DE8030311U1

DE8030311U1 - Messvorrichtung fuer drehmomente

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Publication number: DE8030311U1
Application number: DE19808030311U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-02-18
Filing date: 1980-11-13
Publication date: 1981-07-23
Also published as: DE3042721A1; IT1143259B; IT8167018A0; GB2070258B; FR2476309A1; FR2476309B3; CH643092A5; GB2070258A; US4384493A; DE3042721C2

Description

Messvorrichtung für Drehmomente

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des von einem Elektromotor mit Befestigungsflansch ausgeübten Drehmomentes.

Derartige Messvorrichtungen sind dort erforderlich, wo die Ueberwachung des Antriebs-Drehmomentes einer Produktionsmaschine von grundsätzlicher Bedeutung für die Qualität des hergestellten Erzeugnisses ist, beispielsweise bei Rührwerken, Extrudern, Förderschnecken und Maschinen zur Behandlung von Papier und Folien aller Art.

Die bisher bekannten Vorrichtlangen zum Messen von Drehmomenten sind meistens Glieder zur Verbindung der Motorwelle mit der Welle der anzutreibenden Maschine mittels zusätzlicher Kupplungs-Elemente. Abgesehen von ihrem kostspieligen Aufbau und den Längenmassen, besteht ihr Nachteil in der Beschlagnahme der Motorwelle, die aber in der Regel für die Aufnahme anderer Maschinenteile, wie Fördermittel, Rührarme oder Zahnräder, verfügbar sein sollte. Dieser Nachteil fällt insbesondere bei Elektromotoren mit Befestigungsflansch ins Gewicht, weil sie an Maschinenständer, Kessel oder Reduziergetriebe unmittelbar angebaut werden, wo kein Platz und keine Möglichkeit besteht, die besagten Messvorrichtungen unterzubringen. Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine einfache und preiswerte Drehmoment-Messvorrichtung für Flanschmotoren zu schaffen, welche die Motorwelle nicht beansprucht und sie für andere Zwecke frei lässt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Motorgehäuse gegenüber dem Befestigungsflansch verdrehbar angeordnet ist und durch die infolge des Reaktions-Drehmomentes auftretende Verdrehung auf einen Kraftaufnehmer einwirkt. Der nächstliegende Verwirklichungs-Gedanke wäre eine Verbindung von Motorgehäuse und Flansch über elastisch verformbare und mit Dehnungsmesstreifen beklebte Stege, welche die

Punktion der elektrischen Kraftmesstang übernehmen würden.
Eine solche Konstruktion könnte aber die Stabilität und
Robustheit des Motors herabsetzen sowie zu störenden
Schwingungen Anlass geben.

An die Verbindung dieser beiden Bauteile müssen daher
folgende Bedingungen gestellt werden:

A. Neben reibungsloser Drehbewegung zwecks Vermeidung
von Hysterese darf keine andere Beweglichkeit vorhanden sein.

B. Die Stabilität der durch die Verbindung entstandenen Einheit darf derjenigen eines normalen Planschmotors nicht nachstehen.

Um diese Bedingungen zu erfüllen, werden nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung der Gehäuseansatz und der Befestigungsflansch durch mindestens eine, kein Spiel aufweisende Wälzkörperbahn miteinander auf Drehung verbunden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die ausseren Abmessungen eines Normmotors beibehalten wurden und dass seine Welle zur Messung des von ihr übertragenen Drehmomentes unangetastet geblieben ist. Auch die Herstellungskosten dürfen im Vergleich zu den bekannten Lösungen als ausgesprochen niedrig angesehen werden.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 den gesamten Elektromotor, teilweise im Axialschnitt durch die erste Variante der Verbindung von Gehäuse und Befestigungsflansch,

Pig. 2 den Axialschnitt durch den oberen Teil der zweiten Verbindungs-Variante.

In das Motorgehäuse 1 ist, wie üblich, ein lamelliertes Blechpaket mit der Statorwicklung eingepresst. Der Ansatz 2 ist an das Gehäuse 1 fest angeschraubt und bildet mit demselben ein Ganzes. Der Befestigungsflansch 3 trägt das antriebsseitige Kugellager für die Welle k mit dem gleichfalls la-

mellierten Blechpaket und den Kurzschlussringen der Rotorstäbe.
Die Statorwicklung induziert über den Spalt zwichen den beiden
Blechpaketen eine Wechselspannung in den Rotorstäben und erzeugt auf diese Weise das zu messende Antriebs-Drehmoment an
der Welle 4.

