DE9012353U1

DE9012353U1 - Berührungsfreie Meßvorrichtung für Drehmoment und/oder Drehwinkel

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Filing date: 1990-08-29
Publication date: 1990-10-31
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Description

0003/Be/Be G 22.08.1990

EDGAR BEIER, 7082 Oberkochen

äerührungsfreie Meßvorrichtung für und/oder ürehwinkel

!d der Technik

Di &igr; Erf--.dung ge" t aus ei.ner Meßvorr" cfttung nach Gattur &tgr; des Hauptanspruchs.

Eine solche berührungsfrei arbeitende Meßvorrichtung zur

Erfassung eines Drehmoments und/oder Drehwinkels an einer g stehenden oder rotierenden Welle ist bekannt. (EP 0 144 803 B1)

% Diese bekannte Meßvorrichtung bestimirit das auf die W-S-¹Ie einwirkende Drehmoment und/oder den Verdrehwinkel, um j~~ welchen sich ein vorgegebener Wellenabschnitt verdreht, &Ggr; durch Ausnutzen des Wirbelstromeffekts und ordnet einer konzentrischen Spule zwei konzentrische Körper zu, die aus elektrisch leitenden Werkstoffen bestehen und deren gemeinsame Überdeckungsfläche sich mit zunehmendem, zwischen den beiden Körpern auftretendem Verdrehwinkel ändert. Die beiden Körper sind mit ihrem jeweiligen einen Ende drehfest mit einem torsionsweichen Rohr verbunden und können ihre gemeinsame Überdeckungsfläche dadurch ändern, daß sie Ausschnitte aufweisen und die Ausschnitte des einen Körpers Fenster für die zwischen den Ausschnitten befindlichen Speichen des anderen Körpers bilden.

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Edgar Beier

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Du*"?h die Relativverdrehung der beiden Körper ändert sich die auf die .-ieSspul? zur nusrri ..'&lgr;&pgr;'- des Wirbels=tromeffekts wirksame Materialfläche uer beiden Körper. Das

«rsionsweiche Rohr wird seinerseits an seinen Endbereichen unter Zuhilfenahme von Zwischenhülsen, zur Überbrückung des Unterschiedes zwischen Wellendurchmesser und Rohrinnendurchmesser, drehfest mit der Welle verbunden.

Als problematisch könnte bei dieser Meßvorrichtung angesehen werden, daß das torsionsweiche Rohr einen Teil des Drehmoments aufnimmt. Das bedeutet bei sehr dünnen und torsionsweichen Kellen einen erheblichen Eingriff in das bestehende System, -3a die sonst auf dem Kellenabschnitt auftretende Verdrehung durch das torsionsweiche Rohr behindert wird. Die Messung würde nicht den Verdrehwinkel der Welle erfassen, sondern sich nur auf den Verdrehwinkel des torsionsweichen Rohres beschränken und sowohl der Ausschlag des Meßsystems als auch die Genauigkeit der Messung wären nicht zufriedenstellend. Diese Meßvorrichtung eignet sich also nur für relativ torsionsfeste und dicke Wellen, deren Verdrehungen durch das torsionsweiche Rohr kaum behindert werden.

Bei einer Überlastung der Kelle besteht die Gefahr, da.3 das torsionsweiche Rohr bleibend verformt, oder bei einem Bruch der Welle innerhalb des Rohres die gesamte Meßvorrichtung beschädigt wird, da das Rohi dann plötzlich mit dem gesamten Drehmoment, dem es nicht standhalten kann, konfrontiert wird.

Edgar Beier

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WV'itrr kann die Befestigung der gesamten Mcivorrichtunq auf der Welle von großem Nachteil sein, da der D.irchmesseruntersch ied zwischen Welle und Ronr innendurchmesser durch Zwischennü1 sen ausgeglichen werden muß. Wenn di" Me3v''f r i <:htunq wirklich universell oinsetzbar sein soll, benöt-'qt man '!.izu ein nicht-, unerhebliches Sortiment an Zwi sc'nenhü 1 :sen in zweichf achor Ausf ^:-h>'^i.'j . Da aber Wellen meist ni -ht über ihre gesimte Länge glatt sind, sondern :· ■? i s t an ihren Eidbereichen einen größeren Durchiresser aufweisen, rrüssen die Zwischenhülsen auch geteilt sein da ^r-ie als Ganzes nicht auf die Welle aufzuschieben sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine berührung= i rei arbeitende Meßvorrichtung für Drehn^vr.ent ^&ggr;.&iacgr; 'oder Drc-hwinkel zu schaffen, die sich zur universellen Anwendung ;.ei allgemeinen Meßzwecken eignet, eine zusätzlich·-Hilfsmittel schr.ell an beliebige Wellen montiert jr.d &lgr; sch wieder gelöst werden kann und die die ^f "eie '.'erdrehuna der Weile nicht behindert.

