DD141202A1 - DEVICE FOR MEASURING THE TORQUE AND THUS ASSOCIATED SIZES OF SHAFT CONNECTIONS - Google Patents

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DD141202A1
DD141202A1 DD21018078A DD21018078A DD141202A1 DD 141202 A1 DD141202 A1 DD 141202A1 DD 21018078 A DD21018078 A DD 21018078A DD 21018078 A DD21018078 A DD 21018078A DD 141202 A1 DD141202 A1 DD 141202A1
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torque
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Heyo Mennenga
Dietmar Schedler
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Heyo Mennenga
Dietmar Schedler
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  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung des Drehmomentes an Wellenleitungen und damit zusammenhängender Größen wie Wellenleistung und Wellenenergie und auch Wellendrehzahl und ist besonders zur Anwendung an den Propellerwellen von Schiffen vorgesehen, kann aber auch an anderen Wellen eingesetzt werden. Ziel der Erfindung ist eine Einrichtung, die eine laufende Überwachung des von Antriebsanlagen gelieferten Drehmomentes erlaubt, so daß Überlastungen derselben vermieden werden können. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur digitalen Messung des Drehmomentes, der Wellenleistung und der Wellenenergie zu schaffen, die vom Arbeitsprinzip her die besten bekannten Einrichtungen an Genauigkeit erreicht und übertrifft und bei der keine einrichtungsspezifischen Spezialanfertigungen für Impulsgeber oder Markenträger und deren Abtastung notwendig sind. Sie wird gelöst durch die Verwendung inkrementaler Drehwinkelgeber mit Nullimpuls, die von der Welle über mechanische Mittel angetrieben werden und deren Zählimpulsausgänge nach digitaler Verarbeitung unter Verwendung von Tor- und Zählschaltungen Meßwerte für das Dehmoment, die Wellenleistung und die Wellenenergie ergeben.The invention relates to a device for measuring the torque on shaft lines and related variables such as shaft power and wave energy and shaft speed and is particularly intended for use on the propeller shafts of ships, but can also be used on other waves. The aim of the invention is a device that allows continuous monitoring of the torque supplied by drive systems, so that overloading of the same can be avoided. The object of the invention is to provide a device for the digital measurement of torque, shaft power and wave energy, which reaches and exceeds the best known devices in accuracy from the working principle and in which no institution-specific customization for pulse generator or mark carrier and their scanning are necessary , It is solved by the use of zero pulse incremental rotary encoders which are driven by the shaft via mechanical means and whose count pulse outputs after digital processing using gate and counter circuits provide measurements of the torque, shaft power and wave energy.

Description

** I *** gas** I *** gas

Erfindungsbeschreibunginvention description

a) Titel:a) Title:

Einrichtung zur Messung des Drehmomentes und damit zusammenhängender Größen an WellenleitungenDevice for measuring the torque and related quantities of waveguides

b) Anwendungsgebiet der Erfindung:b) Field of application of the invention:

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung des Drehmomentes an Wellenleitungen und damit zusammenhängender Größen wie Wellenleistung und Wellenenergie und auch Wellendrehzahl und ist besonders zur Anwendung an den Propellerwellen von Schiffen vorgesehen, kann aber auch an anderen Wellen eingesetzt werden,The invention relates to a device for measuring the torque on shaft lines and related variables such as shaft power and wave energy and shaft speed and is particularly intended for use on the propeller shafts of ships, but can also be used on other waves,

c) Charakteristik der bekannten technischen Lösungenc) Characteristic of the known technical solutions

Es sind zahlreiche Lösungen zur Messung des Drehmomentes rotierender Wellen bekannt, von denen die wichtigsten nach folgender Übersicht eingeteilt werden können:Numerous solutions for measuring the torque of rotating shafts are known, the most important of which can be classified according to the following overview:

Einrichtungen zur Messung des Drehmomentes an rotierenden_Wellen - ÜbersichtDevices for measuring the torque at rotating_shafts - overview

A) Messung der drehmomentproportionaleh Oberflächendehnung mittels Dehnmeßstreifen, Saiten o. ae A) Measurement of the torque-proportional surface strain by means of strain gauges, strings o. A e

B) Messung der drehmomentbeeinflußten magnetischen EigenschaftenB) Measurement of the torque-influenced magnetic properties

10 110 1

C) Messung des Torsionswinkels, den zwei um eine Länge 1 auseinanderliegende Wellenquerschnitte gegeneinander drehmomentproportional einnehmenC) Measurement of the torsion angle, the two spaced apart by a length of 1 shaft cross-sections against each other take torque proportional

C.) mit markentragenden oder Impuls bildenden Mitteln, die mit der Welle starr verbunden sind und die mit der ?/elle koaxial umlaufenC.) with mark-carrying or pulse-forming means which are rigidly connected to the shaft and which rotate coaxially with the shaft

Cp) mit markentragenden oder impulsbildenden Mitteln, die neben der Welle laufend und mit dieser über Zahnradoder Zugmittelgetriebe so verbunden sind, daß ihr Drehwinkel ein konstantes Vielfaches des WellendrehwinkelsCp) with mark-bearing or pulse-forming means, which are connected in addition to the shaft running and with this gear or traction mechanism so that its rotation angle is a constant multiple of the shaft rotation angle

ist ' .. .is' ...

Hier sollen nur die Einrichtungen, die in die Gruppe Cp nach vorstehender Übersicht einzuordnen sind, betrachtet werden« Jene Einrichtungen,, die in die Gruppe Ou nach vorstehender Übersicht einzuordnen sind, verwenden bei der Verarbeitung der mit Hilfe der markentragenden oder impulsbildenden Mittel gebildeten Signale zum Teil ähnliche Anordnungen wie die nach Cp, was auch berücksichtigt wird«,Here, only the facilities which are to be classified in the group Cp according to the above overview should be considered. "Those institutions, which are to be classified in the group Ou according to the above overview, use in the processing of the signals formed by means of the brand-carrying or impulse-forming means Part similar arrangements as those after Cp, which also takes into account «,

Die im Folgenden beschriebene Erfindung ist in die'Gruppe Cp entsprechend der vorstehenden Übersicht einzuordnen, so daß auch hauptsächlich auf Einrichtungen, die die Merkmale nach Co aufweisen, Bezug genommen wird. Solche Einrichtungen sind beschrieben insThe invention described below is to be classified in the group Cp according to the above overview, so that reference is also made mainly to devices having the characteristics of Co. Such devices are described in the

- USA-Patent 3640131- United States Patent 3,640,131

- USA-Patent 3081624- US Pat. No. 3,081,624

- Prospektmaterial der Firma Bordmeßtechnik Hoppe, Hamburg- Brochure material of the company Bordmeßtechnik Hoppe, Hamburg

"Hiehtelektroniseher, schleifringloser Leistungs-, Drehmomenten- und Drehzahlmesser für Propellerantriebe" (im weiteren als Hoppe-Anlage bezeichnet)"Viewing electroniser, slip-ring-free power, torque and tachometer for propeller drives" (hereinafter referred to as Hoppe system)

Hinsichtlich der Signalverarbeitung soll die in die Gruppe C, entsprechend obiger Übersicht einzuordnende Einrichtung, beschrieben im DDR-WP 124678, ebenfalls betrachtet v/erden.With regard to the signal processing to be classified in the group C, according to the above overview device, described in DDR-WP 124678, also considered v / earth.

