EP2212670A1 - Drehmomentmesseinrichtung, drehmomentmessflansch und drehmomentmessverfahren - Google Patents

Drehmomentmesseinrichtung, drehmomentmessflansch und drehmomentmessverfahren

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EP2212670A1
EP2212670A1 EP08849750A EP08849750A EP2212670A1 EP 2212670 A1 EP2212670 A1 EP 2212670A1 EP 08849750 A EP08849750 A EP 08849750A EP 08849750 A EP08849750 A EP 08849750A EP 2212670 A1 EP2212670 A1 EP 2212670A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
torque
torque measuring
zero
drehmomentmessflansch
flange
Prior art date
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Ceased
Application number
EP08849750A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Herbert Meuter
Michael Koslowski
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Atesteo GmbH and Co KG
Original Assignee
GIF Gesellschaft fuer Industrieforschung mbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE102008028826A external-priority patent/DE102008028826A1/de
Application filed by GIF Gesellschaft fuer Industrieforschung mbH filed Critical GIF Gesellschaft fuer Industrieforschung mbH
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
    • G01L25/003—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency for measuring torque
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/108—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges

Definitions

  • Torque measuring device torque measuring flange and torque measuring method
  • the invention relates to a torque measuring device, a torque measuring flange and a torque measuring method.
  • Such torque measuring devices are used, for example, in test stands, as disclosed inter alia in DE 10 2006 044 829 A1.
  • torque measuring flanges or measuring shafts as described, for example, in DE 42 03 551 A1 or DE 10 2007 005 894 A1 but also in DE 20 2006 007 689 U1, in DE 199 17 626 A1, DE 197 19 921 Al and DE 103 06 306 Al and in the Internet articles "Operating Instructions Torque Measuring Fli / F2i" of GIF Weg für Industrie Wunsch mbH from Aisdorf in Germany (2007 / Rev.1.25) and "User's Manual TF Series Torque Flange Sensors" of Magtrol Inc.
  • torque-measuring flange and measuring shaft being used interchangeably in the present context.
  • a torque is measured, which in the present context primarily torques of rotating assemblies are measured.
  • such assemblies can be selectively subjected to a load during a rotation in order to investigate the behavior of the corresponding assembly under load, in particular with regard to the reaction thereof by means of a changed torque. In this way, in particular wear, durability, extreme load behavior, natural vibration, rattle noise u. ⁇ . Be examined.
  • DE 20 2006 discloses a torque measuring shaft which, inter alia, has a digital interface and a temperature sensor for temperature-dependent zero point compensation, ie the compensation of a temperature dependence of the measured value output by the torque measuring shaft when no torque is applied.
  • the present invention firstly proposes a torque measuring device with a torque measuring flange and an evaluation, which is characterized in that the evaluation has means for storing a variable proportional to a freewheeling torque and means for compensating a measured value with the stored variable.
  • the invention is based on the basic knowledge that a Drehmomentmessflansch in the free-running state, ie in a completely independent of any load applied by any DUT or even an externally applied
  • the invention according to the proposed torque measuring device thus makes it possible to determine such a freewheeling moment in which, for example, in a completely unloaded state, a measurement is performed, and the respectively determined or measured
  • the present invention proposes, secondly, a method for measuring torque, which is characterized in that initially a free-wheeling torque is determined and the determined torque measured value is subsequently compensated with the free-wheeling torque.
  • a torque measuring flange is usually characterized by a measuring device for measuring a variable proportional to a torque acting on the Drehmomentmessflansch size
  • the measuring device may comprise strain gauges or other voltmeter, with which a distortion of the torque measuring, which is regularly proportional to a torque , can be recorded.
  • a measuring device for measuring a size proportional to a torque acting on the Drehmomentmessflansch all devices, including, for example Displacement measurements or the like, can be used, with which such a size can be measured according sufficiently reliable.
  • Torque measuring flange with a measuring device for measuring one to one on the
  • Torque measuring flange acting torque proportional size which is characterized by a provided on the Drehmomentmessflansch evaluation unit having means for storing a proportional to a freewheeling torque size.
  • the corresponding compensation means for compensating a measured value with the stored, proportional to the freewheeling torque size are provided on the Drehmomentmessflansch.
  • Such a configuration makes it possible to carry out a corresponding compensation already directly on the torque measuring flange, in particular even if it rotates. In this way, only the measurement signal present after the compensation needs to be transmitted. Otherwise, it may be necessary to transfer the stored in the memory means on the Drehmomentmessflansch, proportional to the freewheeling torque size or stored in the memory means on the Drehmomentmessflansch, proportional to the freewheeling torque magnitudes in a separate step to an evaluation.
  • the freewheeling torque is optionally dependent on the speed. This is presumed to be due to aerodynamic drag or flying forces, or possibly to almost imperceptible assembly inaccuracies or imbalances.
  • the storage means comprise means for storing a proportional to a speed-dependent freewheeling torque size associated with a speed. In this way, according to several freewheeling torques can be stored speed-dependent, which then make it possible by suitable extra or interpolation or other, known from the prior art measures, a corresponding compensation. In this case it is also possible, instead of various measured values, to store a correspondingly already extrapolated or interpolated functional dependency.
  • the known speed measuring devices have the corresponding sensor exclusively on a stator, such as a housing or a linkage, otherwise the speed or a variable proportional to the speed of a rotor to an evaluation, which regularly just not co-rotate, must be transmitted separately ,
  • a stator such as a housing or a linkage
  • the present invention thus far from this common practice, since the sensor on the Drehmomentmessflansch, which can just rotate accordingly, should be provided, wherein optionally a stationary, so not co-rotating, signal emits a signal to be detected at each revolution of the sensor.
  • a signal generator may be a small permanent magnet, the magnetic field of which can be detected by a rotary sensor rotating with the Hall sensor or reed switch.
  • any suitable sensor system with which a rotational speed can be determined sufficiently reliably can be used advantageously.
  • the correspondingly determined and compensated measurement result can be transmitted by the torque measuring flange.
  • the emission can take place here in any known form, which makes it possible to transmit a measured value or another variable from a first to a second assembly.
  • the emission preferably takes place without contact, so that an influence on the measuring arrangement itself can be minimized.
  • the fixed part of the torque measuring device may then correspondingly have a receiver which receives the transmitted signal.
  • a transmission by light has proven to be particularly advantageous, in particular if the quantity proportional to the rotational speed is transmitted in a frequency-modulated manner. A transmission is then extremely low energy, so that sufficient for the torque measuring a very small source of energy.
  • Object of the present invention also solved by a torque measuring device with a Drehmomentmessflansch and an evaluation in which the evaluation by a memory for storing a zero point of the torque measuring flange over time.
