DE4329199A1

DE4329199A1 - Meßeinrichtung zur Erfassung eines Drehmoments, insbesondere zur Verwendung bei motorgetriebenen Schraubern

Info

Publication number: DE4329199A1
Application number: DE19934329199
Authority: DE
Inventors: Guenther Dipl Ing Henzler; Thomas Dahler; Christian Toellner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-08-31
Filing date: 1993-08-31
Publication date: 1995-03-02
Anticipated expiration: 2013-09-01
Also published as: SE9402878D0; SE515401C2; CH688594A5; DE4329199C2; SE9402878L

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Meßeinrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3. Es ist schon eine derartige Meß einrichtung bekannt (DE 32 14 889 A1), welche direkt mit einer Tor sionswelle verbundene Meßhülsen aufweist. Insbesondere bei Belastung mit hohen Antriebsdrehmomenten zeigt die Meßeinrichtung hysteresear tige Abweichungen im Meßergebnis, was die Meßgenauigkeit ungünstig beeinflußt.

Vorteile

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkma len des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3 hat demgegenüber den Vor teil, ein hysteresereduziertes bzw. hysteresefreies Meßergebnis zu ermöglichen. Durch die Verringerung der Beanspruchung in den Verbin dungsstellen von Meßhülsen und Torsionswelle wird zudem die Be triebssicherheit der Meßeinrichtung gesteigert, ohne daß zusätzliche Bauteile zur Verbindung erforderlich sind.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung möglich.

Zeichnung

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung ver einfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert. Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäß ausgebildete Meßeinrich tung im Längsschnitt, Fig. 2 einen Teilausschnitt der Meßeinrich tung aus Fig. 1 und Fig. 3 einen Teilschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel einer Meßeinrichtung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Die in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Meßeinrichtung zur Erfassung eines Drehmoments weist eine in einem Gehäuse 11 mittels Wälzlagern 12, 13 drehbar gelagerte Torsionswelle 14 auf. Die Torsionswelle 14 ist mit zwei axial voneinander beabstandeten Wellenbünden 15, 16 verse hen, zwischen denen ein torsionselastischer Abschnitt 17 ausgebildet ist. Die Torsionswelle 14 weist endseitig Kopplungsmittel 18, 19 auf, mittels der die Torsionswelle 14 mit einem Drehmoment beauf schlagbar ist. Die Kopplungsmittel 18, 19 dienen beispielsweise zum Einbau der Meßeinrichtung 10 in den Antriebsstrang eines motorge triebenen Schraubers.

Jeder Wellenbund 15, 16 trägt eine Meßhülse 24, 25, die sich jeweils koaxial zur Torsionswelle 12 mit radialem Abstand über den torsions elastischen Abschnitt 17 erstrecken. Die Meßhülsen 24, 25 sind ineinandergreifend angeordnet und gegeneinander verschiebbar. Eine Innenhülse 24 ist mit einem ersten Wellenbund 15 und eine Außenhülse 25 mit einem zweiten Wellenbund 16 verbunden. Wird die Torsionswelle 14 mit einem Drehmoment beaufschlagt, verdrehen sich die Wellenbünde 15, 16 um einen kleinen Drehwinkel gegeneinander und aufgrund der drehfesten Anordnung der Meßhülsen 24, 25 auf den Wellenbünden 15, 16 verschieben sich die Meßhülsen 24, 25 gegeneinander entsprechend. Mittels einer Spulenanordnung 26 ist die Verschiebung der Meßhülsen 24, 25, erfaßbar und in ein drehmomentproportionales Meßsignal über tragbar. Die Funktionsweise der Meßeinrichtung 10 ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Zwecks Erläuterung der Funk tion wird daher auf die DE 33 07 105 C2 verwiesen, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Offenbarung somit zur Offenbarung der vorliegenden Anmeldung wird.

Die Meßhülsen 24, 25 sind aus elektrisch leitendem, nicht magneti schem Material, beispielsweise Aluminium gefertigt. Die Verbindung von Meßhülsen 24, 25 mit der beispielsweise aus duktilem Stahl ge fertigten Torsionswelle 14 erfolgt daher vorteilhafterweise durch Verkleben. Die Klebestellen zwischen Meßhülsen 24, 25 und Wellenbün den 15, 16 weisen dabei jeweils eine gewisse axiale Erstreckung auf.

