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WO2012093134A1 - Drehmomentmesseinrichtung - Google Patents

Drehmomentmesseinrichtung Download PDF

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WO2012093134A1
WO2012093134A1 PCT/EP2012/050076 EP2012050076W WO2012093134A1 WO 2012093134 A1 WO2012093134 A1 WO 2012093134A1 EP 2012050076 W EP2012050076 W EP 2012050076W WO 2012093134 A1 WO2012093134 A1 WO 2012093134A1
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WO
WIPO (PCT)
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torque
torque measuring
measuring unit
unit
measuring device
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2012/050076
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner FAUSTMANN
Franz Pucher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AVL List GmbH filed Critical AVL List GmbH
Publication of WO2012093134A1 publication Critical patent/WO2012093134A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating

Definitions

  • the invention relates to a torque measuring device with at least one torque measuring unit, which is arranged between a drive machine and a loading unit in a drive shaft train.
  • load units with included torque measuring device are used on the corresponding test stands.
  • the torque measuring unit is either integrated into the loading device, wherein the stator of this loading device is rotatably mounted in a housing and supported by a load cell, wherein the force can be converted directly to the applied motor torque.
  • EP 1 170 577 A2 discloses a torque measuring device in which the torque measuring unit is arranged directly on the drive shaft of the loading device.
  • the object of the invention is to minimize the disadvantage of large absolute measurement tolerance at low torques and to provide a torque measuring device which has a high measuring accuracy over a wide torque range.
  • this is achieved in that at least two torque measuring units are arranged serially in series in the drive train, wherein a second torque measuring unit between the prime mover and a first torque measuring device is arranged, and wherein preferably the two torque measuring units are designed for different torque ranges.
  • the secondary torque measuring unit can - compared to the primary torque measuring unit - have a lower measured end value and / or be designed for a lower maximum torque.
  • the primary torque measuring unit is designed for an upper design torque value, which corresponds to the maximum possible torque in the drive train, and the secondary torque converter - is dimensioned to a lower design torque value, which is lower than the upper design torque value, and which preferably corresponds to a maximum of 50%, more preferably at most about 25% of the upper design torque value.
  • the first torque measuring unit can be integrated into a load unit for an engine test bench.
  • the second torque measuring device is connected upstream of the loading unit, wherein the torque measuring unit can be designed as a torque measuring flange.
  • the torque measuring flange may have a first region connected to the drive train and a second region, wherein the second region is rotationally elastically connected to the first region.
  • the second torque measuring unit has an end stop for torques above the lower design torque value.
  • the end stop represents a mechanical blockage over which the torque is transmitted from the lower design torque value.
  • the end stop can be formed by at least one sleeve, which at least partially surrounds a fastening screw for fastening the torque measuring flange on the drive train in the second region of the torque measuring flange. In at least one first position, the sleeve is free relative to the second region of the torque measuring flange.
  • the sleeve In at least a second position from a torque which is greater than the lower design torque, the sleeve abuts against a bore of the second region of the torque-measuring flange. From a predetermined torque on the design torque, the two areas are connected to each other via the end stop torsionally rigid.
  • the primary torque measurement unit of the load unit assumes the torque measurement in its original form.
  • FIGS. show schematically: - -
  • Fig. 1 was a Motorprüf stood with a torque measuring device according to the invention
  • Fig. 2 is a secondary torque measuring unit of the invention
  • Torque measuring device in an exploded view
  • the power and the torque of a prime mover 1, for example, an internal combustion engine, on a Motorprüf 2 was determined by means of a load unit 3.
  • the stator of this loading unit 3 is supported by a primary torque measuring unit 4, for example a load cell, against the housing 5 of the loading unit 3.
  • the loading unit 3 is preceded by a secondary torque measuring unit 7 in the drive train 1 coming from the drive machine 1, which is formed by a torque measuring flange 8 in the exemplary embodiment.
  • the torque measuring flange 8 is connected to the drive shaft 6 via a shaft connection flange 9, the connection being made via a plurality of fastening screws 10 engaging in a first region 8a of the torque measuring flange 8.
  • the fastening screws 10 arranged parallel to the axis of rotation 1a protrude axially as far as a second region 8b of the torque-measuring flange 8.
  • each fastening screw 10 and the second region 8b of the torque-measuring flange 8 is in each case an end stop 13 forming sleeve 11 is arranged, wherein the sleeves 11 serve as a mechanical block to avoid damage to the secondary torque measuring unit 7.
  • the torque measuring flange 8 has at maximum load on a twist angle, which must not be exceeded.
  • the sleeves 11 are made smaller by an arithmetic measure than the corresponding bores 12 in the second region 8b of the torque measuring flange 8 around the screw heads 10a of the fastening screws 10.
  • the secondary torque measuring unit 7 is used for measuring the torque in the lower torque range.
  • the secondary torque measuring unit 7 is designed for a lower design torque, which is approximately a four-dimensional torque. - Is the maximum design torque of the primary torque measuring unit 4. From reaching a torque corresponding to the lower design torque of the secondary torque measuring unit 7, the torque is transmitted via a positive connection between the sleeves 11 and the corresponding holes second portion 8b in the torque measuring flange 8 of the secondary torque measuring unit 7 directly to the primary torque measuring unit 4 - Measurement of the torque in the upper torque range thus takes place exclusively via the primary torque unit 4.

