DE3726148A1

DE3726148A1 - Drehmomentmessnabe

Info

Publication number: DE3726148A1
Application number: DE19873726148
Authority: DE
Inventors: Egbert Dr Schaepermeier
Original assignee: Battelle Institut eV
Current assignee: Schaepermeier Egbert Dr-Ing 6231 Schwalbach
Priority date: 1987-08-06
Filing date: 1987-08-06
Publication date: 1989-02-16
Also published as: DE3726148C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung eines Drehmomentes an einem Maschinenelement zur Dreh momentenübertragung in einem Antriebssystem mit mindestens zwei Sensoren, die in einem stillstehenden Gehäuseteil ange ordnet sind und an zwei mit Abstand zueinander angeordneten Stellen des Antriebssystems Impulse empfangen, die in einem Weiterverarbeitungsteil bezüglich des Differenzwinkels im Hinblick auf die Drehmomentenerfassung ausgewertet werden.

Es ist bereits ein Meßsystem bekannt (Druckschrift, Elektro nische Drehmomentenüberwachung ETG, Anwendung u. Einsatzge biete v. Ringspann, Albrecht Maurer KG), das aus einem Dreh teil besteht, das auf einer Welle fest angeordnet ist. Der Drehteil weist einen Außenteil auf, über den der Antrieb eingeleitet bzw. der Abtrieb abgeleitet wird. In dem Drehteil sind zahlreiche nebeneinander angeordnete koaxial zur Welle ausgerichtete Aussparungen vorgesehen, die in der Art angeordnet sind, daß der Außenteil über zahlreiche dünn wandige Stege mit einer Nabe verbunden ist, die auf der Welle fest angeordnet ist. Die Stege haben die Aufgabe, eine Verdrehung des Außenteiles gegenüber der Welle zuzulassen. Die Verdrehung des Außenteiles gegenüber der Welle wird durch eine mechanische Übersetzung in eine Axialbewegung umgesetzt, die dann erfaßt und in ein Drehmoment umgerechnet wird. Der Nachteil dieser Messung liegt in der geringen meßtechnischen Auflösung, die trotz des hohen mechanischen Aufwandes nicht verbesserbar ist. Ferner erfordern die für die Generierung der Drehung des Verdrehwinkels notwendigen und durch die Aussparungen gebildeten Stege einen hohen Bearbeitungsaufwand. Außerdem führt diese Art der konstruk tiven Lösung zu einem großen Bauraum.

