Rainer Schicker Georg Wegener. Drehmoment richtig messen

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1 Rainer Schicker Georg Wegener Drehmoment richtig messen

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Die Bedeutung der Messgröße Drehmoment 11 2 Methoden zum Messen von Drehmoment Ermittlung aus der elektrischen Leistung Messen des Reaktionsdrehmoments Messen der Reaktionskraft am Hebelarm Reaktionsmomentaufnehmer Messen des Aktionsdrehmoments DMS in der Drehmomentmesstechnik 19 3 Aufbau von Drehmomentaufnehmern Mechanischer Aufbau Bauformen der Messkörper Drehmomenteinleitungen Drehmoment-Messwellen mit Lagern Lager- und berührungslose Drehmomentaufnehmer Messsignalübertragung Messsignalübertragung mittels Schleifringen Berührungslose Energie- und Messsignalübertragung Drehzahl- und Drehwinkel-Messsysteme Magnetische Drehzahlerfassung Optische Drehzahl- und Drehwinkelerfassung Referenzimpuls Elektrische Schnittstellen Drehmomentschnittstelle mv/v Drehmoment-Frequenzschnittstelle Drehmoment-Analogausgang + 10 V Drehzahl- und Drehwinkel-Frequenzschnittstelle 39

3 4 Auswahl und Einsatzumfeld von Drehmomentaufnehmern Abmessungen und mechanische Grundeigenschaften Mechanischer Einbau Masse, Massenträgheitsmomente Steifigkeiten Einsatzumfeld und Ausstattungsmerkmale Maximale Betriebsdrehzahl Drehzahl- und Drehwinkelmessung Wartungsaufwand Messbereich und Grenzmoment Erste grobe Abschätzung des Drehmoments in einer Anwendung Dynamisches Drehmoment Parasitäre Belastungen Genauigkeit Umwelteinflüsse Staub und Fremdkörper Flüssigkeiten Chemikalien Temperaturbedingungen Luftfeuchte Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) Schwingungen Torsionsschwingungen Biegeschwingungen Axialschwingungen 89 5 Einsatz und Einbau von Drehmomentaufnehmern Mechanische Voraussetzungen Prinzipieller Einbau Überprüfen von Drehmomentaufnehmern Abmessungen Mechanische Anschlussarten Auswuchten 101

4 5.2 Einbau im Wellenstrang Ausgleichselemente im Wellenstrang Auswirkungen von geometrischen Fehlern des Wellenstrangs Gestaltung des Wellenstrangs zur Aufnahme von Drehmomentaufnehmern Ausrichten des Strangs Elektrischer Anschluss Schutz gegen elektromagnetische Störungen Schirmungskonzept Elektronik für die Signalübertragung Merkmale von Messverstärkern Kombiniertes Frequenzzähl-Periodendauer- Verfahren von HBM Abgleich der Messkette Aufgabe des Abgleichs der Messkette Grundlegende Einstellungen am Messverstärker Eingabe der Kennlinie für die Drehmometmessung Eingabe der Kennlinie für die Drehzahl- und Drehwinkelmessung Analyse von Schwingungsvorgängen Ziel der Schwingungsanalyse Messen von Schwingungen rotierender Maschinen Geeignete Messgrößenaufnehmer und ihre Anordnung Messdatenkonditionierung und -aufzeichnung Datenanalyse Zeitbereich Frequenzbereich Diagnosetabelle, Schwingungsprobleme Beurteilungen von Schwingungen 176

5 7 Kalibrieren von Drehmomentaufnehmern Begriffsabgrenzung Das Kalibrieren 177 Zweck des Kalibrierens 177 Gültigkeit der Kalibrierung Begriffe, die oft mit dem Kalibrieren verwechselt werden 179 Die Prüfung 179 Die Justierung 179 Die Eichung 180 Abgleich der Messkette 180 Shuntkalibrierung Bauformen von Kalibrieranlagen für Drehmomentaufnehmer Hierarchiestufen des Kalibrierens - die Kalibrierpyramide 182 Kalibrierung durch die PTB 183 Kalibrierung im Rahmen des DKD 183 Werkskalibrierung 184 Werksprüfung beim Messtechnikhersteller Prüfprotokolle und Kalibrierscheine der verschiedenen Hierarchiestufen Prüfung in der Produktion und Herstellerprüfprotokoll. 185 Prüfablauf 185 Inhalt des Protokolls 186 Verwendung zum Abgleich der Messkette Werkskalibrierung und Werkskalibrierschein 188 Kalibrierablauf 188 Wahl der Anzeigeeinheit 189 Angaben auf dem Werkskalibrierschein 190 Verwendung zum Abgleich der Messkette DKD-Kalibrierung und DKD-Kalibrierschein 195 Einsatzbereich und Nutzen einer DKD-Kalibrierung Kalibrierablauf 196 Wahl der Anzeigeeinheit 198 Angaben auf dem DKD-Kalibrierschein Mathematisch-statistische Deutung zu Messunsicherheit und Vertrauensbereich 208 Verwendung zum Abgleich der Messkette 208