  • a torque measuring device with a Drehmomentmessflansch and an evaluation in which the evaluation by a memory for storing a zero point of the torque measuring flange over time.
  • this can be related to voltages that are introduced by the currently driven measurement program in the measuring body. It is also conceivable that this is related to insufficient stability of the analog signal processing modules and the analog transducers. Just the lack of knowledge of the corresponding relationships and the very long periods in which the corresponding drift is effective, have hitherto prevented a dispute hereby. Only a storage of the zero point as a function of time can allow consideration of this phenomenon.
  • a zero-point drift can be determined and a determined torque measured value can be compensated with the zero-point drift.
  • the torque measuring device has means for displaying the zero-point drift, so that a user has an overview of the corrections made, in particular in order to be able to check the quality of the measurement.
  • a user has an overview of the corrections made, in particular in order to be able to check the quality of the measurement.
  • the corrections can be made within the device without a user is charged with a corresponding display.
  • torque 0 Nm, waver.
  • Mene correction to distinguish even from already known calibrations, which just start directly on the statistical fluctuations and only briefly act accordingly calibrating.
  • the zero values are stored in the memory at a constant temperature.
  • constant temperature denotes a state in which the temperature changes less than a predetermined temperature difference within a predetermined time interval.
  • zero values are stored for zero-point drift determination if the measured torque is below a threshold value over a plurality of measurements.
  • the zero points can be recorded independently of the influence of a user, so that, depending on the specific implementation, it is possible to automatically record the zero points and - if necessary - to make a corresponding compensation automatically. This can relieve a user and minimize the risk of operating errors. It will be appreciated that other approaches to automation may be used, the approach described above being a relatively simple and reliable approach.
  • a torque measuring flange made of titanium, which are intended to be loaded with a torque, preferably with a titanium wheel between 1 and 10.
  • a torque measuring flange with a load change hysteresis below 0.03% of the rated torque can be provided, which surprisingly also has a very low zero point drift.
  • the necessary corrections can be minimized in their absolute value, although a zero-point drift can not be avoided without such corrections.
  • a correction of the zero-point drift can be dispensed with if it is structurally correct Measures the size of the drift sufficiently low and can be detected by simple calibration measures before or after each measurement.
  • a corresponding memory for storing the zero points of the Drehmomentmessflansches as a function of time can be provided on the one hand in a stationary evaluation of the torque measuring device.
  • the memory may also be arranged on or on a corresponding Drehmomentmessflansch, so that the corresponding values and corrections are made before the transmission of a measured value to the stationary system of the corresponding torque measuring device, as this has already been explained for the freewheel correction.
  • FIG. 1 shows a first torque measuring flange according to the invention with a corresponding stator in a schematic representation
  • FIG. 2 shows a second torque measuring flange according to the invention with a corresponding stator in a schematic representation
  • Figure 3 shows a basic structure of a test stand with a
  • FIG. 4 shows the method sequence for a determination and correction of the zero-point drift
  • FIG. 5 shows the detail of the standstill detection in the method sequence according to FIG. 4;
  • FIG. 6 shows the detail of checking the temperature retention in the method sequence according to FIG. 4;
  • FIG. 7 shows the detail of the statistical evaluation in the method sequence according to FIG. 4.
  • FIG. 8 shows exemplary measurement results without correction of the zero-point drift (FIG. 8a) and with correction of the zero-point drift (FIG. 8b).
  • the torque measuring flanges 100 and 200 shown in FIGS. 1 and 2 can be used as torque measuring flange 1 in the drive train of a test stand 2, as shown by way of example in FIG Figure 3 is shown, be provided.
  • the drive train has a drive machine 3, such as an electric motor, by means of which a test object 4 can be driven.
  • the concrete structure of the test bed 2 can be adapted to the requirements relatively individually.
  • the specimen 4 is on the one hand via an intermediate shaft 5 with the Drehmomentmessflansch 1, which on its side facing away from the test piece 4 rotatably connected to the drive machine 3 and on the other hand connected via an intermediate shaft 6 with a loading device 7, which in particular as a brake but for example as a generator, so as an electric brake can be formed.
  • a loading device 7 which in particular as a brake but for example as a generator, so as an electric brake can be formed. It is understood that it may be possible to dispense with the intermediate shafts 5, 6 and also the loading device 7. It is also possible to provide further modules.
  • the evaluation comprises corresponding transducers or sensors and on the other hand corresponding storage or arithmetic units, which can be provided in particular by a data processing system.
  • individual measured values can also be subjected to specific calculations, adjustments or compensations directly in situ even in small evaluation units.
  • the prime mover 3, the torque measuring flange 1, the test specimen 4 and the loading device 7 and the intermediate shafts 5 and 6, the sensor system described above and the evaluation in the test stand 2 form a torque measuring device, with which the behavior of the specimen 4 below different, acting on him loads in particular with regard to a changing torque and also in dependence on a variable speed can be determined.
  • the torque measuring flanges 100 and 200 shown in FIGS. 1 and 2 each have a co-rotating evaluation unit 110 or 210, which is essentially controlled by a microcontroller 111 or 211 which is controlled by a D-AWand 112 or 212 each directly a measurement signal, which is measured by arranged in a bridge circuit strain gauges 120 and 220 and amplified by amplifiers 121 and 221, can modify.
  • the correspondingly modified signal is frequency modulated in a modulator 113 or 213 and emitted via light emitting diodes 114 and 214, respectively.
  • a plurality of light-emitting diodes 114, 214 are respectively provided over the circumference of the torque measuring flange 100, 200, so that a correspondingly frequency-modulated signal 115 or 215 is radiated sufficiently uniformly in all directions radially.
  • the torque measuring flanges 100, 200 shown in FIGS. 1 and 2 have coils which respectively rotate as rotor coils 130 and 230 with the respective torque measuring flange 100, 200 and in which via coils which act as stator coils 131 and 231, respectively are arranged in respective stators 132 and 232, a
  • the stators 132, 232 each carry a photocell 116 and 216, respectively, which receive the frequency-modulated signal 115, 215 and can supply it to the evaluation device 9 (see FIG. 3).
  • the photocells 116, 216 may receive the frequency modulated signal 115, 215 at each rotational angle of the torque sensing flange 100, 200.
  • a corresponding measurement result can also be transmitted in any other way from the torque measuring flange 100, 200 as long as a corresponding receiver is provided on the stator side.
  • a temperature sensor 140 or 240 is respectively provided on the torque measuring flanges 100, 200.