Die vorstehend erwähnten' Einrichtungen nach USA-Patent 3081624, die Hoppe-Anlage und die Einrichtung nach DDR-YO? 124678 haben den lachteil gemeinsam, daß Gebereinrichtungen bzw, markentragende Mittel und zu letzteren gehörige Abtasteinrichtungen verwendet werden, die speziell für die jeweilige Einrichtung mit hoher Präzision zu fertigen sind, was insbesondere "bei den für Meßanlagen an Propellerwellen üblichen kleinen Stückzahlen sehr kostenintensiv und damit nachteilig ist. Diesen Nachteil weist die Einrichtung nach USA-Patent 3640131 zwar nicht auf, da auch aus anderen Einsatzfällen bekannte optische oder andere Tachogeneratoren Anwendung finden. Wegen·der geringen Auflösung dieser Geber muß jedoch eine Phasenmessung durch Impulsaustastung durchgeführt werden., bei der sich dann eine der Drehzahl umgekehrt proportionale Ausgangsgröße ergibt« Das hat zwei lachteile; zum ersten steigt der Meßfehler der Einzelmessung mit der Drehzahl an, und es sind zweitens relativ aufwendige zusätzliche Mittel notwendig, um die zur Messung des Drehmomentes notwendige Unabhängigkeit von der Drehzahl zu erreichen,The aforementioned 'United States patent 3081624 facilities, the Hoppe plant and the DDR-YO facility. 124678 have the laughing thing in common that donor devices or, brand-bearing means and the latter belonging scanning devices are used, which are specially manufactured for the respective device with high precision, which in particular "very costly and thus disadvantageous in the usual for measuring systems on propeller shafts small numbers Although the device according to US Pat. No. 3,640,131 does not have this disadvantage, since optical or other tachogenerators known from other applications also find application, because of the low resolution of these encoders, a phase measurement by impulse blanking must be carried out This results in two measuring errors: first, the measurement error of the individual measurement increases with the rotational speed, and, secondly, relatively complicated additional means are necessary in order to obtain the independence from the torque required to measure the torque to reach

Die Hoppe-Anlage arbeitet rein analog und bietet nicht die bei modernen Anlagen zu fordernde Möglichkeit des Rechneranschlusses β Bei der hier vorgenommenen analogen Signalverarbeitung sind Temperaturänderungen und Bauelementealterungen von fehlervergrößerndem Einfluß· "The Hoppe system works purely analog and does not offer the possibility in modern plants to be required to the computer port β When you make here analog signal processing, temperature changes and aging components of fehlervergrößerndem influence · "

Bei der Einrichtung nach DDR-WP 124678 und ähnlich arbeitenden Einrichtungen muß man, um einen kleinen Fehler zu erreichen, die Eigenschaften der Mittelung statistischer Signale ausnutzen, de h., man muß eine möglichst große Zahl von Abtastungen pro Umdrehung erreichen, wobei bei jeder Abtastung möglichst viele Impulse (bei gegebenem Drehmoment) erfaßt werden müssen«. Hat die einzelne Abtastung· einen gewissen statistischen Fehler, und ist r die Zahl der zur Mittelung verwendeten Abtastwerte, so ist der Fehler dieses Mittelwertes um den Faktor 1/ ^P kleiner als der der Einzelmessung. Man versucht also, einmal durch Gewinnung einer großen Zahl vonIn the device according to DDR-WP 124678 and similar operating devices must be in order to achieve a small error that exploit the properties of the averaging random signals d e h., It is necessary to achieve the greatest possible number of samples per revolution, wherein in each Scanning as many pulses (for a given torque) must be detected «. If the single scan · a certain statistical error, and r is the number of samples used for averaging, the error of this average by a factor of 1 / ^ P is smaller than that of the individual measurement. So you try, once by winning a large number of

' " - 4 - 210 180'"- 4 - 210 180

Impulsen bei der Einzel ab tastung den statistischen Fehler der Einzelmessung klein zu halten (dazu wird im DDR-WP 124678 eine ImpulsTervielfachung verwendet) und zum zweiten die Zahl der Abtastungen (Mittelungen) möglichst, groß zu machen, worin man mit der zur Verfügung stehenden Meßzeit begrenzt ist· Die Realisierung der Forderung, Meßwerte mit kleinem Fehler in kurzen Zeiten bereitzustellen, führt auf die Forderung, die Teilung der markentragenden Mittel bzw· den Impulsabstand (im Bogenmaß) möglichst.klein zu machen« Dabei ist man jedoch bei der Einrichtung nach DDR-WP 124678 und ähnlich arbeitenden Einrichtungen durch die Eindeutigkeitsforderung beschränkt, nach der der Marken- oder Impulsabstand größer sein muß als der größte bei der Messung auftretende Verdrehwinkel der markentragenden oder impulsbildenden Mittel gegeneinander« Das begrenzt die Auflösung oder erfordert sehr große Meßzeiten, so daß hier vom Meßprinzip her eine Begrenzung bestehto Dazu kommt, daß die Einzelabtastung relativ grober Marken im Verhältnis zum Verdrehwinkel einen großen Fehler (hervorgerufen z. B· durch Schwankungen der Empfängerempfindlichkeit oder der Triggerschwellen) hervorrufen kann.Pulses in the individual sampling to keep the statistical error of the single measurement small (this is used in DDR-WP 124678 a ImpulsTervielfachung) and the second, the number of samples (averages) as possible to make large, in which one with the available measuring time The realization of the requirement to provide measured values with a small error in short times leads to the requirement to make the division of the mark-carrying means or the pulse spacing (in radians) as small as possible ". However, in the case of the device according to GDR -WP 124678 and similar operating devices limited by the uniqueness requirement, according to which the brand or pulse spacing must be greater than the largest occurring in the measurement angle of rotation of the brand-carrying or pulse-forming means against each other. «This limits the resolution or requires very large measuring times, so here from the measuring principle establishes a limitation is o by kom mt that the single scan of relatively coarse marks in relation to the twist angle a large error (caused z. B) by variations in the receiver sensitivity or the trigger thresholds).

d) Ziel der Erfindung -d) Object of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Einrichtung, die eine laufende Überwachung des von Antriebsanlagen gelieferten Drehmomentes erlaubt, so daß Überlastungen derselben vermieden werden können und die die zur Betriebsoptimierung, zur Betriebsbeurteilung und zum wirtschaftliehen Vergleich von Anlagen notwendigen Größen Weilenleistung und Wellenenergie und auch ein Signal für die Wellendrehzahl liefert und dies in digitaler und in einer zur Weiterverarbeitung durch Rechner geeigneten Form«The aim of the invention is a device that allows continuous monitoring of the torque supplied by propulsion systems, so that the same overloads can be avoided and the necessary to optimize the operation, for the assessment and economic comparison of systems sizes Weilerleistung and wave energy and also a signal for the Shaft speed delivers and this in digital and in a suitable for further processing by computer form «

e) Darlegung des Wesens der Erfindunge) Presentation of the essence of the invention

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zur digitalen Messung des Drehmomentes, der Wellenleistung und der Wellenenergie zu schaffen, die vom Arbeitsprinzip her die bestenThe object of the invention is to provide a device for the digital measurement of torque, shaft power and wave energy, the best of the working principle

bekannten Einrichtungen an Genauigkeit erreicht oder übertrifft und bei der keine einrichtungsspezifischen Spezialanfertigungen für Impulsgeber oder Markenträger und deren Ab™ tastung notwendig sind»known devices reach or exceed accuracy and in which no device-specific customization for pulse generator or brand carrier and their Ab tation are necessary »