Da aber diese Welle gemäss Aufgabenstellung frei bleiben soll,

wird erfindungsgemäss nicht das Antriebsmoment gemessen, son— ,

dern das gleich grosse, auf den Stator und damit auf das Ge- ^

häuse 1 mit Ansatz 2 im entgegengesetzten Sinn wirkende Re- '&

aktions-Drehmoment.· ' ' «

Im Gehäuseansatz 2 ist eine Rille $ eingearbeitet und ihr gegen- j

I über eine Rille 6 im Befestigungsflansch 3· Zwischen diesen bei- |

den Rillen befindet sich eine Anzahl Kugeln 7· Dadurch ist eine ?

Wälzkörperbahn entstanden, welche das Motorgehäuse 1 und den _;j

Befestigungsflansch 3 miteinander auf Drehung verbindet. Jn f-j

der Ausführung nach Pig. 1 bildet diese Wälzkörperbahn eine '.■

Art Rädiallager und in der Ausführung nach Pig. 2 eine Art j

Axiallager. j

Am Gehäuseansatz 2 ist parallel zur Motorachse ein elektrischer
Kraftaufnehmer 8 befestigt, dessen mit Dehnungsmesstreifen beklebter Biegebolzen 9 in eine Aussparung des Befestigungsflansches 3 hineinragt.

Vollführt nun das Motorgehäuse 1 dank der Kugellagerung eine
durch das Reaktions-Drehmoment bedingte Verdrehung gegenüber dem Befestigungsflansch 3, so wird der Bolzen 9 auf
Biegung beansprucht und liefert ein dem Drehmoment proportionales elektrisches Signal.

Diese Verdrehung ist ausserordentlich gering, liegt sie doch | winkelmässig bei 3-5 Min. für das maximale Signal. Deswegen | ist es statthaft, den unvermeidlichen Spalt zwischen Ansatz 2 f

und Plansch 3 durch einen Ring 10 aus Weichgummi abzudichten.
Er erzeugt keine Reibungsverluste, sondern fängt die Verschiebung elastisch auf.

Unter der Motorhaube 11 rotiert ein Lüfter und fördert die
Kühlluft über die Rippen 12 des Gehäuses 1.

Die Planken der Rillen 5 und 6 verlaufen zueinander gerad-

p] linig unter einem bestimmten Winkel. Zweckmässig erscheint !;' ein Winkel von 90 , weil dabei axiale und radiale Kräfte

[? gleichartig in Komponenten zerlegt werden. Bei der Ausfüh-

j rung nach Pig. 1 sind die Kugeln 7 mit Hilfe der hier nicht

;; dargestellten Einfüllöffnungen in die Rillen gebracht. Zum

;; Einbringen der Kugeln in der Ausführung nach Pig. 2 bedarf

v, es solcher Oeffnungen nicht.

Angestrebt wird neben der verlangten Spielfreiheit ein optimaler Anpressdruck jeder Kugel an ihren vier Berührungspunkten mit der Wälzkörperbahn. Ist der Berührungsdruck zu gering, besteht die Gefahr des Aufkommens eines radialen oder axialen Spieles, wodurch die Motorwelle 4 in ihren beiden Lagern ausser Flucht gebracht wäre. Ist der Druck zu gross, so entsteht Hysterese in der Drehmomentmessung. Um bei der Ausführung nach Fig. 1 optimale Verhältnisse zu erreichen, ist ein sorgfältiges Nachpolieren der Rillenflanken notwendig im Verein mit der Wahl geeigneter Kugelsorten. Aber auch dann wird sich der Berührungsdruck kaum in konkreten Zahlen

|: ausdrücken lassen.