  • the data of the temperature sensor 140, 240 are each provided to the microcontroller 111, 211, so that the latter, based on data stored in an EEPROM 117 or 217, from the temperature measurement of the respective temperature sensor 140, 240, a heat-dependent correction of the amplifier 121, 221 output signal via the DAW andler 112, 212 can make. Due to the strain gauges 120, 220 can thus determine a torque, indicated by the opposing direction of rotation arrows 102, 103 and 202, 203 and passed on compensated in terms of temperature. This is especially true when the entire Drehmomentmessflansch or the arrangement shown in Figure 3 rotates.
  • the torque measuring flange shown in FIG. 1 has a Hall sensor 150, which is connected to the microcontroller 111. Moreover, in the arrangement of Figure 1, a permanent magnet 151 is provided on the stator 132, so that the Hall sensor 150 with each revolution corresponding signal outputs, from which the speed can be determined easily. It is understood that to increase the accuracy of measurement, a plurality of permanent magnets 151 provided circumferentially distributed on the stator 132 and / or that instead of the Hall sensor, for example, a reed switch can be provided accordingly.
  • the torque measuring flange 200 shown in FIG. 2 has a voltmeter 250 for determining a variable proportional to the rotational speed, which determines the induced voltage in the rotor coil 230, which depends inter alia on the rotational speed, and provides the microcontroller 211 with a corresponding measured value provides,
  • the respective microcontroller 111, 211 On the basis of appropriate data, which are stored in the respective EEPROM 117, 217, and which represent a proportional to a freewheeling torque size, the respective microcontroller 111, 211 output a proportional to a speed-dependent freewheeling torque and thus the measured value, which over the respective modulator 113, 213 is output, compensate accordingly.
  • Torque measuring flange 1, 100, 200 for example, in a separate laboratory, readily possible.
  • the respective calibration data can readily be stored in the storage means at the respective torque measuring flange 1, 100, 200. It is understood that such calibration operations can be made readily in other embodiments, as long as a corresponding assignment of the respective data or sizes is ensured.
  • zero-point drift For determining and correcting the zero-point drift, which can be carried out without difficulty in the evaluation units 110 and 210, possibly by using existing there memories, or in the evaluation device 9 using existing there memories, is after the in FIG 4 procedures described proceeded.
  • zero points that is to say torque measured values with no torque present, are measured and stored as a function of time in a memory (not numbered), which can ultimately be provided at any point. Adjusted for statistical fluctuations results in a zero point drift 10, which should be corrected.
  • a standstill detection 20 (see FIG. 5) is carried out, in which it is checked in a loop 21 whether a torque M1 (see reference numeral 22) is below a torque threshold value x (torque threshold value inquiry 25) over y measured values (y is the number the knife values) is present by incrementing (reference numeral 24) a counter i that was zeroed at the beginning of the measurement (reference numeral 23) and comparing it with the desired number of readings y (reference numeral 26). If this is the case, it is assumed that the test stand 2 is at a standstill.
  • the loop 21 is restarted at the torque threshold request 25 and the counter is reset to zero (reference numeral 23). Likewise, the loop 21 is restarted when a temperature check 27 shows that the temperature is not sufficiently stable.
  • the temperature test 27 is performed by retrieving a temperature bit T4 set to 1 (reference numeral 30) when, after a first temperature measurement 32 (T2) and a second temperature measurement 33 (T1) following some time later, one during a Temperature difference determination 34 detected temperature difference T3 is below a temperature threshold t (reference numeral 35). Otherwise, the temperature bit 30 is given the value 0 (reference numeral 31).
  • the first temperature T2 is measured at the beginning of the standstill detection loop 21, while the second temperature T1 is measured each time the loop 21 passes, that is, with each increment 24 of the counter. It is understood that depending on the specific embodiment, the temperatures can be measured at other times to ensure a temperature test 27.
  • the corresponding correction value is then applied to the respective measured values (measured value correction 60), whereby a long-term zero-point drift 70 can be prevented and only statistical fluctuations of the zero points resulting from the respective, preceding measurement situations or other currently occurring conditions remain.
  • FIGS. 8a and 8b illustrate actual measurements in FIGS. 8a and 8b, wherein FIG. 8a illustrates a zero-point drift of a test bench that was not yet controllable at the time, while FIG. 8b illustrates how, by correcting the zero drift, the mean of the zero points remains constant over the same measurement period.

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Abstract

Um bei einer Drehmomentmesseinrichtung, einem Drehmomentmessflansch sowie einem Drehmomentmessverfahren die Gefahr von Artefakten zu minimieren, wird vorgeschlagen, dass die Auswertung mit Mittel zur Speicherung einer zu einem Freilaufmoment proportionalen Größe und Mittel zur Kompensation eines Messwertes mit der gespeicherten Größe aufweist.

Description

Drehmomentmesseinrichtung, Drehmomentmessflansch und Drehmomentmessverfahren
[01] Die Erfindung betrifft eine Drehmomentmesseinrichtung, einen Drehmomentmessflansch und ein Drehmomentmessverfahren.
[02] Derartige Drehmomentmesseinrichtungen kommen beispielsweise in Prüfständen, wie sie unter anderem in der DE 10 2006 044 829 Al offenbart sind, zur Anwendung. Hierbei werden Drehmomentmessflansche bzw. -messwellen, wie sie beispielsweise in der DE 42 03 551 Al oder der DE 10 2007 005 894 Al aber auch in der DE 20 2006 007 689 Ul, in der DE 199 17 626 Al, der DE 197 19 921 Al und der DE 103 06 306 Al sowie in den Internetartikeln „Bedienungsanleitung Drehmomentmesswelle Fli/F2i" der GIF Gesellschaft für Industrieforschung mbH aus Aisdorf in Deutschland (2007/Rev.1.25) und „User's Manual TF Series Torque Flange Sensors" der Magtrol Inc. aus New York on den Vereinigten Staaten von Amerika (03. Juni 2008) offenbart sind, genutzt, wobei in vorliegendem Zusammenhang die Begriffe Drehmomentmessflansch und -messwelle synonym verwendet werden. Mit derartigen Prüfständen bzw. Anordnungen oder Einrichtungen wird ein Drehmoment gemessen, wobei in vorliegendem Zusammenhang vornehmlich Drehmomente von rotierenden Baugruppen gemessen werden. Insbesondere können derartige Baugruppen während einer Rotation gezielt einer Belastung unterworfen werden, um das Verhalten der entsprechenden Baugruppe unter Belastung insbesondere hinsichtlich deren Reaktion durch ein verändertes Drehmoment zu untersuchen. Auf diese Weise können insbesondere Verschleiß, Lebensdauer, Extrembelastungsverhalten, Eigenschwingungen, Rasselgeräusche u. ä. untersucht werden.
