DE3915407A1 - Verfahren und einrichtung zum messen eines an einem verformungskoerper anliegenden drehmomentes - Google Patents
Verfahren und einrichtung zum messen eines an einem verformungskoerper anliegenden drehmomentesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung
zum Messen eines an einem Verformungskörper, insbesondere
einer Welle anliegenden Drehmomentes bei dem ein drehmo
mentabhängiges Meßsignal erzeugt wird.
Es ist bereits bekannt, Näherungssensoren, die mit einem
an der rotierenden Welle angebrachten Gegensensor zusam
menarbeiten, zu nutzen, bei denen die zeitliche Verschie
bung der beiden während eines Umlaufs ermittelten Maxima
als Maß für den Verdrehwinkel der Welle und der Ermittlung
des Drehmomentes daraus dienen.
Von Nachteil bei den bekannten Verfahren und Vorrichtungen
ist, daß sie nur bei rotierenden bzw. schnell rotierenden
Wellen vernünftige Meßergebnisse liefern. Bei still
stehender Welle wird trotzdem, daß ein Moment anliegt,
kein brauchbares Meßsignal erzeugt. Bei Maschinen und
Geräten, bei denen auch im Stillstand eine Überlastung,
zum Beispiel beim Anfahren, auftreten kann, sind solche
Verfahren und Einrichtungen nicht einsetzbar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Ver
fahren und Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens
vorzuschlagen, die zur Erzeugung zuverlässiger und aus
wertbarer Meßergebnisse sowohl bei rotierenden, als
auch zumindest zeitweise stillstehenden Wellen, die durch
ein Drehmoment beaufschlagt sind, gewährleisten.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur
Erzeugung des Meßsignals an zwei axial und/oder radial
beabstandeten Stellen des vom Drehmoment beaufschlagten
Verformungskörpers zwei zyklische, über eine Umdrehung
sich kontinuierlich ändernde Meßwertverläufe erzeugt wer
den, wobei die Differenz der beiden zeitgleich ermittelten
Meßwerte als dem anliegenden Drehmoment analoges Meßsignal
ermittelt wird.
Durch die Erzeugung der in Bezug auf die Drehbewegung
zylischen Meßwertverläufe und Messung der Differenz der
beiden Meßwerte zum gleichen Zeitpunkt werden auswertbare
Signale in allen Betriebszuständen, also auch im Still
stand oder bei nur langsamer Rotation erzeugt. Wichtig ist
jedoch bei der Auswahl von zyklischen Kurven, daß aus dem
Verlauf die Winkelverschiebung herleitbar ist. Bevorzugt
werden zwei ansich identische zyklische Meßwertverläufe
genutzt.
Als Meßwertverlauf in Bezug auf die Drehbewegung ist nach
der Erfindung ein zyklisches Dreieckssignal vorgesehen. Es
ist jedoch auch möglich, ein sinusförmiges Signal zu er
zeugen.
Eine erste zur Lösung der Aufgabe vorgesehene erfindungs
gemäße Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens be
steht, ausgehend von zwei dem Verformungskörper mit einem
axialen und/oder radialen Abstand zugeordneten Sensoren
und Gegensensoren darin, daß die dem Verformungskörper
zugeordneten Sensoren als Näherungssensoren und die Gegen
sensoren als Zahnscheiben ausgebildet sind, und daß die
Zahnform der Zähne nach Abstand und Überdeckung bei Ver
drehung relativ zum Sensor entsprechend dem gewünschten
zyklischen Verlauf in Bezug auf die Drehbewegung ausgebil
det ist. Alternativ ist vorgeschlagen, die dem Verfor
mungskörper zugeordneten Sensoren als eine Ringform auf
weisende Magnetbänder die in codierter Form ein perio
disch wiederkehrendes Signal beinhalten, und die Gegensen
soren entsprechend zur Erfassung der Drehposition der
beiden Beber zueinander ausgebildet sind.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand der in der
Zeichnung zumindest teilweise im Prinzip gezeigten Ein
richtung erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 die Meßeinrichtung mit Zahnscheiben und Nähe
rungssensoren in axialer Anordnung auf einer
Welle als Verformungskörper,
Fig. 2 eine Zahnscheibe und
Fig. 3 ein Meßwertdiagramm bei einer bestimmten Drehzahl,