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Impulsgeber für den Drehwinkel an jedem der beiden Wellenquerschnitte, deren Torsion gegeneinander gemessen werden soll, als inkrementale Drehwinkelgeber mit' Nullimpuls bekannte Geber, wie sie für Weg» und. Winkelmessungen an Werkzeugmaschinen hergestellt werden, Verwendung finden, die sich neben der Welle befinden und von dieser über mechanische Mittel phasenstarr angetrieben werden, wobei die Ausgangssignale der Geber, d. h, die Zählimpulsfolgen (auch nach einer eventuellen Vervielfachung) und die Nullimpulse auf Zähler gegeben werden, die jeweils nach einer bestimmten Zahl von D eingelaufenen Zählimpulsen einen Impuls D«. bzw« Dp abgeben und die durch die Nullimpulse des jeweiligen Gebers in eine Anfangslage zurückgestellt werden (Synchronisation), wobei diese Impulse D1, und Dp so wirken, daß mit dem Impuls D^ ein erstes Tor geöffnet und mit dem Impuls D2 dieses erste Tor geschlossen wird, und an den Eingang dieses ersten Tores die (eventuell auch vervielfachten) Zählimpulse eines der Geber gelegt werden« Dabei ist vorausgesetzt, daß, wenn das Wellendrehmoment Null ist, die Geber so justiert werden, daß ihre Nullimpulse gleichzeitig auftreten oder daß eine andere bekannte Anfangslage eingenommen wird. Stimmen beim Drehmoment Null die Nullimpulse überein, d. h. treten sie bei M=O gleichzeitig auf, so läuft bei einem Öffnungs- und Schließvorgang durch das erste Tor eine Zahl vonThis object is achieved in that the pulse generator for the rotation angle at each of the two wave cross sections whose torsion is to be measured against each other, as incremental rotary encoder with 'zero pulse known donors, as for way »and. Angle measurements are made on machine tools, find use, which are located next to the shaft and are driven by this phase-locked by mechanical means, the output signals of the encoder, d. h, the Zählimpulsfolgen (even after a possible multiplication) and the zero pulses are given to counter, each of which after a certain number of D run count pulses a pulse D «. or «Dp and reset by the zero pulses of the respective encoder in an initial position (synchronization), these pulses D 1 , and Dp act so that opened with the pulse D ^ a first gate and with the pulse D 2 this first Tor is closed, and at the input of this first gate the (possibly multiplied) counts of one of the donors are laid «It is assumed that when the shaft torque is zero, the encoders are adjusted so that their zero pulses occur simultaneously or one other known starting position is taken. If the zero impulses coincide at zero torque, ie they occur simultaneously at M = O, a number from the first port through an opening and closing operation will occur

K ν nr in m = __£_ , yw (Gleichung 1)K ν n r in m = __ £ _, y w (Equation 1)

2.x nw 2.x n w

Impulsen, die dem Wellentorsionswinkel und damit dem Wellendrehmoment proportional ist·Pulses which are proportional to the shaft torsion angle and thus to the shaft torque.

In vorstehender Gleichung sindIn the above equation

K - Geberkonstante, d. h. die Zahl der vom Drehwinkelgeber* pro Umdrehung· von einer Zählimpulsspur abgegebenen Impulse. Der Kehrwert 2 Jt Ai wird als Auflösung bezeichnet.K - encoder constant, ie the number of pulses emitted by the rotary encoder * per revolution · from a counting track. The inverse 2 Jt Ai is called resolution.

ν - Vervielfachungsfaktor» Durch Verwendung von zwei phasenverschobenen Zählimpulsspuren oder auf andere bekannte Weise ist eine Vervielfachung der Zählimpulse möglich*ν - Multiplication Factor Multiplication of the counts is possible by using two out of phase counting tracks or in some other known way *

- drehmoment proportional er Verdrehwinkel der beiden Querschnitte gegeneinander - Torque proportional to the angle of rotation of the two cross sections against each other

Dabei istIt is

Vw= f~TT (Gleichung 2)Vw = f ~ TT (Equation 2)

M - zu. messendes Drehmoment der WelleM - too. Measuring torque of the shaft

G - Gleitmodul, Materialkonstante des Y/ellenmaterialsG - sliding modulus, material constant of the Y / ellenmaterials

- polares Trägheitsmoment der Welle- polar moment of inertia of the shaft

- Abstand der Meßorte- Distance of the measuring locations

- durch die mechanische Kopplung zwischen Welle und Geber festgelegtes Verhältnis der Geberdrehzahl nß und Wellendrehzahl n^e Es ist auch Ü =- Ratio determined by the mechanical coupling between the shaft and encoder donor speed n ß and shaft speed n ^ e It is also Ü =

Es ist fw der Verdrehwinkel beider Querschnitte der Welle gegeneinander und if q die damit verbundene dreh momentbewirkte Verdrehung beider Geber gegeneinander*It is f w the angle of rotation of both cross sections of the shaft against each other and if q the associated torque-induced rotation of both donors against each other *

Die weitere Verarbeitung der aus dem ersten Tor austretenden Impulse wird in Anordnungen vorgenommen, die zusammen mit dem vorher Beschriebenen Gegenstand der Erfindung sind.The further processing of the pulses emerging from the first gate is carried out in arrangements which are together with the previously described subject matter of the invention.

Zur Bildung eines drehmomentproportionalen, ausgebbaren Wertes erfolgt erfindungsgemäß die Aufsummierung der aus dem erwähnten ersten Tor auslaufenden Impulse während einer Zahl von ρ Geberumdrehungen in einem ersten Zähler.In order to form a torque-proportional, dispensable value, according to the invention, the summation of the pulses expiring from the mentioned first gate takes place during a number of ρ encoder revolutions in a first counter.

Zur Messung und Signalisierung der ρ Geberumdrehungen dienen Zählstufen (p-Teiler), auf die die Uullimpulse eines der Geber gegeben werden und die nach jeweils ρ eingelaufenen UuIlimpulsen einen Ausgangsimpuls abgeben. Mt dem Auftreten eines UuI!impulses eines der Geber wird die Aufsummierung im vorher gelöschten ersten Zähler begonnen und nach ρ Geberura« drehungen abgeschlossen» lach Abschluß dieser Aufsummierung ist der Stand des ersten Zählers dann:For measuring and signaling the ρ encoder revolutions serve count stages (p-divisor), to which the Uullimpulse one of the encoders are given and emit after each ρ UuIlimpulsen an output pulse. With the occurrence of an impulse of one of the encoders, the summation is started in the previously deleted first counter, and after ρ Geberura "rotations are completed", after completion of this accumulation, the state of the first counter is then:

% s fir ^V w · Ü · 1T- P ' (Gleichung 3*1)% s fir ^ V w · Ü · 1 T- P '(Equation 3 * 1)

oderor

•R-2 2• R-2 2

% " 2ΊΓ D Y * Ü * p · fw (Gleichung 3«2)% "2ΊΓ D Y * Ü * p · fw (Equation 3" 2)

Dabei kennzeichnet der Faktor ν K / D die pro Geberumdrehung auftretenden Öffnungs- und Schließvorgänge des ersten Tores« Der zum Ende des Summationsvorganges im ersten Zähler auftretende Zählerstand, der weiterverarbeitet werden kann, ist dem Drehmoment proportional·In this case, the factor ν K / D characterizes the opening and closing operations of the first gate occurring per encoder revolution. "The counter reading which occurs in the first counter at the end of the summation process and can be further processed is proportional to the torque.