[03] Hierbei offenbart die DE 20 2006 eine Drehmomentmesswelle, die unter anderem eine digitale Schnittstelle und einen Temperatursensor zur temperaturabhängigen Nullpunktkompensation, also der Kompensation einer Temperaturabhängigkeit des von der Drehmomentmesswelle ausgegebenen Messwertes, wenn kein Drehmoment anliegt, aufweist. [04] Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Drehmomentmesseinrichtung, einen Drehmomentmessflansch sowie ein Drehmomentmessverfahren bereitzustellen, bei welchen die Messung von Artefakten minimiert ist.
[05] Als Lösung schlägt vorliegende Erfindung erstens eine Drehmomentmesseinrichtung mit einem Drehmomentmessflansch und einer Auswertung vor, welche sich dadurch auszeichnet, dass die Auswertung Mittel zur Speicherung einer zu einem Freilaufmoment proportionalen Größe und Mittel zur Kompensation eines Messwertes mit der gespeicherten Größe aufweist.
[06] Hierbei geht die Erfindung von der Grunderkenntnis aus, dass ein Drehmomentmessflansch in freilaufendem Zustand, also in einem völlig unabhängig von jeglicher Belastung durch einen etwaigen Prüfling oder gar einer von außen aufgebrachten
Belastung aber rotierendem Zustand, ein angebliches gemessenes Moment ausgibt. Die
Erfindung gemäß vorgeschlagener Drehmomentmesseinrichtung ermöglicht es mithin, ein derartiges Freilaufmoment zu ermitteln, in dem beispielsweise in gänzlich unbelastetem Zustand eine Messung durchgeführt wird, und den jeweils ermittelten bzw. gemessenen
Drehmomentmesswert mit dem ermittelten Freilaufmoment zu kompensieren.
[07] Dementsprechend schlägt vorliegende Erfindung zweitens ein Verfahren zur Drehmomentmessung vor, welches sich dadurch auszeichnet, dass zunächst ein Freilaufmoment ermittelt und der ermittelte Drehmomentmesswert anschließend mit dem Freilaufmoment kompensiert wird.
[08] Es hat sich in diesem Zusammenhang herausgestellt, dass ein wesentlicher Anteil des Freilaufmoments durch den Drehmomentmessflansch selbst bedingt ist. Hierbei zeichnet sich ein Drehmomentmessflansch in der Regel durch eine Messeinrichtung zur Messung einer zu einem auf den Drehmomentmessflansch wirkenden Drehmoment proportionalen Größe aus, wobei die Messeinrichtung beispielsweise Dehnmessstreifen oder sonstige Spannungsmesser aufweisen kann, mit welchen eine Verwindung des Drehmomentmessflansches, die regelmäßig zu einem Drehmoment proportional ist, erfasst werden kann. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass als Messeinrichtung zur Messung einer zu einem auf den Drehmomentmessflansch wirkenden Drehmoment proportionalen Größe sämtliche Einrichtungen, beispielsweise auch Wegmessungen oder ähnliches, zur Anwendung kommen können, mit welchen eine derartige Größe entsprechend ausreichend betriebssicher gemessen werden kann.
[09] Im Übrigen versteht es sich in vorliegendem Zusammenhang, dass der Begriff „proportional" vorliegend im weitesten Sinne zu verstehen ist. Insbesondere kann hier auch eine umgekehrte Proportionalität vorliegen. Ebenso kann gegebenenfalls eine verhältnismäßig komplexe funktionale Abhängigkeit zwischen dem Drehmoment und der entsprechenden, messbaren Größe vorliegen. In bekannter Weise kann dann aus den jeweiligen Messwerten durchaus entsprechende Berechnungen unter Einsatz der funktionalen Abhängigkeit ein entsprechendes Drehmoment ermittelt werden. Darüber hinaus versteht es sich hierbei, dass die Ausgabe eines Drehmoments, zumindest beispielsweise in SI-Einheiten, nicht zwingend für ein gewünschtes Messergebnis ist. Vielmehr kann auch bereits die Ausgabe der entsprechenden, zum Drehmoment proportionalen Größe ausreichen, um die gewünschten Messergebnisse in ausreichender Form bereitzustellen.
[10] Um mithin besonders betriebssicher einem durch einen Drehmomentmessflansch selbstbedingten Freilaufmoment begegnen bzw. um ein derartiges Freilaufmoment besonders betriebssicher kompensieren zu können, schlägt vorliegende Erfindung drittens einen
Drehmomentmessflansch mit einer Messeinrichtung zur Messung einer zu einem auf den
Drehmomentmessflansch wirkenden Drehmoment proportionalen Größe vor, welcher sich durch eine an dem Drehmomentmessflansch vorgesehene Auswerteeinheit, die Mittel zur Speicherung einer zu einem Freilaufmoment proportionalen Größe aufweist, auszeichnet.
[11] Auf diese Weise kann verhältnismäßig einfach sichergestellt werden, dass ein für einen bestimmten Drehmomentmessflansch ermitteltes Freilaufmoment lediglich dann berücksichtigt wird, wenn auch der entsprechende Drehmomentmessflansch zur Anwendung kommt. Insoweit kann auf eine spezielle Zuordnung der jeweiligen Freilaufmomente zu den entsprechenden Drehmomentmessflanschen, die gegebenenfalls in einer komplexen und mithin fehleranfälligen Datenbank vorgenommen werden müsste, verzichtet werden. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es somit, schnell und betriebssicher einen Drehmomentmessflansch gegebenenfalls zu wechseln. [12] Während aus dem Stand der Technik, insbesondere auch aus den eingangs zitierten Internetveröffentlichungen aber auch aus der DE 20 2006 007 689 Ul, der DE 199 17 626 Al, der DE 197 19 921 Al und der DE 103 06 306 Al, die Möglichkeit und Notwendigkeit einer Kalibrierung der Drehmomentmesseinrichtung bzw. des entsprechenden Drehmomentmess- flansches bekannt ist, liefert keine dieser Druckschriften einen Hinweis darauf, dass eine Drehzahlabhängigkeit zu kompensieren ist und dass dieses vorteilhafter Weise durch eine Berücksichtigung des Freilaufes bzw. der durch Drehzahl hervorgerufenen Nullpunktsverschiebung zu realisieren ist.
[13] Vorzugsweise sind auch die entsprechenden Kompensationsmittel zur Kompensation eines Mess wertes mit der gespeicherten, zu dem Freilaufmoment proportionalen Größe an dem Drehmomentmessflansch vorgesehen. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es, eine entsprechende Kompensation bereits unmittelbar auf dem Drehmomentmessflansch, insbesondere auch wenn dieser rotiert, vorzunehmen. Auf diese Weise braucht lediglich das nach der Kompensation vorliegende Messsignal übertragen werden. Ansonsten kann es gegebenenfalls erforderlich sein, die in den Speichermitteln auf dem Drehmomentmessflansch gespeicherte, zu dem Freilaufmoment proportionale Größe bzw. die in den Speichermitteln auf dem Drehmomentmessflansch gespeicherten, zu dem Freilaufmoment proportionalen Größen in einem separaten Schritt zu einer Auswerteeinrichtung zu übertragen.