Fig. 4 ein Meßwertdiagramm bei einer anderen Drehzahl
als nach Fig. 3 und
Fig. 5 ein Meßwertdiagramm als Detail bezüglich der
Meßwertberechnung in den Umkehrpunkten.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung besteht aus der
Welle 1, deren Verdrehung als Meßgröße für das anliegende
Drehmoment gilt. Auf der Welle 1 ist ein Gehäuse 4 gela
gert und ortsfest gehalten. Es bleibt in Ruhe, auch wenn
die Welle 1 darin rotiert. Auf der Welle 1 sind zwei Zahn
scheiben 2, 3 mit axialem Abstand zueinander drehfest ange
ordnet. Die beiden Zahnscheiben 2, 3 sind identisch ausge
bildet.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, besitzen die Zahnscheiben 2,
3 umfangsverteilt angeordnete und durch Zahnlücken 8 ge
trennte Zähne 7. Die Zahnscheiben 2, 3 sind phasengleich
auf der Welle 1 befestigt. In dem Gehäuse 5 ist jeder
Zahnscheibe 2, 3 ein Näherungssensor 5, 6 zugeordnet be
festigt. Die beiden Näherungssensoren 5, 6 erzeugen eine
Stromspannung, die der jeweiligen Annäherungsposition an
einen Zahn 7 entspricht. Die Form der Zähne 7 und Lücken 8
in Bezug auf ihren Abstand vom jeweiligen Sensor 5, 6 und
in Bezug auf die Überdeckung mit dem Sensor 5, 6 ist so
gewählt, daß bei Rotation ein zyklischer Spannungsverlauf,
wie beispielsweise der in Fig. 3 ersichtliche Dreiecks
verlauf, vorgegeben sind. Je nach Größe des anliegenden
Drehmomentes ergibt sich eine Verdrehung der beiden Zahn
scheiben 2, 3 zueinander. Die von den Sensoren 5, 6 je
weilig festgestellte Verdrehposition ergibt zwei zueinan
der verschobene Meßwertkurven, deren Vertikalabstand zu
einander bei zeitgleicher Erfassung ein Maß für den Ver
drehwinkel ist. Die zeitliche Spreizung der Kurven ist
jedoch drehzahlabhängig. Um die Drehzahl zu eliminieren
und auch Messungen im Stillstand zu erreichen, wird die
vertikale Verschiebung gemessen, die von der Drehzahl
unabhängig ist, sondern nur vom Verdrehwinkel der beiden
Zahnscheiben zueinander bestimmt ist. Die Differenz der
beiden zeitgleich gemessenen Meßwerte entspricht dem an
liegenden Drehmoment.
Fig. 3 zeigt die Signale für eine bestimmte Drehzahl bei
konstantem Moment.
Fig. 4 zeigt die Signale bei halber Drehzahl aber bei
gleichem Moment im Vergleich zu Fig. 3. Trotz unter
schiedlicher Drehzahlen und damit unterschiedlicher Zeit
abstände der Signalverläufe bleibt der vertikale Abstand -
und damit der Verdrehwinkel - bei gleichem Moment gleich.
Die Auswertung dieser drehpositionsabhängigen Signale
erfolgt mit Hilfe eines Rechners.
Die Spannungswerte der beiden Kurven M₁ und M₂ ent
sprechend des von den Näherungssensoren 5, 6 gemessenen
Antriebsmeßwerts M₁ und dem Abtriebsmeßwert M₂, die in
diskreten Zeitabständen jeweils zeitgleich gemessen werden.
Unter Berücksichtigung der Umkehrpunkte ist in den Be
reichen A, C, E ist die Berechnung durch die Differenz der
beiden Spannungswerte M₁t und M₂t gegeben. Das Vorzeichen
wird durch die Mitberücksichtigung des Vorzeichens der
Steigungen der Kurvenzüge bestimmt.
In einer vereinfachten Form kann auf die Bereiche B und D
verzichtet werden, da sie im Vergleich zu A, C und E sehr
klein sind (in der Darstellung vergrößert wiedergegeben).
Hieraus ergibt sich folgende Berechnungsvorschrift:
Darin bedeuten
K=Anpassungsfaktor (Spannungswert : Drehmoment)
M₂-M₁=Meßwertdifferenz zeitgleich gemessen
T=Vorzeichenkorrektur und "Ausblenden" der Bereiche B und D
M₂-M₁=Meßwertdifferenz zeitgleich gemessen
T=Vorzeichenkorrektur und "Ausblenden" der Bereiche B und D
Bei gleichem Vorzeichen der Steigung wird T= +1 bzw. -1.
Dadurch wird das richtige Vorzeichen für M bestimmt.
Bei ungleichem Vorzeichen wird T=0, d. h. bewegt
sich größenmäßig gegen den Wert unendlich.
Dies bedeutet, der ermittelte Wert von M geht ebenfalls
gegen unendlich.
Wenn M größenmäßig gegen unendlich berechnet wird, wird
der Wert nicht ausgewertet, da sich die Signalverläufe in
dem Bereich B oder D befinden.