Zur Bildung eines der Wellenleistung proportionalen 7/ertes wird erfindungsgemäß die aus dem ersten Tor austretende Impulsfolge über ein zweites Tor auf einen zweiten Zähler gegeben und in diesem aufsummiert« Das zweite Tor wird nach Löschung des zweiten Zählers durch einen von einer an sich bekannten Zeitgeberschaltung gelieferten Impuls für die Zeit TT1 geöffnet und nach Ablauf der Zeit 1T^ wieder geschlossen, Uach Ablauf der Zeit T * ist die Zahl der in den zweiten Zähler eingelaufenen ImpulseIn order to form a 7 / ertes proportional to the shaft power according to the invention the pulse train leaving the first gate is applied to a second counter via a second gate and summed up in this second «second gate is supplied after deletion of the second counter by a timer circuit known per se Pulse for the time TT 1 open and after the time 1 T ^ closed again, Uach the expiration of the time T * is the number of pulses entered into the second counter

tr ,, ν TC tr ,, ν TC

%-zr- . ν . U»w .T, e nQ 1^p (Gleichung 4*1) % -zr- . ν. U » w .T, en Q 1 ^ p (Equation 4 * 1)

— 8-210 180- 8-210 180

Das Produkt *% .n^.v.K/D ist gleich der Zahl von Impulsfolgen, die aus dem ersten Tor während der Zeit <T 1 austretene Damit istThe product *% .n ^ .VK / D is equal to the number of bursts of pulses exiting the first port during the time <T 1

„.2 2 ".2 2

^L = ""p'ör— ^ ' Πί * φ γ, ηψ (Gleichung 4.2)^ L = ""p'ör- ^ 'Πί * φ γ, η ψ (Equation 4.2)

und dieser Zählerstand ist der Wellenleistung proportional, deren Messung damit ebenfalls realisiert ist.and this count is proportional to the shaft power, the measurement is thus also realized.

Um schließlich einen Wert für die Wellenenergie zu erhalten,. werden erfindungsgemäß die aus dem ersten Tor auslaufenden Impulse in einem dritten Zähler aufsummiert. Ist seit der Nullstellung dieses dritten Zählers die Zeit 1" ο vergangen, so ist der Inhalt dieses dritten ZählersFinally, to obtain a value for the wave energy. According to the invention, the expiring from the first gate pulses are summed in a third counter. Is the time 1 "since the zero position of this third counter passed ο, then the content of this third counter

K2 v2 Ü2 K 2 v 2 Ü 2

Np = —rr '-,-ν ' ' - {/> « nw . TO (Gleichung 5)Np = -rr '-, - ν''-{/> «n w . TO (Equation 5)

JC/ C. JL D /Vv · c*JC /C. JL D / Vv · c *

und somit der in der Zeit T2 übertragenen Wellenenergie proportional.and thus the wave energy transmitted in the time T 2 proportional.

f) Ausführungsbeispielf) embodiment

Die erfindungsgemäßen Lösungen sollen nun anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit Zeichnungen näher erläutert werden. Die Zeichnungen zeigenThe solutions according to the invention will now be explained in more detail by means of embodiments in conjunction with drawings. The drawings show

Pig» 1: Eine erste Einrichtung zur Messung und Anzeige von Werten, die dem We 11endrehmoment, der Wellenleistung und der Wellenenergie sowie der Wellendrehzahl proportional sindPig »1: A first device for measuring and displaying values proportional to the torque, the shaft power and the wave energy as well as the shaft speed

Pig. 2: Anordnung der Drehwinkelgeber in Verbindung mit der Welle . .Pig. 2: Arrangement of the rotary encoder in connection with the shaft. ,

Pig« 3s Beispiel für die Ausgangssignale eines DrehwinkelgebersPig «3s Example of the output signals of a rotary encoder

Pig. 4: Darstellung eines bekannten Verfahrens der Impuls- VervielfachungPig. 4: Representation of a known method of pulse multiplication

Fig. 5: Darstellung der in der Einrichtung nach Pig· 1 auftretenden ImpulsfolgenFIG. 5: Representation of the pulse trains occurring in the device according to Pig · 1

Pig* 6: Ausschnitt aus einer weiteren Einrichtung zur Messung von Wellendrehmoment, Wellenleistung und WellenenergiePig * 6: Section of another device for measuring shaft torque, shaft power and wave energy

Fig. 2 zeigt die Anordnung der beiden verwendeten Drehwinkelgeber 1 an der Welle« Im gewählten Beispiel werden die Rotoren der Drehwinkelgeber 1.1 und 1.2, deren Gehäuse feststehen, über Zahnräder 2 und 3 von der Welle angetrieben. Das Übersetzungsverhältnis ist ü s d| / a« = η« / η^β Der Antrieb der Geber durch die Welle ist auch über Zugmittelgetriebe, z. B. Zahnriemen oder auf andere Weise möglich.Fig. 2 shows the arrangement of the two rotary encoder 1 used on the shaft «In the example chosen, the rotors of the rotary encoder 1.1 and 1.2, the housing are fixed, driven by gears 2 and 3 of the shaft. The gear ratio is ü sd | / a «= η« / η ^ β The drive of the encoders through the shaft can also be achieved by means of a traction mechanism, eg a belt drive. B. timing belt or otherwise possible.

Die Ausgangssignale dieser identischen Drehwinkelgeber zeigt für den Geber 1.1 schematisch Pig. 3« Der Nullimpuls IL tritt hier einmal pro Umdrehung auf. Die Zählimpulse einer Zählspur treten K-mal pro Umdrehung auf. K ist die Geberkonstante. In Fig. 3 ist K - 50 gewählt worden. Werte von K = 1000, K = 2000, K = 2500 oder auch-K = 5000 sind für derartige Geber üblich* Es soll hier bemerkt werden, daß auch Geber verwendet werden können, die zusätzlich zur Zählimpulsfolge statt der Nullimpulsfolge (ein Impuls pro Umdrehung) eine weitere Impulsfolge mit mehr als einem Impuls pro Umdrehung liefern. Sind in dieser Spur q Impulse pro Umdrehung enthalten, muß je«* doch wegen der zu fordernden Eindeutigkeit die Bedingung q <c ν K / D erfüllt sein. Die Nullimpulse werden nur zur Synchronisation und zur Einstellung des Nullpunktes der Anordnung verwendet«The output signals of these identical rotary encoder shows for the encoder 1.1 schematically Pig. 3 "The zero pulse IL occurs here once per revolution. The counts of a count track occur K times per revolution. K is the encoder constant. In Fig. 3, K - 50 has been selected. Values of K = 1000, K = 2000, K = 2500 or even-K = 5000 are common for such encoders. It should be noted here that it is also possible to use encoders which, in addition to the counting pulse train, instead of the zero pulse train (one pulse per revolution ) provide another pulse train with more than one pulse per revolution. If there are q pulses per revolution in this lane, then the condition q <c ν K / D must be fulfilled because of the uniqueness required. The zero pulses are used only for synchronization and to set the zero point of the arrangement «

Fig. 4 stellt ein Beispiel für eine im übrigen bekannte Art der Vervielfachung der Zählimpulse dar, um diesen verwendeten Begriff zu erläutern. Der Geber liefert zwei um eine Viertelperiode versetzte Impulsfolgen A und B. Durch Differentation der Flanken beider Signale und Zusammenfassung entsteht eine Impulsfolge mit der vierfachen Frequenz. Diese Art der Vervielfachung ist neben anderen Möglichkeiten in der Literatur beschrieben und ist nicht Gegenstand der Erfindung.Fig. 4 shows an example of a otherwise known type of multiplication of the counts to explain this term used. The encoder supplies two pulse sequences A and B offset by a quarter-period. By differentiating the edges of both signals and combining, a pulse train with four times the frequency is produced. This type of multiplication is described among other possibilities in the literature and is not the subject of the invention.