[14] Es hat sich des Weiteren herausgestellt, dass das Freilaufmoment gegebenenfalls von der Drehzahl abhängig ist. Hierbei wird vermutet, dass dieses möglicherweise durch Luftwiderstände oder aber durch Fliegkräfte bzw. möglicherweise durch nahezu unmessbare Montageungenauigkeiten oder Unwuchten bedingt ist. Insoweit hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn die Speichermittel Mittel zur Speicherung einer zu einem drehzahlabhängigen Freilaufmoment proportionale Größe unter Zuordnung zu einer Drehzahl umfassen. Auf diese Weise können entsprechend mehrere Freilaufmomente drehzahlabhängig gespeichert werden, die es dann ermöglichen, durch geeignete Extra- oder Interpolationen oder sonstige, an sich aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahmen, eine entsprechende Kompensation vorzunehmen. Hierbei ist es auch möglich, statt verschiedener Messwerte, eine entsprechend bereits extra- bzw. interpolierte funktionale Abhängigkeit abzuspeichern. [15] Darüber hinaus ist es dementsprechend vorteilhaft, wenn an dem Drehmomentmessflansch ein Sensor zur Ermittlung einer zur Drehzahl abhängigen Größe vorgesehen ist. Zunächst einmal erscheint es beliebig, an welcher Stelle ein entsprechender Sensor vorgesehen ist, zumal bekannte Drehmomentmesseinrichtungen in der Regel ohnehin Einrichtungen zur Drehzahlmessung vorsehen. Andererseits weisen die bekannten Drehzahlmesseinrichtungen den entsprechenden Sensor ausschließlich an einem Stator, wie beispielsweise einem Gehäuse oder einem Gestänge auf, da ansonsten die Drehzahl bzw. eine zur Drehzahl proportionale Größe von einem Rotor zu einer Auswertung, die regelmäßig gerade nicht mitrotiert, separat übermittelt werden muss. Vorliegende Erfindung weist insoweit von dieser gängigen Praxis fort, da der Sensor an dem Drehmomentmessflansch, der eben entsprechend rotieren kann, vorgesehen sein soll, wobei gegebenenfalls ein ortsfester, also nicht mitrotierender, Signalgeber ein bei jeder Umdrehung von dem Sensor zu erfassendes Signal ausgibt. Beispielsweise kann ein derartiger Signalgeber ein kleiner Permanentmagnet sein, dessen Magnetfeld von einem mit dem Drehflansch rotierenden Hall-Sensor oder Reed- Schalter erfasst werden kann. In diesem Zusammenhang versteht es sich unmittelbar, dass diesbezüglich jede geeignete Sensorik, mit welcher eine Drehzahl ausreichend betriebssicher ermittelt werden kann, vorteilhaft zu nutzen ist.
[16] Das entsprechend ermittelte und kompensierte Messergebnis kann von dem Drehmomentmessflansch ausgesendet werden. Das Aussenden kann hierbei in jeder bekannten Form erfolgen, die es ermöglicht, einen Messwert oder eine sonstige Größe von einer ersten zu einer zweiten Baugruppe zu übermitteln. Vorzugsweise erfolgt das Aussenden berührungslos, so dass ein Einfluss auf die Messanordnung selbst minimiert werden kann. Der feststehende Teil der Drehmomentmesseinrichtung kann dann entsprechend einen Empfänger aufweisen, der das ausgesendete Signal empfängt. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Übermittlung durch Licht erwiesen, insbesondere wenn die zur Drehzahl proportionale Größe frequenzmoduliert übertragen wird. Eine Übertragung ist dann äußerst energiearm, so dass für den Drehmomentmessflansch eine sehr kleine Energiequelle ausreicht.
[17] Kumulativ bzw. alternativ zu der vorstehend beschriebenen Freilaufkorrektur wird die
Aufgabe vorliegender Erfindung auch von einer Drehmomentmesseinrichtung mit einem Drehmomentmessflansch und einer Auswertung gelöst, bei welcher sich die Auswertung durch einen Speicher zur Speicherung eines Nullpunkts des Drehmomentmessflansches über die Zeit auszeichnet. Während nach dem Stand der Technik durch regelmäßig vorgenommene Kalibriervorgänge ohne Weiteres statistische Verlagerungen des Nullpunktes, die zum Beispiel durch Richtungswechsel einer Last oder sonstige Lastwechsel, durch Temperaturschwankungen oder Erschütterungen und ähnlichem bedingt sein können, ohne Weiteres erfasst werden können, können über lange Zeiträume bedingte Driftvorgänge hierdurch nicht erfasst werden, da sich diese einer Erfassung durch singuläre Kalibriervorgänge systembedingt entziehen. Derartige Driftvorgänge können beispielsweise mit im Drehmomentflansch vorhandenen Restspannungen zusammenhängen, die sich nach der mechanischen Herstellung des jeweiligen Drehmoment- messflansches erst über sehr lange Zeiträume abbauen. Ebenso kann dieses mit Spannungen zusammenhängen, die durch das aktuell gefahrene Messprogramm in den Messkörper eingebracht werden. Auch ist es denkbar, dass dieses mit einer unzureichenden Stabilität der analogen Signalverarbeitungsbausteine und der analogen Messwertaufnehmer zusammenhängt. Gerade die fehlende Kenntnis der entsprechenden Zusammenhänge und die sehr langen Zeiträume, in denen die entsprechende Drift wirksam wird, haben bis dato eine Auseinandersetzung hiermit verhindert. Erst eine Speicherung des Nullpunkts in Abhängigkeit von der Zeit kann eine Berücksichtung dieses Phänomens ermöglichen.
[18] Insbesondere kann dementsprechend, insbesondere anhand der in dem Speicher abgelegten Daten, eine Nullpunktsdrift bestimmt und ein ermittelter Drehmomentmesswert mit der Nullpunktsdrift ausgeglichen werden.