Edgar Beier

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Vorteile der Erfindung:

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspru^hs und hat gegenüber der h'TÜhrungsfreie.. Meßvorrichtung den Vorteil, daß sie ^:ehr einfach als komplette Einheit auf beliebige Wellen aufgebaut werden Kann und ohn<_> Eichaufwand schnell botriebs- b< reit ist. D^ der Wellenabschnitt vorgegeben und die Meßvorrichtung als Ganzes schon geeicht ist, muß zur ersten Inbetriebnahme an der Welle ein definiertes Drehmoment aufgebracht werden. Aus dieser Referenzmessung ergibt sit.'&iacgr; der Faktor, der sowohl den Schubmodul des Wellenraterial als auch die Geometrie der Welle und deren Dimensionen bei 'cksichtigt.

Dabei muß die Welle keinesfalls rund r^in, sie kann auch einer, rvalen, eckigen oder hohlen Querschnitt haben. Wenn der Sch ubmodul, die Wellengeometrie und die Dimensionen bekannt sind, kann der Faktor ohne Referenznessung errechnet werden.

Durch die Gestaltung der Spannvorrichtungen und deren Spannelerr.ente läßt sich die Meßvorrichtung nicht nur an einem Außen- sondern auch an einem Innendurchmesser spanne.i. Dies kann von besonderem Vorteil sein, wenn die Welle an einer bestimmten Stelle nicht zugänglich, z.B. an Zahnrädern, ist.

Wenn Drehmomente oder Drehwinkel gemessen werden sollen, die außerhalb des Meßbereiches des Meßsystems liegen, kann durch Verdrehen einer Spannvorrichtung auf der Welle ein positiver oder negativer Offset in beliebiger Höhe eincestellt werden.

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Edgar Beier

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Zeichnunq:

Ajsführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig.1 z^f3igt den Schnitt eines ersten Ausführunqsbeispiels eines uf der Welle komplett aufgebauten, nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden, Meßsystems.

Fig 1

1: Welle

2a '2b: Spannvorrichtungen als Vierbackenfutter ausgeführt

3: Innerer Schlitzzylinger

4: Äußerer Schlitzzylinder

5a/5b: Lager

6: Gehäuse

7a/7b: 'leSspulen

8: Spulenkörper

9: SDannelement

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Be::.chreib ing c!°r &Lgr; jsf ührung~be i 'piel" :

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht iarin auf der eigentlichen Torsionswelle, deren von ihr übertragenes ^r^hr.oment bestimrrt oder dere·! Verdrehwinkel· über eine vorgecebene Länge ye:r essen werden soll, ein, im Sinne eines Baukastensystems komplett in einem Gehäuse gelagertos Drehmomentmeßsystem mit Hilfe ---n zwei Spar.nvcrri :htungen &tgr;: befestigen.

Die Spannvorrichtung (2a/2:_) sind frei drehbar und gegeneinander nicht verschiebbar m dem rohrförrriigen Gehäuse (6¹ gelagert. Sie tragen innerhalb des Gehäuses (6) jeweils konzentrische ineinander _ischach'. -ilte Schlitzzylinder (3,4), die ihrerseits gegeneinander verdrehbar sind und zur Messung nach den Kirbelstromprinzip ihre ge~eir.sa_:&ldquor;^ L'berdeckungsfläche mit d-.:r Verdrehwinkel ändern. 'Zur Messuna des Verdrehwinkels und des daraus resultierenden 3re

moments dienen vorzugsweise zwei Meßspuien ( , a ■'' die mit dem Spulenkörper (8) stationär in dex Gehäuse!

gelagert sind.

Die gesamte Meßvorrichtung (Fig.1) kann kein drehmoment aufnehmen, wodurch die Welle (') in ihrer Torsion nicht behindert wird. Sie eigr.^:. oich deshalb universell für dicke und dünne, torsionsfeste und toisionsweiche Wellen. Der erfaßbare Verdrehwinkel ist nur durch die Grenzen des Erfa3systerr.s beschränkt .