Pig. 1 stellt die erfindungsgemäße Einrichtung zur Messung von Wellendrehmoment, Wellenleistung und Wellenenergie dar. Die beiden Zählimpulsausgänge A1 und B- bzw. JU und Bp der Drehwinkelgeber -1.1 und 1.2, die im gewählten Beispiel Pig. entsprechen mögen, sind mit den Eingängen der Vervielfacherschaltungen 5e1 und 5·2 verbunden, in denen z. B. entspre~ chend Fig. 4 die Vervielfachung der Impulsfolgen erfolgt. Die Ausgänge der Vervielfacherschaltungen 5·1 und 5*2 sind mit den Eingängen von Teilerschaltungen 6.1 und 6.2 verbunden. Diese liefern jedesmal, wenn eine bestimmte Zahl von D Zählimpulsen der Impulsfolgen ZV 1 bzw. ZV 2 in den Teiler eingelaufen ist, einen Aus gangs impuls D. bzY/. Dp« Durch den Nullimpuls der Geber, also durch die Impulse IL bzw. N? ν/er den diese Teilerschaltungen vorzugsweise durch Nullstellen derselben synchronisiert. Dafür verwendbare Schaltungen sind aus der Literatur bekannt. Un die Synchronisation einfach durchführen zu können, sollte der Paktor (K ν /D) ganzzahlig sein, so daß der synchronisierende Nullimpuls mit einem D1- oder Dp-Impuls zusammenfällt«Pig. 1 shows the device according to the invention for measuring shaft torque, shaft power and shaft energy. The two counting pulse outputs A 1 and B- or JU and Bp of the rotary encoder -1.1 and 1.2, in the example chosen Pig. may be connected to the inputs of the multiplier circuits 5e1 and 5x2, in which z. For example, FIG. 4 shows the multiplication of the pulse sequences. The outputs of the multiplier circuits 5 * 1 and 5 * 2 are connected to the inputs of divider circuits 6.1 and 6.2. These deliver every time when a certain number of D counts the pulse trains ZV 1 and ZV 2 has entered the divider, an output pulse D. bzY /. Dp «By the zero pulse of the encoder, ie by the pulses IL or N ? Preferably, these divider circuits are synchronized by zeroing them. For this purpose usable circuits are known from the literature. To be able to perform the synchronization simply, the factor (K ν / D) should be integer, so that the synchronizing zero pulse coincides with a D 1 or Dp pulse «

Der Ausgangsimpuls D1 des Teilers 6.1 ist mit dem E-S-Plip-Plop 7, zusammengesetzt aus den beiden KAM)-GIiedern T.1 und 7*2, so verbunden, daß bei Auftreten des Impulses D1 der mit dem ersten'Tor 8 verbundene Plip~Plop-Ausgang, an dem das Signal P auftritt, dieses Tor freigibt. Der Ausgangsimpuls Dp des Teilers 6*2 setzt das Plip-Plop dann wieder so, daß dessen Ausgangssignal P das erste Tor 8 wieder sperrt· Das erste Tor 8 wird von einem UND-Glied gebildet. Ist das Ausgangssignal des Plip-Flops 7P=H, können die eventuell auch vervielfachten Zählimpulse hier des Gebers 1.1 das erste Tor 8 passieren. Pur P=T wird das erste Tor 8 für die Impulsfolge ZV 1 gesperrt.The output pulse D 1 of the divider 6.1 is connected to the ES-Plip-Plop 7, composed of the two KAM) -Glieder T.1 and 7 * 2, so that when the pulse D 1 occurs with the first 'gate 8 connected Plip ~ Plop output at which the signal P occurs releases this gate. The output pulse Dp of the divider 6 * 2 then sets the plip-plop again so that its output signal P blocks the first gate 8 again. The first gate 8 is formed by an AND element. If the output signal of the flip-flop 7P = H, the possibly multiplied counting pulses here of the encoder 1.1 can pass the first gate 8. Pur P = T, the first gate 8 is blocked for the pulse train ZV 1.

Dies erläutert auch Pig. 5. In Pig« 5 stellt ZV 1 die Zählimpulsfolge des ersten Gebers 1.1 nach der Vervielfachung dar. N- ist der Nullimpuls des ersten Drehwinkelgebers 1.1, der einmal pro Umdrehung auftritt.This also explains Pig. 5. In Pig «5, ZV 1 represents the counting pulse sequence of the first encoder 1.1 after the multiplication. N- is the zero pulse of the first rotary encoder 1.1, which occurs once per revolution.

2 10 1802 10 180

Mit N1 tritt der Impuls D1 auf (Synchronisation). Für das hier gewählte Beispiel mit D = 10 tritt D1 nach jeweils 10 weiteren Impulsen der Impulsfolge ZV 1 auf, ZV 2 ist die Zählimpulsfolge des zweiten Gebers 1.2 nach der Vervielfachung. Auch hier tritt D~ mit dem Nullimpuls JL auf (Synchronisation). Nach jeweils D = 10 Impulsen der Impulsfolge ZV 2 tritt ein Impuls Dp auf. D. stellt nun am R-S-Flip-Flop 7 das Signal F=H, so daß das erste Tor 8 geöffnet wird. Die Impulse der Impulsfolge ZV 1 können dann dieses Tor passieren. Mit Auftreten von Dp wird F=T gestellt und damit das erste Tor 8 bis zum Eintreffen eines neuen D1 Impulses wieder geschlossen. Im Beispiel nach Fig« 5 laufen damit in jedem Öffnungs-Schließ-Zyklus fünf Impulse durch das Tor 8. Diese fünf Impulse sind ein Maß für die Verdrehung beider Geber gegeneinander und damit für den Verdrehwinkel der Welle, so auch des Wellendrehmomentes. Wir beziehen uns nun wieder auf Fig. 1.With N 1 , the pulse D 1 occurs (synchronization). For the example chosen here with D = 10, D 1 occurs after every 10 further pulses of the pulse sequence ZV 1, ZV 2 is the counting pulse sequence of the second encoder 1.2 after the multiplication. Again, D ~ occurs with the zero pulse JL (synchronization). After every D = 10 pulses of the pulse sequence ZV 2, a pulse Dp occurs. D. now sets the RS-flip-flop 7, the signal F = H, so that the first port 8 is opened. The pulses of the pulse train ZV 1 can then pass this gate. With the appearance of Dp F = T is set and thus the first gate 8 closed again until the arrival of a new D 1 pulse. In the example according to FIG. 5, five pulses thus pass through the gate 8 in each opening-closing cycle. These five pulses are a measure of the rotation of both encoders relative to one another and thus to the angle of rotation of the shaft, including the shaft torque. We now refer back to Fig. 1.

Die Ausgangsimpulse des ersten Tores 8 bilden die Impulsfolge E. Der Ausgang des ersten Tores 8 ist mit dem Zähleingang C des ersten Zählers 11 verbunden, der den dem Wellendrehmoment proportionalen Wert erfaßt. Mit Auftreten eines bestimmten Nullimpulses N1 des Drehwinkelgebers 1.1 wird der Zähler durch diesen über den Nullimpulsteiler 9 wirkenden Impuls am Rückstell (R)-Eingang zurückgestellt. Dann läuft die aus dem Tor 8 auslaufende Impulsfolge in diesen ersten Zähler 11 ein und die Impulse werden auf summiert. Nach einer durch den NuIlimpulsteiler 9 festgelegten Zahl von ρ Nullimpulsen N1 tritt ein Impuls auf, der das Laden des dann vorhandenen Zählerinhaltes NM in den Speicher 15.1 veranlaßt und dann den ersten Zähler 11 wieder zurückstellt. Unmittelbar danach beginnt die neuerliche Zählung. Der dann, im Speicher stehende Wert N^ ist dem Wellendrehmoment proportional, wie Gleichung 3*2 zeigt. Die mit dem Speicher verbundene Anzeigeeinheit 16.1 kann diesen Wert zur Anzeige bringen.The output pulses of the first gate 8 form the pulse train E. The output of the first gate 8 is connected to the counting input C of the first counter 11, which detects the shaft torque proportional value. With the occurrence of a specific zero pulse N 1 of the rotary encoder 1.1, the counter is reset by this pulse acting on the zero pulse divider 9 at the reset (R) input. Then the expiring from the gate 8 pulse train enters this first counter 11 and the pulses are summed up. After a specified by the NuIlimpulsteiler 9 number of ρ zero pulses N 1 , a pulse occurs, which causes the loading of the then existing counter content N M in the memory 15.1 and then resets the first counter 11 again. Immediately thereafter, the new count begins. The value N 1 then in memory is proportional to the shaft torque, as shown in equation 3 * 2. The display unit 16.1 connected to the memory can display this value.