Bedingt durch ein auf die Torsionswelle 14 einwirkendes Drehmoment erfährt diese nicht nur im Bereich ihres torsionselastischen Ab schnitts 17 eine Verschiebung. Vielmehr wird sich jeder beliebige Querschnitt der Torsionswelle 14 um einen gewissen Betrag zu seinem Nachbarquerschnitt verschieben, also auch die Wellenbünde 15, 16 im Bereich ihrer Verbindung mit den Meßhülsen 24, 25. Die Verschiebung innerhalb der Wellenbünde 15, 16 wird über den Kleber auf die direkt mit ihnen verbundenen Meßhülsen 24, 25 übertragen, wobei in der Kle befläche eine Schubspannung wirkt. Insbesondere bei hohen zu erfas senden Drehmomenten kann die Schubspannung und die damit einherge hende Verformung des Klebers die Elastizitätsgrenze überschreiten, so daß sich dieser plastisch verformt und deshalb hystereseartige Abweichungen im Meßergebnis verursacht.

Um die Beanspruchung des Klebers bei drehmomentbeaufschlagter Tor sionswelle 14 zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Meßhülsen 24, 25 im Bereich ihrer Verbindung mit der Torsionswelle 14 mit einer Mehrzahl von radial durchgehenden Längsschlitzen 28 zu versehen.

In Fig. 2 ist ein in der Fig. 1 mit II gekennzeichneter kreisför miger Ausschnitt der Innenhülse 24 näher dargestellt. In dem für die Verbindung mit dem ersten Wellenbund 15 vorgesehenen Bereich sind die Längsschlitze 28 ausgebildet, die sich vom Ende der Innenhülse 24 über eine bestimmte axiale Weglänge erstrecken, die wenigstens gleichlang ist wie die entsprechende Klebestelle und diese axial überragen. Bedingt durch die Längsschlitze 28 wird die Torsionsstei figkeit der Meßhülse 24 in ihrem Endbereich erheblich verringert, was die Beanspruchung des Klebers in der Verbindungsfläche redu ziert. Die hystereseartigen Abweichungen im Meßergebnis sind auf diese Weise eliminierbar bzw. auf ein akzeptables Maß verringerbar. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist an der Torsions welle 14 ein Ringbund 21 angeordnet, der als axialer Montageanschlag für die Innenhülse 24 und das Wälzlager 12 dient.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemä ßen Meßeinrichtung 10a. Gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel gleiche bzw. gleichwirkende Teile sind durch die gleichen Bezugszei chen gekennzeichnet. Näher dargestellt ist der Bereich zwischen den Wellenbünden 15, 16 der Torsionswelle 14. Zwischen den Wellenbünden 15, 16 befindet sich der torsionselastische Abschnitt 17. Die Wel lenbünde 15, 16 sind jeweils mit einem Ringfortsatz 30, 31 versehen, der sich mit radialem Abstand koaxial zur Torsionswelle 14 in Rich tung auf den jeweils gegenüberliegenden Wellenbund 15; 16 erstreckt. Jeder Ringfortsatz 30, 31 ist über den zugehörigen Wellenbund 15, 16 mit der Torsionswelle 14 verbunden.

Die Ringfortsätze 30, 31 können beispielsweise durch jeweils einen axial begrenzten, umlaufenden Einstich 32, 33 gebildet werden. An der Außenfläche der Ringfortsätze 30, 31 sind die Meßhülsen 24, 25 aufgeklebt. Die Klebestellen zwischen den Meßhülsen 24, 25 und den Ringfortsätzen 30, 31 befinden sich dabei in radialer Richtung über den Einstichen 32, 33. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei einer Torsionsbeaufschlagung der Torsionswelle 14 die Klebestelle selbst torsionsfrei ist. Dabei sollte darauf geachtet werden, daß die axia le Erstreckung des jeweiligen Einstichs 32, 33 größer ist als die axiale Erstreckung der zugehörigen Verbindungsstelle von Meßhülse 24, 25 und Torsionswelle 14. Da die Verbindung von Meßhülsen 24, 25 und Torsionswelle 14 in einem torsionsfreien Bereich erfolgt, werden plastische Verformungen des Klebers und damit hystereseartige Abwei chungen im Meßergebnis vermieden. Durch Ausbildung der Ringfortsätze 30, 31 bzw. der auf diesen angeordneten Verbindungsstellen radial über dem torsionselastischen Abschnitt 17 der Torsionswelle 14 ist eine kompakte Bauweise der Meßeinrichtung 10a möglich.