Landscapes

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  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Drehmomentmesseinrichtung mit zumindest einer Drehmomentmesseinheit (4), welche zwischen einer Antriebsmaschine (1) und einer Belastungseinheit (3) in einem Antriebsstrang (6) angeordnet ist. Um über einen weiten Drehmomentbereich präzise Messungen durchführen zu können ist vorgesehen, dass zusätzlich zu einer primären Drehmomentmesseinheit (4) zumindest eine sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) im Antriebsstrang (6) angeordnet ist, wobei die primäre und die sekundäre Drehmomentmesseinheit (4, 7) seriell hintereinander geschaltet angeordnet sind, und wobei vorzugsweise die beiden Drehmomentmesseinheiten (4, 7) für unterschiedliche Drehmomentbereiche ausgelegt sind.

Description

- -
Drehmomentmesseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Drehmomentmesseinrichtung mit zumindest einer Drehmomentmesseinheit, welche zwischen einer Antriebsmaschine und einer Belastungseinheit in einem Antriebswellenstrang angeordnet ist.
Für die Belastung von Antriebsmotoren werden auf den entsprechenden Prüfständen Belastungseinheiten mit inkludierter Drehmomentmesseinrichtung verwendet. Für die Belastung von Antriebsmaschinen muss die Auslegung der Drehmomentmesseinheit der Drehmomentmesseinrichtung immer auf den Maximalwert hinsichtlich des Drehmomentes der Antriebsmaschine erfolgen. Die Drehmomentmesseinheit ist dabei entweder in die Belastungseinrichtung integriert, wobei der Stator dieser Belastungseinrichtung drehbar in einem Gehäuse gelagert ist und mittels einer Kraftmessdose abgestützt wird, wobei die Kraft direkt auf das aufgebrachte Motordrehmoment umgerechnet werden kann. Die EP 1 170 577 A2 offenbart eine Drehmomentmesseinrichtung, bei der die Drehmomentmesseinheit direkt auf der Antriebswelle der Belastungseinrichtung angeordnet ist.
Bekannte Messeinrichtungen weisen den Nachteil einer großen absoluten Messtoleranz bei geringen Drehmomenten auf.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Nachteil der großen absoluten Messtoleranz bei geringen Drehmomenten zu minimieren und eine Drehmomentmesseinrichtung zu schaffen, welche über einen weiten Drehmomentbereich eine hohe Messgenauigkeit aufweist.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass zumindest zwei Drehmomentmesseinheiten im Antriebsstrang seriell hintereinander geschaltet angeordnet sind, wobei eine zweite Drehmomentmesseinheit zwischen Antriebsmaschine und einer ersten Drehmomentmesseinrichtung angeordnet ist, und wobei vorzugsweise die beiden Drehmomentmesseinheiten für unterschiedliche Drehmomentbereiche ausgelegt sind.
Die sekundäre Drehmomentmesseinheit kann dabei - im Vergleich mit der primären Drehmomentmesseinheit - einen geringeren Messendwert aufweisen und/ oder für ein geringeres maximales Drehmoment ausgelegt sein .
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die primäre Drehmomentmesseinheit auf einen oberen Auslegungsdrehmomentwert ausgelegt ist, welcher dem maximal möglichen Drehmoment im Antriebsstrang entspricht, und die sekundäre Drehmo- - - mentmesseinheit auf einen unteren Auslegungsdrehmomentwert ausgelegt ist, welcher geringer ist als der obere Auslegungsdrehmomentwert, und welcher vorzugsweise maximal ein 50%, besonders vorzugsweise maximal etwa 25% des oberen Auslegungsdrehmomentwertes entspricht.
Die erste Drehmomentmesseinheit kann in eine Belastungseinheit für einen Motorprüfstand integriert sein. Vorzugsweise wird die zweite Drehmomentmesseinrichtung der Belastungseinheit vorgeschaltet, wobei die Drehmomentmesseinheit als Drehmoment-Messflansch ausgebildet sein kann. Der Drehmoment-Messflansch kann einen mit dem Antriebsstrang verbundenen ersten Bereich und einen zweiten Bereich aufweisen, wobei der zweite Bereich drehelastisch mit dem ersten Bereich verbunden ist.