[19] Vorzugsweise weist die Drehmomentmesseinrichtung Mittel zur Anzeige der Nullpunktsdrift auf, so dass einem Nutzer ein Überblick über die vorgenommenen Korrekturen verbleibt, insbesondere um die Güte der Messung überprüfen zu können. Andererseits versteht es sich, dass auf eine derartige Anzeige auch verzichtet und die Korrekturen einrichtungsintern vorgenommen werden können, ohne dass ein Nutzer mit einer entsprechenden Anzeige belastet wird. Da sich jedoch herausgestellt hat, dass jede Drehmomentmesseinrichtung einer entsprechenden Nullpunktsdrift unterliegt, last sich ausschließlich durch die vorstehend erläuterte Korrektur sicherstellen, dass eine entsprechende Nullpunktsdrift scheinbar nicht vorhanden ist und die Nullpunke der Drehmomentsmessung statistisch um den Punkt Null eines nicht vorhandenen Drehmoments, Drehmoment = 0 Nm, schwanken. Insofern ist die vorgenom- mene Korrektur auch von an sich bereits bekannten Kalibrierungen zu unterscheiden, welche gerade an den statistischen Schwankungen direkt ansetzen und lediglich kurzzeitig entsprechend kalibrierend wirken.
[20] Vorzugsweise erfolgt die Speicherung der Nullwerte in dem Speicher bei konstanter Temperatur. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass durch die Temperatur bedingte Einflüsse auf die Nullpunktsdrift minimiert werden. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Begriff der „konstanten Temperatur" einen Zustand, bei welchem sich die Temperatur innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls weniger als eine vorgegebene Temperaturdifferenz ändert.
[21] In einer bevorzugten Ausgestaltung werden zur Nullpunktsdriftermittlung Null werte gespeichert, wenn das gemessene Drehmoment über mehrere Messungen unter einen Schwellwert liegt. Auf diese Weise können die Nullpunkte unabhängig vom Einfluss eines Nutzers aufgenommen werden, so dass es, je nach konkreter Umsetzung, möglich ist, die Nullpunkte automatisch aufzunehmen und - ggf. - einen entsprechenden Ausgleich auch automatisch vorzunehmen. Hierdurch kann ein Nutzer entlastet und Gefahr von Bedienfehlern minimiert werden. Es versteht sich, dass auch andere Vorgehensweisen zur Automatisierung eingesetzt werden können, wobei die vorstehend beschriebene Vorgehensweise einen verhältnismäßig einfach umzusetzenden und betriebssicheren Ansatz darstellt.
[22] Obgleich es, wie bereits vorstehend erläutert, ausgeschlossen ist, ein Driften bzw. Kriechen des Nullpunktes gänzlich zu vermeiden, lassen sich durch bauliche Maßnahmen ein Driften bzw. ein Kriechen des Nullpunktes minimieren. Hierzu wird beispielsweise vorgeschlagen, zumindest die bestimmungsgemäß mit einem Drehmoment belasteten Bereiche eines Drehmomentmessflansches aus Titan, vorzugsweise mit einem Titangrad zwischen 1 und 10, zu bilden. Alternativ bzw. kumulativ hierzu kann ein Drehmomentmessflansch mit einer Lastwechselhysterese unter 0,03 % des Nenndrehmoments vorgesehen sein, der überraschender Weise ebenfalls eine sehr geringe Nullpunktsdrift aufweist. Auf diese Weise lasen sich die notwendigen Korrekturen in ihrem Absolutwert minimieren, obgleich eine Nullpunktsdrift ohne derartige Korrekturen nicht vermieden werden kann. Andererseits versteht es sich, dass ggf. auf eine Korrektur der Nullpunktsdrift verzichtet werden kann, wenn durch diese baulich Maßnahmen die Größe der Drift ausreichend niedrig und durch einfache Kalibrierungsmaßnahmen vor bzw. nach jeder Messung erfasst werden können.
[23] Es versteht sich, dass ein entsprechender Speicher zur Speicherung der Nullpunkte des Drehmomentmessflansches in Abhängigkeit von der Zeit einerseits in einer stationären Auswerteeinheit der Drehmomentmesseinrichtung vorgesehen sein kann. Ebenso kann der Speicher auch an oder auf einem entsprechenden Drehmomentmessflansch angeordnet sein, so dass die entsprechenden Werte und Korrekturen bereits vor der Übertragung eines Messwertes an das stationäre System der entsprechenden Drehmomentmesseinrichtung vorgenommen werden, wie dieses bereits für die Freilaufkorrektur erläutert wurde.
[24] Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft erfindungsgemäße Drehmomentmesseinrichtungen bzw. -messflansche dargestellt sind.
[25] In der Zeichnung zeigen:
Figur 1 einen ersten erfindungsgemäßen Drehmomentmessflansch mit korrespondierendem Stator in schematischer Darstellung;
Figur 2 einen zweiten erfindungsgemäßen Drehmomentmessflansch mit korrespondierendem Stator in schematischer Darstellung; Figur 3 einen prinzipiellen Aufbau eines Prüfstandes mit einer
Drehmomentmesseinrichtung; Figur 4 den Verfahrensablauf für eine Bestimmung und Korrektur der Nullpunktsdrift;
Figur 5 das Detail der Stillstandserkennung in dem Verfahrensablauf nach Figur 4;
Figur 6 das Detail Überprüfung der Temperaturbeharrung in dem Verfahrensablauf nach Figur 4;
Figur 7 das Detail der statistischen Auswertung in dem Verfahrensablauf nach Figur 4; und
Figuren 8 beispielhafte Messergebnisse ohne Korrektur der Nullpunktsdrift (Figur 8a) und mit Korrektur der Nullpunktsdrift (Figur 8b).
[26] Die in Figuren 1 und 2 dargestellten Drehmomentmessflansche 100 und 200 können als Drehmomentmessflansch 1 in dem Antriebsstrang eines Prüfstandes 2, wie er exemplarisch in Figur 3 dargestellt ist, vorgesehen sein. Hierbei weist der Antriebsstrang eine Antriebsmaschine 3, wie beispielsweise einen Elektromotor, auf, mittels welcher ein Prüfling 4 angetrieben werden kann. Hierbei kann der konkrete Aufbau des Prüfstandes 2 den Erfordernissen verhältnismäßig individuell angepasst sein. Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Prüfling 4 einerseits über eine Zwischenwelle 5 mit dem Drehmomentmessflansch 1, welcher auf seiner dem Prüfling 4 abgewandten Seite drehfest mit der Antriebsmaschine 3 verbunden ist und andererseits über eine Zwischenwelle 6 mit einer Belastungseinrichtung 7 verbunden, welche insbesondere als Bremse aber beispielsweise auch als Generator, also als elektrische Bremse, ausgebildet sein kann. Es versteht sich, dass auf die Zwischenwellen 5, 6 und auch die Belastungseinrichtung 7 gegebenenfalls verzichtet werden kann. Auch ist es möglich, weitere Baugruppen vorzusehen.