Ij .Tn dieser Beziehung ist die aufwändigere Ausführung nach ;■ Pig. 2 vorteilhafter. Hier ist eine zusätzliche Reihe

Kugeln 13 vorgesehen, die in der Rille l4 untergebracht sind und sich gegen eine Scheibe 15 mit einer genau defi- ; nierten Kraft abstützen. Diese wird mit Hilfe mehrerer ;■■: Schrauben 16 erzeugt, welche auf Tellerfedern 17 in den f Aussparungen des Flansches 3 einwirken. Je stärker die Schrauben angezogen werden, umso mehr drückt die Scheibe k> gegen die Kugeln 13· Dieser Druck pflanzt sich fort auf die ψ Rille 5, die Kugeln 7 und die Rille 6. Bei einer solchen Anti

Ordnung ist der Berührungsdruck der Kugeln 7 wählbar und einstellbar. Die Abdeck-Kappen 18 schützen das Motorinnere vor OeI und Verunreinigungen.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurden als Wälzkörper Kugeln bevorzugt. Denkbar wäre auch die Verwendung von Kegelrollen, Zylinderrollen oder Nadeln. Es könnten statt einer einzigen Wälzkörperbahn auch deren zwei angeordnet sein.

Unter den Begriff "Wälzkörperbahn" fällt sinngemäss jedes handelsübliche Wälzlager. Sein Einsatz käme allerdings nur bei nachweisbarer Spielfreiheit in Betracht. Dann aber stünde der Weg zu einer weiteren Verbindungs-Variante für Gehäuse und Flansch offen.

Die Bauform des in der Zeichnung Fig. 1 dargestellten Motors kann nach DIN k2950 die Bezeichnung B5, Vl oder V3 tragen, je nach dem, ob die Welle 4 horizontal, nach unten oder nach oben gerichtet ist. Ausführbar wären auch die entsprechenden Bauformen Bl4, Vl8 und V19 mit einem kleineren Anbauflansch.

Der Erfindungsgegenstand beschränkt sich nicht auf Wechselstrom-Induktionsmotoren bzw. Drehstrommotoren, sondern gilt auch für Gleichstrommotoren. Allerdings besitzen diese bereits einen anderen, durch ihre Natur gegebenen Masstab für das ausgeübte Drehmoment, nämlich den Ankerstrom. Bei Nebenschlussmotoren ist das Verhältnis linear, bei Reihenschlussmotoren quadratisch, sodass nur bei diesen oder bei DoppeIschlussmotoren ein Bedarf an der Messvorrichtung auftreten kann. Die Induktionsmotoren verfügen dagegen über einen derartigen Massstab infolge des veränderlichen Leistungsfaktors keineswegs.

Es sei festgehalten, dass der beschriebene Aufbau der Messvorrichtung für die Ausübung der Erfindung nicht zwingend ist. So wäre es beispielsweise denkbar, das Kugellager für die Welle k nicht mit dem Befestigungsflansch 3> sondern mit dem Gehäuseansatz 2 in Verbindung zu bringen. Es wäre auch möglich, diesen Ansatz ganz zu eliminieren, indem das Gehäuse verlängert und entsprechend ausgebildet wird.

Ferner ist die Messvorrichtung an einen elektrischen Kraftaufnehmer mit Dehnungsstreifen nicht angewiesen. Es könnten statt dessen magneto-elastische, induktive, kapazitive, piezoelektrische, hydraulische oder pneumatische Systeme in Betracht gezogen werden, welche auch nicht unbedingt am Motorgehäuse oder am Flansch, sondern beispielsweise am Ständer der anzutreibenden Maschine befestigt würden.

Claims

1. Vorrichtung zum Messen des von einem Elektromotor mit Befestigungsflansch ausgeübten Drehmomentes, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorgehäuse (l,2) gegenüber dem Befestigungsflansch (3) verdrehbar angeordnet ist und durch die infolge des Reaktions-Drehmomentes auftretende Verdrehung auf einen Kraftaufnehmer einwirkt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseansatz (2) und der Befestigungsflansch (3) durch mindestens eine, kein Spiel aufweisende Wälzkörperbahn (5t6,7) miteinander auf Drehung verbunden sind.

3· Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (5t6) der Wälzkörperbahn nach Art eines Radiallagers angeordnet sind und eine Anzahl Kugeln (7) mit Vierpunktauflage tragen.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rillen (5,6) der Wälzkörperbahn nach Art eines Axiallagers angeordnet sind und eine Anzahl Kugeln (7) ralt Vierpunktauflage tragen, deren Berührungsdruck wählbar und einstellbar ist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Gehäuseansatz (2) parallel zur Motorachse ein elektrischer Kraftaufnehmer (8) befestigt ist, dessen mit Dehnungsmesstreifen beklebter Biegebolzen (9) in eine Aussparung des Befestigungsflansches (3) hineinragt.