Was ist ein Drehmomentaufnehmer?
Drehmomentaufnehmer sind Messwertaufnehmer, die das Drehmoment von rotierenden oder stationären Geräten, wie z. B. Motoren, in eine elektrische Messgröße umwandeln.
Das Drehmoment ist das Kraftmoment um eine rotierende Welle, das um eine feste rotierende Welle wirkt. Bei rotierenden Geräten wird die Torsion der rotierenden Welle mit Hilfe von Dehnungsmessstreifen usw. in eine elektrische Größe umgewandelt und über einen Schleifring oder ein Funkgerät an den stationären Teil weitergeleitet, um das übertragene Drehmoment und die Drehmomentschwankungen zu messen. Eine stabile Messung ist vom stationären Zustand bis in den Bereich hoher Drehzahlen möglich.
Drehmomentaufnehmer werden für die Forschung, Prüfung und Inspektion von rotierenden Geräten eingesetzt. Bei der Auswahl des Aufnehmers müssen rotierende oder nicht rotierende, Drehzahl, Umgebungsbedingungen, Montagebedingungen usw. berücksichtigt werden.
Anwendungen für Drehmomentaufnehmer
In der Automobilentwicklung wird das Drehmoment über einen weiten Bereich von Motor, Getriebe, Antriebswellen, Achsen, Motoren und Nebenaggregaten gemessen. Die Festigkeit jeder Achse wird in Prüfstandsversuchen und Fahrversuchen untersucht, und Drehmomentschwankungen werden in ihrer Frequenz analysiert, um Drehschwingungen zu untersuchen und Geräusche und Vibrationen zu beseitigen, die durch Drehmomentschwankungen des Motors verursacht werden.
Motortester können die Motorleistung mit einem Drehmomentaufnehmer zwischen dem Testmotor und der Belastungsvorrichtung prüfen. Für die Last werden Pulverbremsen und Hysteresebremsen verwendet, und das Ausgangsdrehmoment wird im Verhältnis zur Drehzahl gemessen.
Ein Drehmomentaufnehmer zwischen dem Antriebsmotor und den Walzen ermöglicht es, das Drehmoment beim Vorschub von Papier oder Folie zu messen und die optimalen Bedingungen zu ermitteln.
Funktionsweise der Drehmomentaufnehmer
Drehmomentaufnehmer gibt es mit Dehnungsmessstreifen (DMS) für nicht rotierende Typen und mit magnetostriktiven, Dehnungsmessstreifen- oder Phasendifferenzaufnehmern für rotierende Typen. Der Dehnungsmessstreifen-Typ wird häufig verwendet, da er in Bezug auf Genauigkeit und Stabilität überlegen ist. Kontaktschleifringe, berührungslose FM-Transmitter, optische Geräte und Drehübertrager können zur Signalgewinnung aus rotierenden Körpern verwendet werden.
Neben Dehnungsmessstreifen-, magnetostriktiven und Phasendifferenzverfahren kann das Drehmoment auch mit kapazitiven, federnden, optischen und piezoelektrischen Verfahren gemessen werden. Bei jedem dieser Verfahren werden die übertragenen Daten unter Verwendung des Elastizitätsmoduls des verwendeten Materials vom Dehnungsbetrag in ein Drehmoment umgewandelt.
1. Dehnungsmessstreifen-Typ
Die Dehnungsmessstreifen-Methode besteht aus vier Dehnungsmessstreifen, die in einer Brücke zusammengefügt sind, und verwendet eine Nullpunktkompensation und eine Temperaturkompensation zur Erhöhung der Genauigkeit. Die Dehnungsmessstreifen werden auf der Oberfläche der zu messenden Welle in zwei orthogonalen Richtungen in einem Winkel von 45° zur Drehachse angebracht, wobei die Dehnung gemessen und in ein Drehmoment umgerechnet wird.
2. Magnetostriktiver Typ
Beim magnetostriktiven Typ wird magnetostriktives Material auf der Welle verwendet und mit einer Spule auf der festen Seite erregt, wobei die Änderung der magnetischen Permeabilität gemessen wird, um das Drehmoment berührungslos zu erfassen.
3. Phasendifferenz-Typ
Der Phasendifferenztyp ist eine berührungslose Datenübertragungsmethode, bei der elektromagnetische Aufnehmer zur Übertragung der Phasendifferenz zwischen zwei magnetischen Zahnrädern verwendet werden. Der Nachteil ist die große Größe.
4. Kapazitiver Typ
Das Prinzip ist das gleiche wie das des Drehkondensators, und das Drehmoment kann durch Änderungen der Kapazität erfasst werden.
5. Feder-Typ
Die Struktur ist einfach und kann mit Hilfe einer Torsionsfeder als Verschiebung berechnet werden.
6. Optischer Typ
Die Polarisation eines optischen Materials, das an der Oberfläche der rotierenden Welle angebracht ist, kann erfasst werden.
7. Piezoelektrischer Typ
Bei dieser Methode wird ein piezoelektrisches Element verwendet.
Arten von Drehmomentaufnehmern
1. Dehnungsmessstreifen-Typ
Bei der Messung des Drehmoments mit der Dehnungsmessstreifen-Methode kann das Verfahren zur Übertragung des Drehmomentsignals von der rotierenden Welle auf die feste Seite in die Typen Telemeter, Drehübertrager und Schleifring unterteilt werden. Beim Telemeter-Typ wird ein elektronischer Schaltkreis, der Verstärker und Dehnungsmessstreifen enthält, an der rotierenden Welle befestigt, was eine Messung mit dem elektronischen Schaltkreis an der rotierenden Welle ermöglicht. Beim Drehübertrager ist der Dehnungsmessstreifen an der rotierenden Welle befestigt und ein Wechselstromsignal wird vom Drehübertrager gemessen. Beim Schleifring-Typ wird ein Dehnungsmessstreifen an der rotierenden Welle befestigt und die Messung erfolgt durch Stromversorgung und Signalübertragung über einen Schleifring.
2. Feder-Typ
Bei der Messung des Drehmoments mit dem Federtyp gibt es mehrere Methoden zur berührungslosen Erfassung der Verschiebung vor und nach der Torsionsfeder von der festen Seite aus. Bei der elektromagnetischen Zahnrad-Phasenmessung wird ein Zahnrad an der Vorder- und Rückseite der Torsionsfeder befestigt und die Phasendifferenz an der Stelle der Zahnradzähne kann mit einem elektromagnetischen Detektor gemessen werden. Bei der elektromagnetischen Induktionsphasenmessung wird eine Phasenplatte an der Vorder- und Rückseite der Torsionsfeder befestigt, und eine Differentialspule und eine Antriebsspule werden an der Vorder- und Rückseite der Phasenplatte installiert, um die Messung über den Ausgang der Differentialspule durchzuführen.