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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik statisches Drehmoment messen


Autor: Frederik (Gast)
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hallo,
ich suche eine möglichkeite, ein dreh- bzw. torsionsmoment einer 
ortsfesten welle zu messen. was gibt es da für möglichkeiten?

Autor: Ralf Schwarz (spacedog) Benutzerseite
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Dehnungsmesstreifen:

  * http://de.wikipedia.org/wiki/Dehnungsmessstreifen

Braucht aber ein wenig Know-How, um das hinzukriegen.

Autor: 3374 (Gast)
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Man wickelt ein Seil ein paar Mal darum, macht das Seil am einen Ende 
fest und haengt am anderen Ende ein Gewicht an. Drehsinn der Wicklung 
so, dass sich das Seil loest. Radius mal Gewicht sind dann das 
Drehmoment womit die Welle gebremst wird. Das Seil kann aus Metall sein. 
Muss einfach gut reiben.

Autor: klodeckel (Gast)
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@3374

das ist doch eine Abart des ohjeh, pronyschen Zaum, oder?

Ich hatte aber in der Eingangsfrage bei "ortsfester" Welle an eine 
eigespannte Welle gedacht, so wie ein Drehstab.
Da würde ich auch mit DMS rangehen.

Aber vllt. kann der Frederik mal mehr erzählen.

guude

ts

Autor: Frederik (Gast)
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ja also die welle ist fest eingespannt!
meine frage ist auch wie empfindlich die dms sind?weil wenn dann treten 
nur ganz kleine torsionen auf, da die welle schon einen durchmesser von 
50 mm hat.
müssen die dms auf eine ebene stelle, die dann erst ausgefräst werden 
muss oder können sie auch direkt auf die runde welle?

Autor: Ralf Schwarz (spacedog) Benutzerseite
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> meine frage ist auch wie empfindlich die dms sind?
Das hängt vom verwendeten Messstreifen ab. Die Messung per 
Wheatstone'scher Brücke lässt ja grundsätzlich die Messung sehr kleiner 
Widerstanddifferenzen zu. Interessant wäre zu wissen, was du genau 
messen musst und wozu.

> müssen die dms auf eine ebene stelle, die dann erst ausgefräst werden
> muss oder können sie auch direkt auf die runde welle?
Die können auch auf die runde Welle. Ist denke ich sogar besser, da dann 
die Verwindung der Welle "gleichmässiger", sprich einfacher vorhersehbar 
ist.

Hast du irgend ein Budget für das Ganze? Wenn du nur so qualitative 
Ergebnisse brauchst, kriegst du das vielleicht schon noch hin. Aber wenn 
du das ganze wirklich genau in Newtonmeter bis zur x-ten Nachkommastelle 
brauchst empfehle ich dir ein spezialisiertes Ingenieurbüro damit zu 
beauftragen. Wir bei uns machen solche Spässe in der Eisenbahntechnik. 
Ich selber habe keine Ahnung davon, aber wenn ich unseren Spezialisten 
zuschaue, erinnert das mehr an Kunst als an Wissenschaft. Ist also echt 
ne Hexerei; das fängt nur schon bei der Auswahl des Klebers an.

Aber ist natürlich ein sehr interessantes Gebiet, damit kann man echt 
viel Anstellen.

Autor: Frederik (Gast)
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hi,
also was heißt budget, mache das ganze ja am lehrstuhl.
also ich muss den reibungskoeffizienten verschiedener werkstoffe 
berechenen wenn sie als zylinder gegen die feststehende welle reiben. 
dazu brauche ich das erzeugte torsionsmoment an der festehenden 
welle.also ich denke mit einer stelle hinterm komma wäre man schon gut 
bedient.meisnt du das ist hinzukriegen?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>also ich denke mit einer stelle hinterm komma wäre man schon gut
bedient

Ja das sind sehr aussagefähig:

10Nm   +/- 0,1Nm
10kNm  +/- 0,1Nm

Autor: Frederik (Gast)
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und wie genau gehe ich dann weiter vor wenn die dms montiert sind?
wie läuft die kalibrierung und so? bin leider ein totaler newbie ;(

Autor: klodeckel (Gast)
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Zum Kalibrieren.