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Edgar Beier

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Sollte der Verdrehwinkel, und damit das Drehmoment außerhalb des erfaßbaren Bereiches liegen, so läßt sich durch Verdrehen einer Spannvorrichtung ein Offset in entgegengesetzter Richtung realisieren, wodurch jeder beliebige Verdrehwinkel oder jedes beliebiges Drehmoment erfaßbar wird. Voraussetzung ist ~edcch, daß die Welle (1) diese beliebigen Verdrehwinkel oder Drohmomente aushält. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbasserungen der im Hauptanspruch angegebenen berührungsfreien Meßvorrichtung möglich. Die Keßvorrichtung kann auf abgesetzten Wellen befestigt werden, oder bei Platzmangel z.3. auf einer auf der Welie befindlichen Nocke oder an dem Innenbund eines Teiles. Für Gegenmessungen kann sie auf einer handelsüblichen Verlängerung für Stecknüsse befestigt werden. Selbst ohne Welle ist sie einsetzbar, wenn nur die p.elativverdrehung zwischen zwei stehenden oder rotierenden Körpern gemessen werden soll.

Die Erfindung ist keinesfalls auf die Anwendung des Kirbelstrorroffekts beschränkt. Sie eignet sich für alle Meßsysteme, die die Relativverdrehung zweier Körper erfassen.

Alle, in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und der Zeichnung dargestellten Merkmale kön-^r, sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.

Claims

Edgar Beier
0003/Be/Be G
22.08.1990
EDGAR BEIER, 7082 Oberkochen
Beruiirungsfreie Meßvorrichtung für Drehmoment
und/oder Drehwinkel
Sc utzansprüche:
1 . Berührungsfreie &iacgr;._ vorrichtung für Drehmoment y,
und/od'- DrehwinV.el an stehenden oder rotierenden |
Wellen, mit zwei zur Welle konzentrischen, Vorzugs- |
weise zylindrischen, mit ihren jeweiligen Endbereichen |
drehfest an der Welle befestigten und gegeneinander '*
verdrehbaren Körpern, ferner mit einem Meßsysterr, §
welches aus der sich mit dem Verdrehwinkel ändernden §
Relativposition der beiden Körper das von der Welle %
übertragene Drehmoment und/oder deren Drehwinkel über %
einen vorgegebenen Wellenabschnitt ermittelt, dadurch
gekennzeichnet, daß die gegeneinander verdrehbaren
Körper (3,4) an ihren entgegengesetzten Endbereichen
jeweils an einer Spannvorrichtung (2a,2b) befestigt
sind, die geeignet ist, Wellen oder Bohrungen, deren
Durchmesser in einem bestimmten Bereich liegen,
zentrisch zu spannen und, daß Spannvorrichtungen ;2a,2b)
jeweils über geeignete Lagerungen (5a,5b) in einem
rohrförmigen Gehäuse (6) drehbar und in axialer Richtung
gegeneinander nicht verschiebbar gelagert sind.
Moßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Spannvorrichtungen (2a,2b) unabhängig voneinander zu betätigen oder abnehmbar sind.
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3. Meßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Spannelemente (9) mindestens einer Spannvorrichtung (2a_?2b) einzeln verstellen lassen.

4. Meßvorrichtung nach einem oder mehrerer der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennseiebnet,. daß jede Spannvorrichtung (2a,2b) in mindestens einer definierten Winkellage fixiert werden kann.

5. MeSvorric.; ;r"T nac.i Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, &aacgr;*° mindesten^ eir.i der beiden Spannvorrichtungen (2a,2b) über ^ine Fei srstellung verfugt.

o. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gexennzexchnet, daß die gegeneinander verdrehbaren Körper konzentrisch ineinander gelagerte Schlitzzylinder (3,4) sind, deren relative Überaeckungsflache sich bei einer Relativverdrehung ändert.

4u 7. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gegeneinander verdrehbaren Körper konzentrische ineinander gelagerte Zylinder (3,4) aus nicht leitendem Material sind und daß in ihren Wänden elektrisch leitende Teile eingegosser, sind oder Teile ihrer Oberfläche mit einer elektrisch leitenden Beschichtung versehen sind und daß sich bei einer Relativverdrehung die relative Öberdeckungsflache der elektrisch leitenden Bereiche ändert.

8. Meßvorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Meßsystem die Relativverdrehung der beiden Körper (3,4) erfaßt.