Bei den erfindungsgemäßen Meßeinrichtungen 10, 10a gemäß den beiden Ausführungsbeispielen sind zusätzliche Bauteile zur Vermeidung der Hysterese nicht erforderlich. Ein derartiges Bauteil kann beispiels weise durch eine Zwischenhülse gebildet werden, die mit dem entspre chenden Wellenbund 14; 16 verlötet oder verschweißt ist und ringför mig mit radialem Spiel zur Torsionswelle 14 und damit torsionsfrei über den jeweiligen Wellenbund 15; 16 hinausragt, wobei die Verkle bung mit der Meßhülse 24; 25 dann auf dem torsionsfreien Bereich der Zwischenhülse erfolgt. Das Vorsehen eines zusätzlichen Bauteils zur Befestigung der Meßhülsen 24, 25 an der Torsionswelle 14 ist wegen des damit verbundenen erhöhten Fertigungs- und Montageaufwandes je doch ungünstig.

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung eignet sich beispielsweise als Drehmoment-Meßwertgeber zur Verwendung bei motorgetriebenen Schrau bern.

Claims

1. Meßeinrichtung zur Erfassung eines Drehmoments, insbesondere zur Verwendung bei motorgetriebenen Schraubern, welche Meßeinrichtung (10) eine das zu erfassende Drehmoment übertragende Torsionswelle (14) mit einem von zwei axial beabstandeten Wellenbünden (15, 16) begrenzten torsionselastischen Abschnitt (17) aufweist und mit zwei koaxial zur Torsionswelle (14) ineinandergreifenden, gegeneinander verschiebbaren Meßhülsen (24, 25) versehen ist, die einseitig je weils an einem der beiden Wellenbünde (15, 16) drehfest mit der Tor sionswelle (14) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßhülsen (24, 25) endseitig im Bereich ihrer Verbindung mit der Torsionswelle (14) eine Mehrzahl von radial durchgehenden Längsschlitzen (28) aufweisen.

2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung der Längsschlitze (28) größer ist als die jeweilige axiale Erstreckung der zugehörigen Verbindungsstelle von Meßhülse (24; 25) und Torsionswelle (14).

3. Meßeinrichtung zur Erfassung eines Drehmoments, insbesondere zur Verwendung bei motorgetriebenen Schraubern, welche Meßeinrichtung (10a) eine das zu erfassende Drehmoment übertragende Torsionswelle (14) mit einem von zwei axial beabstandeten Wellenbünden (15, 16) begrenzten torsionselastischen Abschnitt (17) aufweist und mit zwei koaxial zur Torsionswelle (14) ineinandergreifenden, gegeneinander verschiebbaren Meßhülsen (24, 25) versehen ist, die einseitig je weils an einem der beiden Wellenbünde (15, 16) drehfest mit der Tor sionswelle (14) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Meßhülsen (24, 25) mit der Torsionswelle (14) jeweils auf einem Ringfortsatz (30; 31) vorgesehen ist, der mit radialem Ab stand koaxial zur Torsionswelle (14) angeordnet und jeweils über ei nen der Wellenbünde (15; 16) einstückig mit der Torsionswelle (14) verbunden ist.

4. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung von Meßhülsen (24, 25) und Torsionswelle (14) unter Aus sparung der Wellenbünde (15, 16) erfolgt.

5. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringfortsatz (30; 31) jeweils vom Wellenbund (15; 16) aus über den torsionselastischen Abschnitt (17) der Torsionswelle (14) ragt.

6. Meßeinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringfortsatz (30; 31) mittels eines am jeweiligen Wellenbund (15; 16) ausgebildeten, axial begrenzten, umlaufenden Einstichs (32; 33) gebildet ist.

7. Meßeinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die axiale Erstreckung des Einstichs (32; 33) größer ist als die jewei lige axiale Erstreckung der zugehörigen Verbindungsstelle von Meß hülse (24; 25) und Torsionswelle (14).