Ich würde die Welle an der Seite für den Prüfzylinder reibungsarm 
unterstützen, dann mit einer Klemme einen Hebelarm anbringen und diesen 
mit verschiedenen Gewichten belasten. Das schön im rechten Winkel, und 
wegen der zu erwartenden geringen Verdrehung mußte nichtmal mit 
Winkelfunktionen rechnen.

guude

ts

Autor: Frederik (Gast)
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was heißt reibungsarm unterstützen?
und wie ordne ich dann den spannugnen momenten zu?

Autor: klodeckel (Gast)
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so wie im Anhang. Dein Brpwser sollte das öffnen können.

guude

ts

Autor: Frederik (Gast)
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ah ok und dann meinst du dass ich zum kalibrieren (wo ist eigentlich der 
unterschied zwischen kalibrieren und justieren?) einen bekannte masse an 
den bekannten hebelarm hänge und der messenden spannung dann dieses 
drehmoment zuordne oder?

Autor: 3366 (Gast)
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Kalibrieren : Kein Drehmoment= 0, Dann einen Hebel 
dranschrauben/klemmen, gewich auflegen, Moment = Gewich * Weg.

Autor: Frederik (Gast)
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und dazu dann immer die dazugemessene spannungswerte der dms oder?
und das ganze is dann linear? d.h. ich braiuch einmal nur den nullwert 
und einen anderen wert-richtig?

also heißt kalibrieren einfach nur das ganze auf null zu stellen?

Autor: 3366 (Gast)
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Genau. Den Nullwert, plus einen anderen, mit einem definierten moment. 
Dem definierten Drehmoment kann man dann eine Spannung zuschreiben, und 
ja, da Ganze muss linear sein.

Autor: klodeckel (Gast)
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Nimm die Kennlinie auf, dann siehst Du  ob das linear ist. Mach doch 
einfach mal alles, was ihr in Fehlerrechnung so gemacht habt.


guude

ts

Autor: Frederik (Gast)
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hatte nie fehlerrechnung :(
was ist denn dann justieren?

Autor: JLo0815 (Gast)
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etwas in die richtige Position bringen. Das geht auch mit Dingen, die 
kein Messgerät sind, kalibriert hingegen werden nur Messgeräte.

Zum Thema DMS: Du kannst damit recht hohe Auflösungen erzielen, 
allerdings musst du dann insbesondere auf eine gute Befestigung achten 
(Mech. Spannungen berechnen, Temperaturausdehnungskoeffizienten beachten 
etc.). Zur Torsionsmessung müssen die DMS übrigens im 45°-Winkel auf die 
Welle geklebt werden, sonst misst du nichts.

Zur elektronischen Auswertung solltest du dich über Wheatstone-Brücken 
informieren. Zum Umgang mit DMS solltest du wissen wie die 
Widerstandsänderung beim Dehnen zustande kommt, und was der Unterschied 
zwischen Metall- und Halbleiter-DMS ist. Mit Klebern helfen einem - 
gerade als Student - meistens die Hersteller (Dupont, Heraeus, 
Wacker,...) am Telefon ganz gut weiter, wenn man weiss was man wissen 
will.

Autor: Frederik (Gast)
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hey besten dank für dir tips.
warum gerade 45°? wie kommt man darauf?
was passiert denn mit axialkräften? weil ich drücke ja auch gegen die 
messwelle? verfälschen dann die axialkräfte meine eigentliche 
torsionsmessung?