[27] Während bei vorliegendem Ausführungsbeispiel sämtliche rotierende Baugruppen des Prüfstandes 2 um eine gemeinsame Achse 8 rotieren, ist dieses nicht zwingend notwendig. Vielmehr ist es auch denkbar, dass die entsprechenden Rotationsachsen der einzelnen Baugruppen gegeneinander versetzt, in einem Winkel zueinander bzw. windschief zueinander ausgerichtet sind.
[28] Durch eine in Figur 3 im einzelnen nicht dargestellte Sensorik können unterschiedliche Betriebsparameter der vorstehend beschriebenen Baugruppen erfasst und in einer Auswertung, die insbesondere eine Auswerteeinrichtung 9 umfasst, gespeichert und in geeigneter Weise bearbeitet werden. Hierbei umfasst die Auswertung einerseits entsprechende Messwertaufnehmer bzw. Sensoren und andererseits entsprechende Speicher- oder Recheneinheiten, die insbesondere durch eine Datenverarbeitungsanlage bereitgestellt werden können. Andererseits können einzelne Messwerte auch unmittelbar vor Ort bereits in kleinen Auswerteeinheiten bestimmten Berechnungen, Anpassungen oder Kompensationen unterworfen werden.
[29] Insofern bilden die Antriebsmaschine 3, der Drehmomentmessflansch 1, der Prüfling 4 und die Belastungseinrichtung 7 sowie die Zwischenwellen 5 und 6, die vorstehend beschriebene Sensorik und die Auswertung bei dem Prüfstand 2 eine Drehmomentmesseinrichtung, mit welcher das Verhalten des Prüflings 4 unter unterschiedlichen, auf ihn wirkenden Belastungen insbesondere hinsichtlich eines sich verändernden Drehmoments und auch in Abhängigkeit von einer variablen Drehzahl bestimmt werden kann.
[30] Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Drehmomentmessflansche 100 bzw, 200 weisen jeweils eine mitrotierende Auswerteeinheit 110 bzw. 210 auf, die im Wesentlichen jeweils von einem Mikrokontroller 111 bzw. 211 beherrscht wird, welcher mittels eines D-AWandlers 112 bzw. 212 jeweils unmittelbar ein Messsignal, das von in einer Brückenschaltung angeordneten Dehnmessstreifen 120 bzw. 220 gemessen und über Verstärker 121 bzw. 221 verstärkt wird, modifizieren kann. Das entsprechend modifizierte Signal wird in einem Modulator 113 bzw. 213 frequenzmoduliert und über Leuchtdioden 114 bzw. 214 ausgesendet. Hierbei sind über den Urnfang des Drehmomentmessflansches 100, 200 jeweils mehrere Leuchtdioden 114, 214 vorgesehen, so dass ein entsprechend frequenzmoduliertes Signal 115 bzw. 215 ausreichend gleichförmig in sämtliche Richtungen radial ausgesendet wird.
[31] Als Energiequelle weisen die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Drehmomentmessflansche 100, 200 Spulen auf, die jeweils als Rotorspulen 130 bzw. 230 mit dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 100, 200 mitrotieren und in welchen über Spulen, die als Statorspulen 131 bzw. 231 in entsprechenden Statoren 132 bzw. 232 angeordnet sind, eine
Spannung induziert wird. Die entsprechende Energie wird dann den Verstärkern 121, 221, den
Dehnmessstreifen 120, 220, den Mikrokontrollern 111, 211 sowie den übrigen elektrischen bzw. elektronischen Baugruppen auf dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 100, 200 zur
Verfügung gestellt.
[32] Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die Rotorspulen 130, 230 auf der Antriebsseite 104 bzw. 204, also auf der der Antriebsmaschine 3 zugewandten Seite (siehe Figur 3) des jeweiligen Drehmomentmessflanschs 100, 200, angeordnet. Auf diese Weise können etwaige Rückkopplungseffekte, die durch die Induktion bedingt sein können, das Messergebnis nicht bzw. nur unwesentlich beeinflussen, da bei der vorliegenden Messung letztlich das von der Prüflingseite 105 bzw. 205, also von der Seite des Prüflings 4 bzw. von der Antriebsmaschine 3 abgewandten Seite (siehe Figur 3), aus wirkende Drehmoment von Interesse ist. [33] Die Statoren 132, 232 tragen jeweils eine Fotozelle 116 bzw. 216, welche das frequenzmodulierte Signal 115, 215 empfangen und der Auswerteeinrichtung 9 (siehe Figur 3) zuführen kann. Augrund der umfänglichen Verteilung der LEDs 114, 214 können die Fotozellen 116, 216 das frequenzmodulierte Signal 115, 215 in jedem Drehwinkel des Drehmomentmessflansches 100, 200 empfangen. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass an Stelle eines Aussenden bzw. an Stelle einer Übertragung eines frequenzmodulierten Lichtsignals ein entsprechendes Messergebnis auch auf beliebig andere Weise von dem Drehmomentmessflansch 100, 200 ausgesendet werden kann, solange ein entsprechender Empfänger statorseitig vorgesehen ist.
[34] Durch den diagonal von radial innen nach radial außen in einem Winkel kleiner 90 ° zu einer Rotationsachse 101 bzw. 102 weisenden Signalweg zwischen den LEDs 114, 214 zu den Fotozellen 116, 216 kann der Leuchtkegel der LEDs 114, 214 optimal genutzt und somit bei einer möglichst geringen Anzahl an LEDs 114, 214 eine maximale Signalausbeute gewährleistet werden. Hierdurch lässt sich die Zahl der LEDs 114, 214 und somit ein entsprechender Leistungsbedarf minimieren.
[35] Darüber hinaus ist an den Drehmomentmessflanschen 100, 200 jeweils ein Temperatursensor 140 bzw. 240 vorgesehen. Die Daten des Temperatursensors 140, 240 werden jeweils dem Mikrokontroller 111, 211 zur Verfügung gestellt, so dass dieser anhand von Daten, welche in einem EEPROM 117 bzw. 217 abgelegt sind, aus der Temperaturmessung des jeweiligen Temperatursensors 140, 240 eine wärmeabhängige Korrektur des von dem Verstärker 121, 221 ausgegebenen Signals über den D-A-W andler 112, 212 vornehmen kann. Aufgrund der Dehnmessstreifen 120, 220 lässt sich somit ein Drehmoment, angedeutet durch die gegensinnigen Drehrichtungspfeile 102, 103 bzw. 202, 203 ermitteln und hinsichtlich der Temperatur kompensiert weiterleiten. Dieses gilt insbesondere auch, wenn der gesamte Drehmomentmessflansch bzw. die in Figur 3 dargestellte Anordnung rotiert.