Es ist ferner eine Schaltanordnung zur Messung des Drehmo mentes bekannt (DE-OS 35 09 763), die zwei Sensoren auf weist, die eine Welle an zwei räumlich voneinander getrenn ten Meßebenen abtasten und die empfangenen Meßwerte an ein Meßgerät weitergeben, das den Differenzwinkel zwischen den beiden Meßebenen ermittelt und dadurch das Drehmoment er rechnet. Die Meßebenen sind jedoch auf unterschiedlichen Wellen des Antriebssystems angeordnet, wobei zur Voraus setzung für eine derartige Messung die beiden Wellen form schlüssig miteinander verbunden sein müssen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Meßsystem derart auszubilden, daß eine Drehmomentmessung auch an Maschinenelementen möglich ist, die zur kraftscnlüs sigen Drehmomentenübertragung eingesetzt werden sollen. Diese Aufgabe ist durch die im kennzeichnenden Teil des An spruches 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Da das Maschinen element aus zwei koaxial zueinander angeordneten Drehteilen besteht, die über ein elastomeres Verbindungsteil verbunden sind, läßt sich dieses auf einfache Weise auch bei vor handenen Übertragungselementen integrieren. Somit kann auf einfache Weise die Vorrichtung zur Messung eines Drehmo mentes verbilligt werden. In vorteilhafter Weise werden die Drehteile über das Verbindungsteil formschlüssig miteinander verbunden. Das elastomere Verbindungsteil kann beispiels weise aus Gummi oder aus einem anderen elastischen Material hergestellt sein, das mit den Oberflächen der Drehteile bei spielsweise verklebt wird. Das elastomere Verbindungsteil kann auch zwischen die Oberflächen der Drehteile einvulkani siert werden. Eine einwandfreie Zentrierung und gute Lager ung des Drehteiles auf der Welle erhält man dadurch, daß die Drehteile sich in etwa über die gesamte Länge der sich gegenüberliegenden, miteinander verbundenen Flächen der Drehteile erstreckt. In vorteilhafter Weise ist die Dicke des Verbindungsteils sehr klein gehalten. Damit wird ver hindert, daß das Drehteil auf der Welle bzw. dem zugehörigen Nabenteil eine Schwingbewegung ausführt. Das Verhältnis der axialen Länge des Verbindungsteils zur Dicke des Ver bindungsteils ist dabei in vorteilhafter Weise größer als 10 : 1.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Drehteile aus zwei ineinandergefügten zylindrischen Buchsen gebildet sind, wobei das eine Drehteil auf einer Welle drehfest angeordnet ist und das andere Drehteil ein Antriebs- bzw. ein Abtriebsteil trägt. Die ineinanderge steckten Buchsen können dabei die gleiche Länge aufweisen, wobei die innere Buchse das Nabenteil bildet, das mit der Welle drehfest verbunden ist. Auf der äußeren Buchse kann beispielsweise eine Riemenscheibe oder ein Zahnkranz ange ordnet sein.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteran sprüchen hervor.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist mit 10 eine Antriebs- bzw. Abtriebs scheibe der Einfachheit halber nur teilweise dargestellt, die Teil einer Vorrichtung zur Messung eines Drehmomentes eines Maschinenelementes bzw. einer Welle 12 ist. Auf der Welle 12 ist eine zylindrische Buchse 14 drehfest angeordnet, die die Funktion einer Nabe hat. Die Buchse 14 liegt mit ihrem linken Ende gegen einen auf der Welle 12 vorgesehenen Kragen 16 an. Am rechten Ende der Welle 12 ist ein Lager 20 mittels einer Schraube 22 befestigt. Das Lager 20 preßt die Buchse 14 gegen den Kragen 16 der Welle 12 und stellt somit eine drehfeste Verbindung zwischen der Welle 12 und der Bucnse 14 her. Das Lager 20 dient ferner zur Aufnahme eines Wälzlagers 24. Das Lagergehäuse 28 ist mit einem Gehäuseteil 36 drehfest verbunden, damit der Sensorhalter 30 nicht mit der Welle 12 umläuft. An das Lagergehäuse 28 ist ein Sensorhalter 30 angeschlossen, der zur Aufnahme von zwei mit Abstand zueinander angeordneten Sensoren 32 und 34 dient. In der Zeichnung sind lediglich zwei Sensoren 32 und 34 dargestellt. Es können jedoch in dem Sensorhalter 30 auch mehrere Sensoren vorgesehen werden. Die Sensoren dienen zum Empfang von Impulsen, die in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Weiterverarbeitungsteil bezüglich des Differenzwinkels im Hinblick auf die Dreh momentenerfassung ausgewertet werden. (Ein derartiges Wei terverarbeitungsteil ist in der DE-OS 35 09 763 beschrieben und dargestellt).

Auf der zylindrischen Buchse 14 ist eine weitere zylindri sche Buchse 40 angeordnet, die in etwa die gleiche Länge aufweist wie die zylindrische Buchse 14. Die Buchse 40 ist über ein Verbindungsteil 42 formschlüssig mit der Buchse 14 verbunden. Das Verbindungsteil 42 kann aus einem elastomeren Material, beispielsweise aus Gummi gebildet sein und mit der äußeren Oberfläche 44 der Buchse 14 und der innenliegenden Oberfläche 46 der Buchse 40 verklebt werden. Es ist jedoch auch möglich, das gummiartige Verbindungsteil durch Vulka nisieren mit den Oberflächen 44 und 46 zu verbinden.