Autor: 3366 (Gast)
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Ja, denk ich Axialkraefte wuerden stoeren. Bevor man ueberhaupt etwas 
mit DMS macht, sollte man sich ueber die Kraefte und die Messungen im 
Klaren sein, sonst wird das nichts. Ein DMS misst die Lengenausdehnung. 
Da sind auch thermische Ausdehnungen dabei. Deshalb nimmt man eine 
Messbruecke.

Autor: Frederik (Gast)
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habe mal gehört man kann mit der wheatoneste brücke sowohl temperaturen 
auslgeichen als auch axialkräfte-ist da was dran?
kann ich nur die torsion messen ohne irgendwie durch axialkräfte gestört 
zu werden?

Autor: JLo0815 (Gast)
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Bei 45° zur Wellenachse treten die größten mech. Spannungen auf, und 
damit auch die größte Dehnung (Spannung und Dehnung sind über Schermodul 
verknüpft). Und da man mit DMS die Dehnung misst, hast du also mit 45° 
die höchste Empfindlichkeit. Man kann sich das herleiten wenn man sich 
so ein Bildchen mit differentiellen Änderungen zeichnet (ein Ende der 
Welle fest eingespannt, das andere wird verdreht).

Die axialen Kräfte könntest du rausrechnen, indem du sie nochmal mit 
einem extra DMS, aufgeklebt in axialer Richtung, misst.

Ich würd mal in der Bücherei nach "Sensortechnik" von Tränkler und 
Obermaier schauen, da gibts einen großen Abschnitt über 
Drehmomentmessung.

Fertige Sensoren und auch DMS kannst du z.B. bei HBM kaufen - du kannst 
da ja auch mal anrufen und unverbindlich fragen - dann solltest du aber 
Messbereich und Messgenauigkeit quantifizieren können.

Autor: Frederik (Gast)
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müsste ich nicht rein logisch, bei 90° zur achse die größten kräfte 
haben weil ich ja auch dort dir größten spannungen habe oder net?

was hat es eigentlich mit diesen hauptspannungen auf sich?

Autor: JLo0815 (Gast)
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Nein - dann wärs keine Torsion mehr :). Verdreh einfach mal ein Handtuch 
und machs dir daran klar.

Was meisnt du mit Hauptspannungen?

Autor: Frederik (Gast)
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also irgendwie heißt es bei dms immer dass man sie so legen soll das die 
hauptspannungen maximal sind...weißt du da was von?
habe ich denn bei 45° auch noch die axialkräfte mit drin?oder wie kann 
ich diese eleminieren?

Autor: Arno H. (arno_h)
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Wellendurchmesser 50mm, mit welchen Kräften operierst du da?

SCNR:
Bring hinter dem Hebel, an dem deine Justiergewichte hängen eine Skala 
an und lies die Werte im Betrieb ab.

Arno

Autor: Frederik (Gast)
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ähm wie meinst du das mit dem hebel und der skala? was bringt mir das?

Autor: P.Wolf (Gast)
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ganz einfach:
er meint, wenn Du zum Beispiel mit einer angebauten Meßuhr beim Einsatz 
eines (bekannten) Prüfgewichtes an einem in der Länge ebenfalls 
bekannten Hebels ein genau definiertes Drehmoment aufbringst, so kannst 
Du einen bestimmten Wert der "Verdehung" Deiner Welle direkt ablesen.
Wenn Du diesen Vorgang mit verschiedenen Gewichten durchführst, so 
bekommst Du für bekannte Drehmomente an Deiner Welle exakte Messwerte an 
der Uhr.
Die Teilbereiche dazwischen kannst Du dann ausrechnen.

Bei günstiger Wahl des Messradius ( Hebellänge) könnte man sogar eine 
Direktablesung hinbekommen ....zum Beispiel 1/10 mm für 10Nm oder so.

Musst halt ein bisschen probieren.