Zur Vermeidung einer Beschädigung der sekundären Drehmomentmesseinheit durch Überlast in Betriebsbereichen mit einer Drehmomenteinleitung, welche über dem Maximalwert dieser sekundären Drehmomentmesseinheit liegt, kann vorgesehen sein, dass die zweite Drehmomentmesseinheit einen Endanschlag für Drehmomente über dem unteren Auslegungsdrehmomentwert aufweist. Der Endanschlag stellt eine mechanische Blockierung dar, über welche das Drehmoment ab dem unteren Auslegungsdrehmomentwert übertragen wird. Der Endanschlag kann dabei durch zumindest eine Hülse gebildet sein, welche eine Befestigungsschraube zur Befestigung des Drehmoment-Messflansches am Antriebsstrang im zweiten Bereich des Drehmoment-Messflansches zumindest teilweise umgibt. In zumindest einer ersten Stellung ist die Hülse gegenüber dem zweiten Bereich des Drehmoment-Messflansches freigestellt. In zumindest einer zweiten Stellung ab einem Drehmoment, welches größer ist, als das untere Auslegungsdrehmoment, liegt die Hülse an einer Bohrung des zweiten Bereiches des Drehmoment-Messflansches an. Ab einem vorbestimmten Drehmoment über dem Auslegungsdrehmoment sind die beiden Bereiche über den Endanschlag miteinander drehsteif verbunden.
In den Betriebsbereichen über dem unteren Auslegungsdrehmoment übernimmt die primäre Drehmomentmesseinheit der Belastungseinheit in der ursprünglichen Form die Drehmomentmessung.
Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der deutlich besseren absoluten Messgenauigkeit bei niedrigen Drehmomenten bei uneingeschränktem Maximaldrehmoment.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch : - -
Fig. 1 einen Motorprüf stand mit einer erfindungsgemäßen Drehmomentmesseinrichtung;
Fig. 2 eine sekundäre Drehmomentmesseinheit der erfindungsgemäßen
Drehmomentmesseinrichtung in einer Explosionsdarstellung;
Fig. 3 die sekundäre Drehmomentmesseinheit in einer Stirnansicht; und
Fig. 4 die sekundäre Drehmomentmesseinheit in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3 in einer Ausführungsvariante.
Wie in Fig. 1 schematisch dargestellt, wird die Leistung und das Drehmoment einer Antriebsmaschine 1, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, auf einem Motorprüf stand 2 mit Hilfe einer Belastungseinheit 3 festgestellt. Der Stator dieser Belastungseinheit 3 wird über eine primäre Drehmomentmesseinheit 4, beispielsweise eine Kraftmessdose, gegenüber dem Gehäuse 5 der Belastungseinheit 3 abgestützt. Der Belastungseinheit 3 ist im von der Antriebsmaschine 1 kommenden Antriebsstrang 6 eine sekundäre Drehmomentmesseinheit 7 vorgeschaltet, welche im Ausführungsbeispiel durch einen Drehmoment-Messflansch 8 gebildet ist. Der Drehmoment-Messflansch 8 ist über einen Wellenanschluss- flansch 9 mit der Antriebswelle 6 verbunden, wobei die Anbindung über mehrere in einem ersten Bereich 8a des Drehmoment-Messflansches 8 angreifende Befestigungsschrauben 10 erfolgt. Die parallel zur Drehachse la angeordneten Befestigungsschrauben 10 ragen dabei axial bis zu einem zweiten Bereich 8b des Drehmoment-Messflansches 8.
Zwischen jeder Befestigungsschraube 10 und dem zweiten Bereich 8b des Drehmoment-Messflansches 8 ist jeweils eine einen Endanschlag 13 ausbildende Hülse 11 angeordnet, wobei die Hülsen 11 als mechanische Blockierung dienen, um eine Beschädigung der sekundären Drehmomentmesseinheit 7 zu vermeiden. Der Drehmoment-Messflansch 8 weist bei maximaler Belastung einen Verdrehwinkel auf, welcher nicht überschritten werden darf. Um dies zu vermeiden, sind die Hülsen 11 um ein rechnerisches Maß kleiner gefertigt, als die entsprechenden Bohrungen 12 im zweiten Bereich 8b des Drehmoment-Messflansches 8 um die Schraubenköpfe 10a der Befestigungsschrauben 10. Somit wird sicher gestellt, dass sich der erste Bereich 8a des Drehmoment-Messflansches 8 über die Hülsen 11 in den Bohrungen 12 des zweiten Bereiches 8b des Drehmoment-Messflansches 8 abstützt und so ein Drehmoment überträgt, welches ohne diesen Endanschlag 13 zu einer Beschädigung der sekundären Messeinheit 7 führen würde.