Auf der zylindrischen Buchse 40 sitzt eine Keilriemenscheibe 48, über die der Antrieb eingeleitet bzw. der Abtrieb abgeleitet wird. Die Keilriemenscheibe 48 ist über Schraubenbolzen 50 lösbar mit der zylindrischen Buchse 40 verbunden. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist am rechten Ende der Buchse 40 und der Buchse 14 je ein Ringflansch 50 und 52 vorgesehen, an deren Außenumfang die mit den Sensoren 32 und 34 in Wirkverbindung stehenden Impulsgeber 54 und 56 angeordnet sind. Die Impulsgeber 54 und 56 können beispiels weise als Zahnkranz ausgebildet sein.

Wird beispielsweise der Antrieb über die Welle 12 einge leitet und der Abtrieb über die Keilriemenscheibe 48 einge leitet, so wird bei größer werdender Momentenbelastung an der Keilriemenscheibe 48 und somit an der Buchse 40 eine Drehung der Buchse 40 gegenüber der Buchse 14 erzeugt. Bei der Drehung wird in den Sensoren 32 und 34 je ein sinus ähnliches Signal erzeugt. Je größer die Momentenbelastung an der Keilriemenscheibe 48 bzw. an der Buchse 40 ist, desto größer ist auch der Phasenversatz der beiden generierten Signale. In dem in der DE-OS 35 09 763 beschriebenen Weiter verarbeitungsteil wird der Phasenversatz und somit der Verdrehwinkel zwischen der Buchse 40 und der Buchse 14 bzw. den Ringflanschen 50 und 52 gemessen.

Durch die vorteilhafte Verwendung des elastischen Ver bindungsteils, das zwischen die Oberflächen der Buchsen ein vulkanisiert ist, erhält man die Möglichkeit der gegen seitigen Verdrehung der beiden Buchsen 14 und 40, ohne daß die radiale Verschiebung der Buchse 40 gegenüber der Buchse 14 hoch ist. Die geringen radialen Verschiebungen sind so klein, daß sie den Rundlauf der Buchse 40 und somit der Keilriemenscheibe 48 nicht beeinflussen. Durch das relativ dünne Verbindungsteil zwischen den beiden Buchsen 14 und 40 braucht der Gesamtaußendurchmesser der Keilriemenscheibe 48 nicht vergrößert zu werden, so daß ein derartiges Verbin dungselement sich auch bei vorhandenen Antriebssystemen ohne weiteres integrieren läßt, um eine Drehmomentenüber wachung durchführen zu können.

Wortliste:

10 Antriebs- bzw. Abtriebsscheibe
12 Welle = Maschinenelement
14 zylindrische Buchse = Drehteil
16 Kragen
20 Lager
22 Schraube
24 Walzlager
28 Lagergehäuse
30 Sensorhalter
32 Sensor
34 Sensor
36 Gehäuseteil
40 zylindrische Buchse = Drehteil
42 Verbindungsteil
44 Oberfläche = Fläche
46 Oberfläche = Fläche
48 Keilriemenscheibe
50 Ringflansch
52 Ringflansch
54 Impulsgeber
56 Impulsgeber

Claims

1. Vorrichtung zur Messung eines Drehmomentes an einem Ma schinenelement zur Drehmomentenübertragung in einem Antriebssystem mit mindestens zwei Sensoren (32, 34), die in einem stillstehenden Gehäuseteil angeordnet sind und an zwei mit Abstand zueinander angeordneten Stellen des Antriebssystems Impulse empfangen, die in einem Weiterverarbeitungsteil bezüglich des Differenzwinkels im Hinblick auf die Drehmomentenerfassung ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenelement aus zwei koaxial zueinander angeordneten Drehteilen (14, 40) besteht, die über ein elastomeres Verbindungsteil (42) verbunden sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsteil (42) die Drehteile (14, 40) form schlüssig miteinander verbindet und sich in etwa über die gesamte Länge der sich gegenüberliegenden, miteinander zu verbindenden Flächen (44, 46) der Drehteile (14, 40) er streckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich net, daß das Verhältnis der axialen Länge des Verbin dungsteils (42) zur Dicke des Verbindungsteils (42) größer als 10 : 1 ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehteile (14, 40) aus zwei ineinandergefügten, zylindrischen Buchsen gebildet sind, wobei das eine Dreh teil (14) auf einer Welle (12) drehfest angeordnet ist und das andere Drehteil (40) ein Antriebs- bzw. ein Ab triebsteil (48) trägt.