Gruß aus Kösching

Peter

Autor: Frederik (Gast)
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ja aber ich will doch mit dms messen?!
warum ist eigentlich wenn man die dms in einer weathoneschen 
vollmessbrücke anordnet automatisch temperaturkompensiert?

Autor: JLo0815 (Gast)
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Du misst an der Wheatstonebrücke die Differenzspannung zwischen linkem 
und rechtem Zweig. Wenn beide Zweige gleich erwärmt werden und an allen 
Widerständen die Auswirkung durch die Wärme gleich ist, ändert sich also 
die Differenz nicht mit der Temperatur

Autor: Frederik (Gast)
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aber trotzdem geht die temperatur mit in die messung ein oder?

Autor: Frederik (Gast)
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ab welcher temperatur kann man denn von extremen messwertverzerrungen 
sprechen?

Autor: Frederik (Gast)
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also mein problem ist im moment:

ich hab eine feste welle wo vorne eine platte draufgeschweißt ist. auf 
diese platte fährt ein rotierender zylinder und fängt das reiben an. das 
bei dieser reibung auf der festen welle entstehende torsionsmoment will 
ich messen. da aber der zylinder auch etwas gegen die scheibe drückt 
werden auch druckkräfte auf die feststehende welle übertragen. wie kann 
ich die außen vorlassen?also dass ich mit meinen dms nur die verdrehung 
messe und die druckkräfte mein ergebnis nicht verfälschen?

Autor: Иван S. (ivan)
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Hallo Frederik,

was spricht dagegen den Anpreßdruck konstant zu wählen, also bei jeder 
Messung die axiale Kraft auf z.ß. 1kN einzustellen?

Was hat das ganze überhaupt mit "Mikrocontroller und Elektronik" zu tun?
Übrigens: Eine korrekte Orthographie erhöht die Anzahl sinnvoller 
Antworten.

Autor: Frederik (Gast)
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hi,
ja die kraft kann ich ja bestimmen das ist ja nicht das ding, aber 
trotzdem habe ich ja dann keine reine torsion mehr sondern auch zum teil 
eine stauchung der welle.will ja nur wissen ob durch diese 
axialkraft/-druck das messsignal der dms gestört wird?

Autor: Иван S. (ivan)
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Konstante Kraft = Konstante Stauchung -> Korrekturfaktor

Leider weiß hier noch immer keiner hier um welche Größenordnungen es 
sich bei den betrachtete Kräften handelt, wie Kollege lippy auch schon 
angedeutet hat. Eventuell könnte es ja sein daß die Längenverkürzung der 
Welle minimal und somit vernachlässigbar ist. Andererseits ist die Welle 
ziemlich dick, dann braucht man wohl auch einen entsprechenden 
Anpreßdruck. Leider war das Ausgangsposting schon dermaßen dürftig daß 
ich fast geahnt habe daß man dir hier nicht wird helfen können, da man 
Dir alles aus der nase ziehen muß. Wenn die negative Zugbeanspruchung 
schon problematisch sein könnte, wie siehts dann mit Biegung der Welle 
aus? - Papp' einfach an vielen Stellen der Welle die Meßstreifen rauf 
und rechne dann noch die Biegung 'raus.

Viel Spaß beim Basteln.

Autor: AC/DC (Gast)
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>hallo,
>ich suche eine möglichkeite, ein dreh- bzw. torsionsmoment einer
>ortsfesten welle zu messen. was gibt es da für möglichkeiten?

Im Kfz-Bereich gibts kleine/große Drehmomentschlüssel/knarren.
Damit hat man schon mal ne Referenz. Bei Ebay werden gewiß
welche angeboten. Wenn man das Prinzip verstanden hat kann man
mit Hebel und Federn eine Lösung bauen die brauchbare Messwerte
über Meßwegaufnehmer liefert.