10 110 1

Die Ausgangsimpulsfolge E des ersten Tores 8 wird weiter auf ein zweites Tor 10 geschaltet, das als UND-Glied ausgebildet wurde. Am zweiten Eingang dieses UND-Gliedes 10 liegt ein von der Zeitgeberschaltung 18 gelieferter Impuls T1, der für eine Zeit ^ * Η-Potential annimmt und so das zweite Tor 10 für die Zeit /^. öffnet. Pur die Zeit 1^ - kann die aus dem ersten Tor 8 austretende Impulsfolge E in den zweiten Zähler 12 einlaufen, und die Impulse werden in diesem zweiten Zähler 12 aufsummiert. Each Ablauf von/^ - geht der Impuls T1 kurzzeitig auf T-Potential, veranlaßt damit das Laden des dann erreichten Zählerstandes N-r in den Speicher 15·2 und (verzögert) das Rückstellen des Zählers 12, der dann sofort mit T1 = H wieder die Zählung aufnimmt. Der nach Ablauf von 1 im Zähler aufgelaufene Zählerstand Er ist durch Gleichung 4.2 gegeben und der Wellenleistung proportional. Die' Anzeige dieses Wertes kann mit Hilfe der Anzeigeeinheit 16.2 erfolgen*The output pulse train E of the first port 8 is further switched to a second gate 10, which has been formed as an AND gate. At the second input of this AND gate 10 is supplied by the timer circuit 18 pulse T 1 , which assumes for a time ^ * Η potential and so the second gate 10 for the time / ^. opens. Purely the time 1 ^ - the pulse train E emerging from the first port 8 can enter the second counter 12, and the pulses are summed up in this second counter 12. Each expiration of / ^ - the pulse T 1 briefly goes to T-potential, thus causing the loading of the then reached counter reading Nr in the memory 15 · 2 and (delayed) resetting the counter 12, which then immediately with T 1 = H again takes the count. The counter reading Er accumulated in the counter after the expiration of 1 is given by Equation 4.2 and is proportional to the shaft power. The 'display of this value can be done using the display unit 16.2 *

Die Ausgangsimpulsfolge E des ersten Tores 8 wird weiter auf den Eingang des dritten Zählers 13 geführt. Ist seit der Nullstellung dieses Zählers die Zeit T vergangen, so ist der Inhalt dieses Zählers durch Gleichung 5 gegeben und damit der Wellenenergie proportional. Der Zähler 13 wird zweckmäßigerweise aus zwei hintereinandergeschalteten Stufen zusammengesetzt. Die erste Stufe 13.1 ist ein elektronischer Zähler, der jeweils bei Überlauf einen Impuls an die elektromechanischen Zählstufen 13*2 liefert. Der Stand der elektromechanischen Zählerstufen wird angezeigt. Damit ist gesichert, daß auch bei kurzzeitigem Stromausfall der über lange Zeit integrierte Wert für die Wellenenergie erhalten bleibteThe output pulse train E of the first port 8 is further fed to the input of the third counter 13. If the time T has passed since the zeroing of this counter, the content of this counter is given by Equation 5 and thus proportional to the wave energy. The counter 13 is expediently composed of two successive stages. The first stage 13.1 is an electronic counter, which supplies a pulse to the electromechanical counting stages 13 * 2 respectively at overflow. The status of the electromechanical counter stages is displayed. This ensures that even with a momentary power failure, the value integrated over a long time for the wave energy was retained

Schließlich kann noch ein weiterer vierter Zähler 14 verwendet werden, in den über ein Tor 17, realisiert durch ein UND-Glied, die Zählimpulse ZV 1 oder ZV 2, hier ZV 1, einlaufen können. Das Tor 17 wird durch einen von der Zeitgeberschaltung erzeugten Impuls T^ für eine Zeit χ 0 geöffnet und wieder geschlossen.Finally, another fourth counter 14 may be used, in which via a gate 17, realized by an AND gate, the counting pulses ZV 1 or ZV 2, here ZV 1, can shrink. The gate 17 is opened and closed by a pulse T ^ generated by the timer circuit for a time χ 0 .

Nach Ablauf dieser Zeit rft „ ist der erreichte ZählerstandAfter this time has elapsed " is the meter reading reached

11W 11 W

und damit der Wellendrehzahl proportional. Statt der Impulse ZV 1 oder ZV 2 können auf das Tor auch die Impulse N.. oder H2, A1 oder Ap, IL oder Bp geschaltet werden; immer ergibt sich nach Ablauf der Zeit ^p ein der Wellendrehzahl .proportionaler Zählerstand.and thus the shaft speed proportional. Instead of the pulses ZV 1 or ZV 2 can be switched to the gate and the pulses N .. or H 2 , A 1 or Ap, IL or Bp; always results after the time ^ p one of the shaft speed .proportional meter reading.

Nach Ablauf von ^p geht T2 kürzzeitig auf T-Potential, veranlaßt damit das Laden des Zählerstandes N in den Speicher und das Rückstellen des vierten Zählers 14. Unmittelbar danach beginnt erneut die Summierung. Der der Drehzahl der Welle proportionale Wert N kann mit der Anzeigeeinheit 16.4 zur Anzeige gebracht werden.After expiration of ^ p T 2 goes T-potential for a short time, thus causing the loading of the count N in the memory and the reset of the fourth counter 14. Immediately thereafter, the summation begins again. The speed N of the shaft proportional value N can be brought to the display unit 16.4 to the display.

Die Speicher 16.I, 16„2 und·16.4 sowie die Zählstufen 13.2 weisen parallele Ausgänge auf, die hier durch jeweils eine Leitung angedeutet worden sind (20.W, 20.L, 20.M und 20„n). Diese Leitungen führen zu weiteren Einheiten, z. B. einem Rechner, einem Regler oder Fernanzeigen usw., so daß für diese Einheiten digitale Eingangssignale zur Verfügung stehen.The memories 16.I, 16 "2 and 16.4 and the counting stages 13.2 have parallel outputs, which have been indicated here by one line in each case (20.W, 20.L, 20.M and 20" n). These lines lead to other units, eg. As a computer, a controller or remote displays, etc., so that are available for these units digital input signals.

Die vorstehend beschriebene Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung hat noch den Nachteil, daß bei Drehmomenten in der Größenordnung von Null durch Toleranzen oder Justierfehler der Ausgangsimpuls des zweiten Teilers 6.2, der Impuls D2, vor dem Ausgangsimpuls des ersten Teilers, dem Impuls D1, auftreten kann. Die dann auftretenden Zählerstände kann man · nicht fehlerfrei auswerten. Um diesen Fehler zu vermeiden, wird mit einem Off set S gearbeitet. Hierzu werden d^ie Geber bei einem Drehmoment von Null (M = O) so gegeneinander verdreht, daß der Impuls D1 bei Beachtung aller Toleranzen immer sicher vor dem Impuls Dp auftritt. Es v/erde angenommen, daß diese Offsetverschiebung so groß sei, daß im Mittel m = S Impulse zwischen den Impulsen D1 und Dp auftreten, wobei S eine ganze positive Zahl ist.The above-described embodiment of the solution according to the invention also has the disadvantage that at torques of the order of zero by tolerances or Justierfehler the output pulse of the second divider 6.2, the pulse D 2 , before the output pulse of the first divider, the pulse D 1 , can occur , The counter readings that occur can not · be evaluated correctly. To avoid this error, an offset S is used. For this purpose, the encoders are rotated relative to one another at a torque of zero (M = 0) so that the pulse D 1 always occurs safely in front of the pulse Dp when all tolerances are observed. It is assumed that this offset shift is so large that, on average, m = S pulses occur between the pulses D 1 and Dp, where S is an integer positive number.