Das Vorzeichen von T bewertet, ob beide Kurvenverläufe
"steigend" oder "fallend" sind. Bei dieser Berechnungsvor
schrift ergibt sich automatisch, ob das anliegende Moment
positiv oder negativ ist. Dieses System nutzt nur die
linearen Kurvenverläufe von M₁ und M₂ und unterdrückt die
Übergangsbereiche B und D.
Mit Hilfe einer komplexeren Auswerteberechnung (s. Fig. 5)
können auch die Bereiche B und D mit zur Messung ausge
nutzt werden. Hierfür wird der Kurvenverlauf M₂ im Über
gangsbereich so verändert, daß durch eine Subtraktion die
beiden Meßwerte M₁ und M₂ und durch zusätzliche vor
zeichenbestimmende Therme eine Berechnung ermöglicht wird.
Für diese Berechnung muß beim Übergang von den Bereichen A
und C in die Bereiche B und D der letzte Wert von M₂ im
Bereich A bzw. C in der Auswerteeinheit gespeichert werden.
Es wird ein Wert M 2x eingeführt. Für diesen gilt dann,
wenn
ist, ist M₂ gleich dem
aktuellen Wert M 2x .
Beim ersten Auftreten von
wird der Wert M 2x =M 2t (M 2 zum Zeitpunkt t) festgehalten.
Erst wenn
gilt, wird M 2x =M 2t ,
als dem laufend sich änderndenWert M₂ gleichgesetzt. Es
wird für die Berechnungsvorschrift die Annahme gemacht,
daß SGN (0)=1 ist.
Darin bedeuten
R = Korrektur des Wertes M₂ für die Berechnung in den
Übergangsbereichen B, D
S = Definition des Vorzeichens.
S = Definition des Vorzeichens.
Diese Gleichung gilt für den gesamten Bereich (A, B, C, D, E,
. . .).
Die Korrektur des Wertes M₂ durch den Wert R wird anhand
von Fig. 5 deutlich.
Bezugszeichenliste
1 Welle
2, 3 Zahnscheibe
4 Gehäuse
5, 6 Sensor
7 Zahn
8 Zahnlücke
2, 3 Zahnscheibe
4 Gehäuse
5, 6 Sensor
7 Zahn
8 Zahnlücke
Claims (7)
1. Verfahren zum Messen eines an einem Verformungskörper,
insbesondere einer Welle anliegenden Drehmomentes, bei
dem ein drehmomentabhängiges Meßsignal erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Erzeugung des Meßsignals an zwei axial
und/oder radial beabstandeten Stellen des vom Drehmoment
beaufschlagten Verformungskörpers zwei zyklische
über eine Umdrehung sich kontinuierlich ändernde Meßwertverläufe
erzeugt werden, wobei die Differenz der
beiden zeitgleich ermittelten Meßwerte als dem
anliegenden Drehmoment analoges Meßsignal ermittelt
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Meßwertverläufe an sich identisch sind.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Meßwertverlauf ein zyklisches Dreiecksignal
erzeugt wird, das abhängig von der Drehbewegung ist.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß als Meßwertverlauf ein sinusförmiges Signal erzeugt
wird, das abhängig von der Drehbewegung ist.
5. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, wobei dem Verformungskörper,
an dem das durchgeleitete Drehmoment zu
messen ist, im axialen und/oder radialen Abstand zwei
Sensoren und zwei Gegensensoren zugeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Verformungskörper (1) zugeordneten Sensoren
(5, 6) als Näherungssensoren und die Gegensensoren
als Zahnscheiben (2, 3) ausgebildet sind, und daß die
Zahnform der Zähne (7) nach Abstand und Überdeckung
bei Verdrehung relativ zum Sensor (5) entsprechend dem
gewünschten zyklischen Verlauf über die Drehbewegung
ausgebildet ist.
6. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem
oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die dem Verformungskörper (1) zugeordneten Sensoren
als eine Ringform aufweisende Magnetbänder, die in
codierter Form ein periodisch wiederkehrendes Signal
beinhalten, und die Gegensensoren entsprechend
zur
Erfassung der Drehpositionen der beiden Geber zueinander
ausgebildet sind.
7. Einrichtung nach den Ansprüchen 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (1) selbst als Verformungskörper ausgebildet
ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3915407A DE3915407A1 (de) | 1988-05-18 | 1989-05-11 | Verfahren und einrichtung zum messen eines an einem verformungskoerper anliegenden drehmomentes |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE3816825 | 1988-05-18 | ||
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE3915407A1 true DE3915407A1 (de) | 1989-11-30 |
Family
ID=25868188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE3915407A Withdrawn DE3915407A1 (de) | 1988-05-18 | 1989-05-11 | Verfahren und einrichtung zum messen eines an einem verformungskoerper anliegenden drehmomentes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE3915407A1 (de) |
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1989
- 1989-05-11 DE DE3915407A patent/DE3915407A1/de not_active Withdrawn
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