Kontrollsystemen für Kraftfahrzeuge, die inzwischen aufgrund der Vorschriften für die Vermeidung der Umweltverschmutzung und der Erhöhung der Sicherheit dringend erforderlich sind» Um mit Sicherheit gesundheitsschädliche Abgase zu vermeiden, müsgen die Motore wirksamer arbeiten, so dass verschiedene Leistungsmerkmale überwacht werden müssen, von denen die Kraft oder die Leistung bei normalen Betriebsbedingungen höchst wichtig sind. Für diesen Zweck ist eines der beschriebenen und einen gedrängten Aufbau aufweisendes Weak-probe-Dynamometer am besten geeignet. Das Kontrollsystem würde dann

Größen, wie die Motortemperatur, die Motordrehzahl und die Leistung mit einander in Beziehung setzen und weitere Merkmale regulieren, z_eB. das einzuspritzende Kraftstoffgemisch und die Zeitgebung der Zündung.

In den Zeichnungen stellt das Symbol // einen von H_and einstellbaren Eingang bekannter oder vorherbestimmter Werte darι während ein Pfeil den Signalpfad und kein Pfeil einen Kontrolloder Steuerkreis enzeigt.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Verfahren zum Bestimmen des Drehmomentes eines rotierenden Systems, ohne dessen Arbeit wesentlich zu beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelbeschleunigung des rotierenden Elementes bestimmt wird, dass die Bestimmung der Winkelbeschleunigung zu der des Drehmomentes in Beziehung gesetzt wird unter Berücksichtigung der bekannten Trägheit des Systems, der bekannten oder bestimmbaren Reibungsverluste, wenn diese veränderlich sind, und der bekannten oder bestimmbaren Belastung, wenn diese in einer geeigneten Schaltung veränderlich ist, und dass dieses Ergebnis zum Ablesen des Drehmomentes verfügbar gemacht wird·

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige des Drehmomentes in jedem Betriebszustand des Systems bei veränderlichen Reibungsverlusten und bei einer veränderlichen Belastung erhalten werden kann.

Verfahren zum Bestimmen der Kraft eines rotierenden Systems, ohne dass eine wesentliche Beeinflussung der Arbeit des Systems erforderlich ist, dadurch gekennzeichnet, dass zugleich die Winkelbeschleunigung oder das Drehmoment und die Winkelgeschwindigkeit beetlernt wird, dass die Bestimmung der Winkelbeschleunigung oder des Drehmomentes und die Winkelgeschwindigkeit zu der der Kraft in Beziehung gesetzt wird unter Berücksichtigung der bekannten Trägheit des Systeme, der bekannten oder bestimmbaren Reibungsverluste, wenn diese veränderlich sind, und der bekannten oder bestimmbaren Belastung, wenn diese veränderlich ist, in einer geeigneten Schaltung, und dass dieses Ergebnis für eine Anzeige der Kraft verfügbar gemacht wird.

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Verfahren nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige der Kraft bei jedem Betriebszustand des Systems erhalten werden kann und wenn die Reibungsverluste und die Belastung sich mit dem Betriebszustand verändern*

5. Verfahren zum Bestimmen des Drehmomentes eines rotierenden Systems ohne dessen Arbeit wesentlich beeinflussen zu müssen, dadurch gekennzeichnet, dass die Winkelbeschleunigung des rotierenden Elementes bestimmt wird, dass die Bestimmung der Winkelbeschleunigung zu der des Drehmomentes in Beziehung gesetzt wird unter Berücksichtigung der bekannten Trägheit des Systems, der bekannten oder bestimmbaren Reibungsverluste, wenn diese veränderlich sind, und der bekannten oder bestimmbaren Belastung, wenn diese veränderlich ist, in einer geeigneten Schaltung, und dass dieses Ergebnis für eine Anzeige des Drehmomentes verfügbar gemacht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1_t dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeige des Drehmomentes in federn Betriebszustand des Systems und bei veränderlichen Reibungsverlusten und bei einer veränderlichen Belastung erhalten werden kann.

7· Verfahren zum Bestimmen der Kraft eines rotierenden Systems ohne dessen Arbeit wesentlich beeinflussen zu müssen, dadurch gekennzeichnet, dass zugleich die Winkelbeschleunigung oder das Drehmoment und die Winkelgeschwindigkeit bestimmt wird, dass die Bestimmung der Winkelbeschleunigung oder des Drehmomentes und die Winkelgeschwindigkeit mit der der Kraft in Beziehung gesetzt wird unter Brücksichtigung der bekannten Trägheit des Systems und, wenn entweder die Verluste oder die Belastung oder beide Werte veränderlich sind, der bekannten oder bestimmbaren veränderlichen Größe, dass die Abhängigkeit der Kraft von den unbekannten Belastungs- oder Reibungsverlusten dadurch beseitigt wird, dass die Differenz zwischen zwei Messungen der Winkelbeschleunigung bei derselben Winkelgeschwindigkeit ermittelt und das Resultat für eine Anzeige der Kraft verfügbar gemacht wird.

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8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeige der Kraft bei jedem Betriebszustand erfolgt, und wenn entweder die bekennten oder bestimmbaren Reibungsverluste oder die Belastung oder auch beide Größen veränderlich sind·

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