-η- 2 10 130-η- 2 10 130

Dieser Offsetwert S muß, um. richtige'Anzeigen zu erhalten, im Folgenden dann wieder subtrahiert werden. Um dies zu realisieren, werden für den ersten Zähler 11, für den zweiten Zähler 12*und für den dritten Zähler. 13 Vor-Rückwärts-Zählstufen verwendet, die bei Auftreten von Impulsen an den DV-Eingängen vorwärts, bei Auftreten von Impulsen an den CR-Eingängen rückwärts zählen. Pig. 6 zeigt einen Ausschnitt der verwendeten Anordnung mit Offsetkorrektur. Die Glieder 7*1, 7.2, 8, 9 und 10 entsprechen der Anordnung nach Mg. 1. Pur die Zähler 11, 12 und 13 wurden Vor-Rückwärts-Zähler eingesetzt. Zusätzlich zu Pig. 1 wurden eingefügt das Tor 22, das R-S-Plip-Plop, bestehend aus den NAND-Gliedern 21·1 und 21.2, der Zähler 19 und das MD-Glied 23* This offset value S must, um. to get proper displays, then subtracted again. To realize this, for the first counter 11, for the second counter 12 * and for the third counter. It uses 13 counts of forward and reverse counting backwards when pulses appear at the DV inputs, and backwards when pulses occur at the CR inputs. Pig. 6 shows a section of the arrangement used with offset correction. The elements 7 * 1, 7.2, 8, 9 and 10 correspond to the arrangement according to Mg. 1. Purely the counters 11, 12 and 13 were used in front-to-back counters. In addition to Pig. 1, the gate 22, the R-S-Plip-Plop consisting of the NAND gates 21 * 1 and 21.2, the counter 19 and the MD gate 23 * were inserted.

Die Schaltung arbeitet nun so, daß mit Auftreten des D1=Impulses das R-S-Plip-Plop 7«1/7·2 so gestellt wird, daß das Tor 8 geöffnet wird. Bis zum Eintreffen des das Tor 8 sperrenden Impulses D„ läuft die Zählung in den einzelnen Zählern wie oben beschrieben ab.The circuit now works so that with the occurrence of D 1 = pulse, the RS-Plip-Plop 7 «1/7 · 2 is set so that the gate 8 is opened. Until the arrival of the gate 8 blocking pulse D "runs the count in the individual counters as described above.

Mit Auftreten von Dp wird das erste Tor 8 gesperrt, durch Umschalten des R-S-Plip-Plop 21.1/21.2 das Tor 22 geöffnet, durch das nun die Zählimpulsfolge ZV 1 auf die Rückwärtszähleingänge CR der einzelnen Zähler 11, 12 und 13 läuft. Gleichzeitig wird der Zähler 19 freigegeben, und dieser zählt ebenfalls die ZV 1 Impulse. Während dieser Phase erfolgt die Offset subt rakt ion. Der Zähler 19 gibt, nachdem die dem Offsetwert S entsprechende Zahl von Impulsen der Zählimpulsfolge ZV 1 in ihn eingelaufen ist, einen T-Impuls ausgangsseitig ab, der das R-S-Plip-Plop 21.1/21.2 zurückstellt, womit das Tor 22 gesperrt wird und die Offsetsubtraktion beendet ist. Um dies fehlerfrei durchführen zu können, müssen die oben definierten Zahlen die Bedingung D^m (\ia3;) + S erfüllen, um Eindeutigkeit zu sichern. Vorzugsweise kann der Zähler 19 programmierbar ausgeführt werden, um Toleranzen der Einstellung elektronisch ausgleichen zu können.With the appearance of Dp, the first gate 8 is blocked, opened by switching the RS-Plip-Plop 21.1 / 21.2 the gate 22 through which now the Zählimpulsfolge ZV 1 on the Rückwärtszähleingänge CR of the individual counters 11, 12 and 13 runs. At the same time the counter 19 is released, and this also counts the ZV 1 pulses. During this phase, the offset subtraction occurs. The counter 19, after the number of pulses of the Zählimpulsfolge ZV 1 corresponding to the offset value S has entered it, on the output side a T-pulse, which resets the RS-Plip-Plop 21.1 / 21.2, whereby the gate 22 is locked and the Offsetsubttraktion is completed. In order to do this correctly , the numbers defined above must satisfy the condition D ^ m (\ ia3 ;) + S to ensure uniqueness. Preferably, the counter 19 can be executed programmable to compensate for tolerances of the setting electronically.

10 1!10 1!

Die spezifischen Vorteile der erfindungsgemäßen Lösung sind:The specific advantages of the solution according to the invention are:

1. Der Markenabstand der Geber darf, gemessen als Winkel, kleiner sein als der größte auftretende Verdrehwinkel der Geber gegeneinander, ohne daß die Forderung nach Eindeutigkeit verletzt wird,- so daß die Auflösung der Meßeinrichtung durch die dadurch mögliche feinere Unterteilung des Maßstabes gegenüber bekannten Mitteln ganz wesentlich erhöht wird·1. The brand distance of the encoder may, measured as an angle, be smaller than the largest occurring angle of rotation of the donors against each other, without the requirement for uniqueness is violated - so that the resolution of the measuring device by the possible finer subdivision of the scale over known means is significantly increased ·

Der Grund dafür ist, daß bei der erfindungsgemäßen Lösung im Gegensatz zu der im DDR-WP 124678 beschriebenen und verwandten Einrichtungen, bei denen die Impulse der Geber sowohl für die Auslösung der Messung als auch für die Synchronisation verwendet werden, hier die Zählimpulsfolgen für die Messung und der zusätzliche Hullimpuls für die Synchronisation verwendet werden*The reason for this is that in the inventive solution in contrast to those described in the DDR-WP 124678 and related devices in which the pulses of the encoder are used both for triggering the measurement and for synchronization, here the Zählimpulsfolgen for the measurement and the extra hull pulse can be used for synchronization *

Hieraus folgt auch, wie schon erwähnt, daß statt der FuIlimpulsspur (ein Impuls pro Umdrehung) auch eine solche Spur verwendet werden kann, von der mehr als ein Impuls pro Umdrehung abgenommen wird. Der Winkelabstand dieser Impulse muß nun aber größer sein als der größte Verdrehwinkel beider Geber gegeneinander, wobei eventuelle Offsetverschiebungen berücksichtigt werden müssen.It also follows, as already mentioned, that instead of the frequency pulse track (one pulse per revolution), it is also possible to use a track from which more than one pulse per revolution is taken. The angular distance of these pulses must now be greater than the largest angle of rotation of both donors against each other, with any offset shifts must be considered.

2. Weiter werden durch die hohe Auflösung in kurzen Zeiten sehr viele Abtastwerte gewonnen. Die anschließende Aufsummierung in den Zählern stellt eine Mittelung der Einzelwerte dar. Durch die hohe Zahl der Abt as t?/er t e verringert sich der statistische Fehleranteil beträchtlich. Bei der Drehmomentenmessung werden zur Bildung des anzuzeigenden, drehmomentproportionalen Wertes im ersten Zähler K ν ρ / D Abtastwerte aufaddiert, die jede für sich einen statistischen Fehler aufweisen«2. Furthermore, many samples are obtained by the high resolution in short times. The subsequent accumulation in the counters represents an averaging of the individual values. The high number of abbreviations reduces the statistical error proportion considerably. In torque measurement, in order to form the torque-proportional value to be displayed, K ν ρ / D samples are added in the first counter, each of which has a statistical error on its own «

Der statistische Fehler der schließlichen Summe ist nach den bekannten Gesetzen der Statistik um den Faktor 1 /KvKp / D'kleiner als der der Einzelimpulsfolge,The statistical error of the final sum is, according to the known laws of statistics, smaller by a factor of 1 / KvKp / D'than that of the single pulse sequence.