            Drehung
             ^
 Drehachse   !
   +---------------------------
                        >     !
                       <      !
                        >     !
                       <     ! !
                        >    ! !
                       ^      !
                    Feder   Wegaufnehmer

Autor: Arno H. (arno_h)
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Frederik (Gast) sollte jetzt wirklich mal ein paar Informationen 
rausrücken.

Ich kann mir schwer vorstellen mit handelsüblichen Mitteln eine Welle 
mit 50mm Durchmesser zu stauchen. Auch die Torsion dürfte ziemlichen 
Kraftaufwand erfordern, KFz-Antriebswellen sind deutlich dünner.

@AC/DC. Wenn er die von dir eingezeichnete Rückholfeder benötigt, ist er 
mit der Torsion zu weit gegangen. :o

Arno

Autor: Mensch_Z (Gast)
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relativ gefaehrliches Vorhaben...aufgeschweisste Metallplatte....Reibung 
an der Platte....Torsion an einer 50 mm d Achse : Das duerfte ganz 
schoen heizen. Wenn das rotierende Teil schnell genug ist... koenntest 
du es sogar mit der Platte verschweissen ;-)

 Eine Bruecke allein reicht wohl nicht wie oben schon erwaehnt.
Ich rate dir einen Kurs zu besuchen wo man lernt wie die 
Dehnungsmesstreifen geklebt werden...wie man die Achse vorbereitet....

jaja Mal eben 'einfach' das statische Drehmoment messen...Schenk macht 
so etwas auch...und da ist wohl HBM mit im Spiel

Autor: Frederik (Gast)
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naja ich könnte die welle ja auch kleiner machen oder innen hohl? meint 
ihr das wäre besser?und die platte wollte ich aus gusseisen machen, da 
dieses sich schlecht reibverschweißen lässt, also ist die gefahr der 
reibverschweißung eher gering..

Autor: JLo0815 (Gast)
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Bleibt immer noch die Frage was und welchen Diemensionen du eigentlich 
messen willst und wie dein Messverfahren genau funktioniert. Was 
passiert denn nachdem du das Messteil auf deine Platte aufdrückst, wird 
das gedreht? Mit welcher Geschwindigkeit? Von welchen Kräften und 
Momenten reden wir hier? Welche Umgebungstemeperaturen hast du (weil du 
die Temp-Kompensation angesprochen hast)? Usw...

Autor: Frederik (Gast)
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was genau versteht man eigentlich unter temperaturkompensation?

Autor: Gast (Gast)
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Mann!

1. Schreib erst einmal vernünftig! Es gibt zwei Shift-Tasten auf deiner 
Tastatur, die haben einen Zweck. Wenn man dann sieht, daß du dir 
wenigstens ein klein wenig Mühe gibst, dann hat man auch mehr Lust, zu 
helfen.

2. Benutze mal Wikipedia oder Google, um dich mit den Grundlagen 
vertraut zu machen. Erst, wenn du damit nicht weiterkommst, kannst du 
hier fragen. Du brauchst die Grundlagen, um etwas sinnvolles anstellen 
zu können, daß kann dir ein Forum nicht abnehmen!

3. Ich habe den Eindruck, daß du mit der Aufgabe überfordert bist. 
Wieviel Zeit hast du noch?

Autor: Frederik (Gast)
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ähm naja noch so 4 monate...
habe aber leider nichts hilfreiches zu temperaturkompensation finden 
können :(

Autor: Wolf (Gast)
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Vor Jahren schon wurde (auf der Messe) eine CD verschenkt, wie DMS ver 
arbeitet werden sollen. Ein Mitarbeiter von Hottinger&Baldwin hat es am 
Messestand auch vorgeführt und die Gäste konnten die Prozedur über 
Kamerawiedergabe verfolgen.
HBM bietet alles an was dafür gebraucht wird.

Autor: Mensch_Z (Gast)
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http://www.vishay.com/docs/11560/fullbrid.pdf

VISHAY...da findest du alles...weiss nicht ob die in D-Land gut 
vertreten sind.

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