6 7.5 Kalibrieren im Prüfstand Aufgabenstellung und Lösungsansätze 209 Transfer der Messgröße in die Anwendung 209 Kalibrieren im Kalibrierlabor oder vor Ort im Prüfstand 209 Klären der Genauigkeitsanforderungen an die Kalibrierung Techniken und Vorrichtungen zum Kalibrieren im Prüfstand 211 Kalibriereinrichtungen auf Basis von Hebelarm-Masse-Systemen 211 Kalibriereinrichtungen mit Drehmoment- Referenz- oder Transferaufnehmern 214 Kalibriereinrichtungen mit Kraft-Referenz- oder Kraft-Transferaufnehmern 216 Qualifizierung von Kalibriereinrichtungen für Vor-Ort-Kalibrierungen 216 Bewertungskriterien Einsatz von Transfer- und Referenzaufnehmern im industriellen Umfeld 217 Unterscheidung zwischen Transfer- und Referenzaufnehmern 217 Optimierung des Transfers der Messgröße Dynamisches Kalibrieren Bedeutung Begriffsabgrenzung des dynamischen Kalibrierens Zügiges Kalibrieren 220 A Begriffe zur Spezifikation von Drehmomentaufnehmern 221 A.l Messtechnische Eigenschaften des Drehmomentmesssystems. 221 Relative Standardabweichung der Wiederholbarkeit o,- e \ 230 A.2 Einsatzbereich und Belastungsgrenzen 232 B Kurzer Abriss der Schwingungstechnik 239 B.l Beispielhafte schwingungsfähige Systeme 239 B.2 Freie Schwingungen 241 B.3 Freie ungedämpfte Schwingungen 242 B.4 Freie gedämpfte Schwingungen 243 B.5 Erzwungene Schwingungen 244 B.6 Ausblick auf Systeme mit mehreren Freiheitsgraden 249

7 B.7 Freie Schwingungen 251 B.8 Erzwungene Schwingungen 253 B.9 Weitere Mechanismen der Schwingungserregung 254 B.9.1 Schwingungen nichtlinearer Systeme 254 Freie Schwingungen 254 Erzwungene Schwingungen 254 B.9.2 Schwingungen nichtlinearer Systeme 255 Selbsterregte Schwingungen 255 C Formeln und Tabellen 257 C. 1 Moment und Drehmoment 257 C.2 Leistung in einer rotierenden Welle 258 C.3 Mechanischer Wirkungsgrad 258 C.4 Torsionssteifigkeit elastischer Wellen oder Wellenabschnitte Definition der Torsionssteifigkeit 258 Berechnung der Torsionssteifigkeit für gerade Wellenabschnitte mit konstantem Querschnitt 258 Berechnung der Torsionssteifigkeit für zusammengesetzte Wellenabschnitte 259 C.5 Biegesteifigkeit elastischer Wellen 259 Definition der Biegesteifigkeit 259 Tabelle der Biegesteifigkeiten in Abhängigkeit von Wellengeometrie und Position der Radialkraft 259 C.6 Flächenträgheitsmomente und Torsionsträgheitsmomente C.7 Massenträgheitsmomente 260 Bedeutung und Definition des Massenträgheitsmoments 260 Tabelle der Massenträgheitsmomente homogener symmetrischer Körper 262 Berechnung von Massenträgheitsmomenten zusammengesetzter Körper 263 C.8 Physikalische Größen und ihre Einheiten 263 C.9 Materialkonstanten gebräuchlicher Werkstoffe 265 Literatur 266 Schlagwortverzeichnis 268