ΊΟ 1ΊΟ 1

Damit ist die Messung des Drehmomentes mit hoher Genauigkeit realisiert. Entsprechend verhält es sich bei der Messung von Wellenleistung und Wellenenergie.Thus, the measurement of the torque is realized with high accuracy. The same applies to the measurement of shaft power and wave energy.

3. Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung können Geber verwendet werden, die in großer Präzision und mit großen Stückzahlen industriell gefertigt werden. Das vereinfacht die Herstellung der Einrichtung und verringert die Kosten.3. In the device according to the invention donors can be used, which are industrially manufactured in high precision and in large quantities. This simplifies the manufacture of the device and reduces costs.

Claims (5)

Erfindungsansprücheinvention claims 1. Einrichtung zur Messung von Drehmomenten und damit zusammenhängender Größen an Wellenleitungen, bei der der Verdreh- oder Torsionswinkel, den zwei um eine bestimmte Länge auseinanderliegende Wellenquerschnitte gegeneinander drehmomentproportional einnehmen, unter Verwendung von markentragenden und drehwinkelabhängig impulsbildenden Mitteln, kurz Gebern genannt, gemessen wird, die neben der Welle laufen und mit dieser über Zahnradoder andere Getriebe so verbunden sind, daß ihr Drehwinkel ein konstantes Vielfaches des Wellenverdrehwinkels am jeweiligen Querschnitt ist und die Geber bei einem Drehmoment von UuIl eine.definierte Anfangslage bezüglich der Verdrehung gegeneinander haben, gekennzeichnet dadurch, daß1. A device for measuring torques and associated quantities of waveguides, wherein the torsional or torsional angle, the two torque cross-sections spaced apart by a certain length against each other take torque proportional, using label-bearing and rotational angle dependent impulse forming means, called short donors, is measured, which run alongside the shaft and are connected thereto by gear or other gear so that their angle of rotation is a constant multiple of the shaft twisting angle at the respective cross section and the sender have a defined initial position with respect to each other at a torque of UuIl, characterized in that als Geber inkrementale Drehwinkelgeber mit Nullimpuls (1.1 und 1.2) verwendet werden, deren Zählimpulsausgänge (A. und B1 bzw. Ap und Bp) auch nach einer zusätzlichen Verknüpfung der Ausgangsimpulse je eines Gebers auf Teiler (6,1 bzw. 6.2) gegeben werden, die jeweils nach einer für beide Teiler gleichen Zahl von eingelaufenen Impulsen einen Ausgangsimpuls (D. und Dp) abgeben, wobei die Teiler durch die Nullimpulse (N1 bzw. ITp) der Geber (1.1 bzw. 1.2) durch Stellen in eine definierte Lage, vorzugsweise durch Nullsetzen oder Löschen synchronisiert werden, und weiter die Ausgänge der Teiler (6.1 bzw. 6.2) so geschaltet sind, daß mit dem einen Impuls ein erstes Tor (8) geöffnet wird und mit dem anderen Impuls dieses erste Tor (8) geschlossen wird und am Eingang dieses ersten Tores (8) die Zählimpulsfolge eines der Geber anliegt, die in Abhängigkeit von den Ausgangssignalen der Teiler (6.1 bzw. 6.2) dieses Tor passieren kann oder nicht und das Ausgangssignal dieses ersten Tores während einer bestimmten, durch einen UuIlimpulsteiler (9) festgelegten Zahl von Nullimpulsen eines der Geber in einem ersten Zähler aufsummiert wird und daß die aus dem ersten Tor (8) austretende Impulsfolge (E) auch über weitere Tore auf weitere zählende Glieder gegeben wird.as encoder incremental rotary encoder with zero pulse (1.1 and 1.2) are used, the Zählimpulsausgänge (A. and B 1 or Ap and Bp) even after an additional linkage of the output pulses of each encoder to divider (6.1 and 6.2) are given , which in each case emit an output pulse (D. and Dp) according to a number of pulses that have run in the same way for both divisors, whereby the dividers are represented by the zero pulses (N 1 or ITp) of the encoders (1.1 or 1.2) by placing them in a defined position , are preferably synchronized by zeroing or clearing, and further the outputs of the divider (6.1 or 6.2) are switched so that one pulse with a first gate (8) is opened and closed with the other pulse of this first gate (8) and at the input of this first gate (8), the Zählimpfolge one of the encoder is applied, which may pass in dependence on the output signals of the divider (6.1 or 6.2) this gate or not and the output of this first To Res is summed during a given, determined by a UuIlimpulsteiler (9) number of zero pulses of the encoder in a first counter and that the first door (8) exiting pulse train (E) is given over other gates on more counting members. 2. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Ausgang des ersten Tores (8) mit einem zweiten Tor (10) verbunden ist, welches durch einen von einer Zeitgeberschaltung (18) gelieferten Impuls (T1) für eine bestimmte Zeit geöffnet wird und der Ausgang dieses zweiten Tores (10) mit dem Vorwärts-Zähleingang eines zweiten Zählers (12) verbunden ist.2. Device according to item 1, characterized in that the output of the first gate (8) with a second gate (10) is connected, which is opened by a timer circuit (18) supplied pulse (T 1 ) for a certain time and the output of this second gate (10) is connected to the forward count input of a second counter (12). 3. Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß die·Ausgangsimpulsfolge des ersten Tores (8) auf einen dritten Zähler (13) gegeben-wird.'3. Device according to item 1, characterized in that the output pulse sequence of the first gate (8) is given to a third counter (13). ' 4* Einrichtung nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß Geber verwendet werden, die zusätzlich zu der oder zu den Zählimpulsspureη statt der Nullimpulsspur mit einem Impuls pro Geberumdrehung eine solche zusätzliche Spur aufweisen, die mehr als einen Impuls pro Geberumdrehung liefert. 4 * Device according to item 1, characterized in that encoders are used which have, in addition to or to the Zählpululsspureη instead of the zero pulse track with one pulse per encoder revolution such an additional track that delivers more than one pulse per encoder revolution. 5· Einrichtung nach den Punkten 1, 2 und 3,. gekennzeichnet dadurch, daß die Geber so justiert v/erden, daß bereits bei einem Drehmoment von Null eine Zahl von Impulsen durch das erste Tor (8) tritt, der erste Zähler (11), der zweite Zähler (12) und der dritte Zähler (13) als Vorwärts/ Rückwärts-Zähler ausgebildet werden und daß diese Zähler die aus dem ersten Tor (8) austretenden und auch über Zwischenglieder auf die Zähler gelangenden Impulse vorwärts zählen und nach Abschluß einer einzelnen Abtastung für eine durch einen weiteren auch programmierbaren Zähler (19) festgelegte Zahl von Zählimpulsen rückwärts zählen, wobei die Zahl der rückwärts gezählten Impulse gleich jener ist, die bei den Einzelabtastungen im Mittel bei einem Drehmoment von Null auftritt.5 · Equipment according to items 1, 2 and 3 ,. characterized in that the encoders are adjusted so that even at zero torque, a number of pulses pass through the first port (8), the first counter (11), the second counter (12) and the third counter ( 13) are designed as forward / backward counters and that these counters count forward from the first gate (8) and also passing via intermediate links on the counter impulses and after completion of a single scan for a programmable by another counter (19 ), the number of counts counted backwards being equal to that which occurs in the individual samples on average at zero torque.
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DD21018078A DD141202A1 (en) 1978-12-27 1978-12-27 DEVICE FOR MEASURING THE TORQUE AND THUS ASSOCIATED SIZES OF SHAFT CONNECTIONS

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