Die sekundäre Drehmomentmesseinheit 7 dient zur Messung vom Drehmoment im unteren Drehmomentbereich. Dazu ist die sekundäre Drehmomentmesseinheit 7 auf ein unteres Auslegungsdrehmoment ausgelegt, welches etwa ein Vier- - - tel des maximalen Auslegungsdrehmomentes der primären Drehmomentmesseinheit 4 beträgt. Ab Erreichen eines Drehmomentes, welches dem unteren Auslegungsdrehmoment der sekundären Drehmomentmesseinheit 7 entspricht, wird das Drehmoment über einen Formschluss zwischen den Hülsen 11 und den entsprechenden Bohrungen zweiten Bereich 8b im Drehmoment-Messflansch 8 der sekundären Drehmomentmesseinheit 7 direkt an die primäre Drehmomentmesseinheit 4 übertragen - die Messung des Drehmoments im oberen Drehmomentbereich erfolgt somit ausschließlich über die primäre Drehmomenteinheit 4.
Durch das Vorschalten der sekundären Drehmomentmesseinheit 7 kann eine weitaus bessere Messgenauigkeit bei niedrigen Drehmomenten bei uneingeschränktem Maximaldrehmoment erhalten werden.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Drehmomentmesseinrichtung mit zumindest einer Drehmomentmesseinheit (4), welche zwischen einer Antriebsmaschine (1) und einer Belastungseinheit (3) in einem Antriebsstrang (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu einer primären Drehmomentmesseinheit (4) zumindest eine sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) im Antriebsstrang (6) angeordnet ist, wobei die primäre und die sekundäre Drehmomentmesseinheit (4, 7) seriell hintereinander geschaltet angeordnet sind, und wobei vorzugsweise die beiden Drehmomentmesseinheiten (4, 7) für unterschiedliche Drehmomentbereiche ausgelegt sind.
2. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) - im Vergleich mit der primären Drehmomentmesseinheit (4) - einen geringeren Messendwert aufweist und/oder für ein geringeres maximales Drehmoment ausgelegt ist.
3. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Drehmomentmesseinheit (4) auf einen oberen Auslegungsdrehmomentwert ausgelegt ist, welcher dem maximal möglichen Drehmoment im Antriebsstrang (6) entspricht, und dass die sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) auf einen unteren Auslegungsdrehmomentwert ausgelegt ist, welcher geringer ist als der obere Auslegungsdrehmomentwert, und welcher vorzugsweise maximal ein 50%, besonders vorzugsweise maximal etwa 25% des oberen Auslegungsdrehmomentwertes entspricht.
4. Drehmomentmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die primäre Drehmomentmesseinheit (4) in eine Belastungseinheit (3) für einen Motorprüfstand integriert ist.
5. Drehmomentmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) als Drehmoment-Messflansch (8) ausgebildet ist.
6. Drehmomentmesseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Drehmomentmesseinheit (7) einen Endanschlag (13) für Drehmomente über dem unteren Auslegungsdrehmomentwert aufweist.
7. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmoment-Messflansch (8) zwei drehelastisch miteinander verbundene Bereiche (8a, 8b) aufweist, wobei ab einem vorbestimmten Dreh- moment über dem Auslegungsdrehmoment die beiden Bereiche (8a, 8b) über den Endanschlag (13) miteinander drehsteif verbunden sind.
8. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Endanschlag (13) durch zumindest eine Hülse (11) gebildet ist, welche eine fest mit dem ersten Bereich (8a) verbundene Befestigungsschraube (10) umgibt, wobei in zumindest einer ersten Stellung die Hülse (11) gegenüber dem zweiten Bereich (8b) des Drehmoment-Messflansches (8) freigestellt und in zumindest einer zweiten Stellung ab einem Drehmoment, welches größer ist, als das untere Auslegungsdrehmoment, am zweiten Bereich (8b) des Drehmoment-Messflansches (8) anliegt.
2012 01 04
Fu
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