[36] Zur Ermittlung einer zur Drehzahl abhängigen Größe weist der in Figur 1 dargestellte Drehmomentmessflansch einen Hall-Sensor 150 auf, der mit dem Mikrokontroller 111 verbunden ist. Darüber hinaus ist bei der Anordnung nach Figur 1 ein Permanentmagnet 151 an dem Stator 132 vorgesehen, so dass der Hall-Sensor 150 mit jeder Umdrehung ein entsprechendes Signal ausgibt, woraus sich ohne weiteres die Drehzahl bestimmen lässt. Es versteht sich, dass zur Erhöhung der Messgenauigkeit auch mehrere Permanentmagneten 151 umfangsverteilt an dem Stator 132 vorgesehen und/oder dass statt des Hall-Sensors beispielsweise auch ein Reed-Schalter entsprechend vorgesehen sein können.
[37] Der in Figur 2 dargestellte Drehmomentmessflansch 200 weist zur Bestimmung einer zur Drehzahl proportionalen Größe einen Spannungsmesser 250 auf, welcher die induzierte Spannung in der Rotorspule 230 bestimmt, welche unter anderem von der Drehzahl abhängt, und dem Mikrokontroller 211 einen entsprechenden Messwert zur Verfügung stellt,
[38] Anhand entsprechender Daten, die in dem jeweiligen EEPROM 117, 217 hinterlegt sind, und welche eine zu einem Freilaufmoment proportionale Größe darstellen, kann der jeweilige Mikrokontroller 111, 211 eine zu einem drehzahlabhängigen Freilaufmoment proportionale Größe ausgeben und somit den Messwert, welcher über dem jeweiligen Modulator 113, 213 ausgegeben wird, entsprechend kompensieren.
[39] Es versteht sich, dass für die Kompensation einerseits beispielsweise die Parameter einer entsprechenden Kompensationsfunktion oder andererseits einzelne Freilaufmomente in Abhängigkeit von der Drehzahl, aus denen dann drehzahlabhängig im Einzelfall eine Kompensation berechnet wird, in den EEPROMs 117, 217 abgelegt sein können. Auch ist es ohne Weiteres denkbar, andere Kompensationsmethoden entsprechend in den Auswerteeinheiten 110 und 210 vorzusehen.
[40] Es versteht sich, dass zur Drehzahlmessung auch andere Methoden zur Anwendung kommen können. Insbesondere können beispielsweise Kraftmessungen vorgenommen werden, welche fliehkraftabhängig auf eine Drehzahl schließen lassen. Auch können beispielsweise handelsübliche Beschleunigungssensoren dementsprechend eingesetzt werden.
[41] Es ist unmittelbar ersichtlich, dass die Kompensation nicht zwingend auf dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 100, 200 vorgenommen werden muss. Sie kann beispielsweise auch in der nicht rotierenden Auswerteeinrichtung 9 vorgenommen werden. Da jedoch in der Praxis an einem Prüfstand 2 der jeweilige Drehmomentmessflansch 1, 100, 200, je nach Erfordernissen ausgetauscht werden muss und da das Freilaufmoment für jeden Drehmomentmessflansch 1, 100, 200 in der Regel individuell ist, muss eine Zuordnung zwischen dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 1, 100, 200 und den gespeicherten, zu dem Freilaufmoment proportionalen Größen vorgenommen werden, die verhältnismäßig aufwendig und störanfällig ist, wobei es sich versteht, dass hierdurch nach wie vor die ein Teil der erfindungsgemäßen Ziele umgesetzt werden kann.
[42] Die vorstehende Anordnung des jeweiligen Drehzahlsensors, nämlich des Hall-Sensors 150 bzw. des Spannungssensors 250 an dem Drehmomentmessflansch 100 bzw. 200 hat darüber hinaus den Vorteil, dass mit derartigen Drehmomentmessflanschen 100, 200 problemlos eine Nachrüstung bestehender Prüfstände 2 vorgenommen werden kann, auch wenn die Prüf stände eine eigenständige Drehzahlmessung nicht vorsehen, da dann, bei eine Ausführung entsprechend Figur 1 lediglich ein Permanentmagnet 151 bzw. bei einer Ausführung entsprechend Figur 2 überhaupt keine ergänzenden Maßnahmen, für eine entsprechende Nachrüstung notwendig sind.
[43] Insbesondere wenn die Kompensation auf dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 1, 100, 200 vorgesehen ist, ist eine externe Kalibrierung des jeweiligen
Drehmomentmessflansches 1, 100, 200, beispielsweise in einem separaten Labor, ohne weiteres möglich. Die jeweiligen Kalibrierungsdaten können ohne weiteres in den Speichermitteln an dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 1, 100, 200 abgespeichert werden. Es versteht sich, dass derartige Kalibrierungsvorgänge auch bei anderen Ausgestaltungen ohne weiteres vorgenommen werden können, solange eine entsprechende Zuordnung der jeweiligen Daten bzw. Größen sichergestellt ist.
[44] Zur Bestimmung und Korrektur der Nullpunktsdrift, die ohne Weiteres in den Auswerteeinheiten 110 und 210, ggf. unter Ausnutzung von dort vorhandenen Speichern, oder aber in der Auswerteeinrichtung 9 unter Ausnutzung von dort vorhandenen Speichern durchgeführt werden kann, wird nach dem in Figur 4 dargestellten Verfahren vorgegangen. Hierzu werden über die Temperatursensoren 140 bzw. 240 und über die Dehnmessstreifen 120 bzw. 220 Nullpunkte, also Drehmomentmesswerte bei nicht vorhandenem Drehmoment, gemessen und in Abhängigkeit von der Zeit in einem Speicher (nicht beziffert) abgespeichert, der letztlich an beliebiger Stelle vorgesehen sein kann. Bereinigt von statistischen Schwankungen ergibt sich eine Nullpunktsdrift 10, die es gilt zu korrigieren.
[45] Hierzu wird zunächst eine Stillstandserkennung 20 (siehe Figur 5) durchgeführt, bei welcher in einer Schleife 21 geprüft wird, ob ein Drehmoment Ml (siehe Bezugsziffer 22) unterhalb eines Drehmomentschwellwerts x (Drehmomentschwellwertabfrage 25) über y Messwerte (y ist die Zahl der Messerwerte) vorliegt, indem ein Zähler i, der zu Begin der Messung auf Null gesetzt wurde (Bezugsziffer 23), hochgezählt (Bezugsziffer 24) und mit der gewünschten Anzahl an Messwerten y verglichen wird (Bezugsziffer 26). Ist dieses der Fall wird davon ausgegangen, dass der Prüfstand 2 stillsteht. Wird der Drehmomentschwellwert x während einer der Messungen überschritten, so wird die Schleife 21 an der Drehmomentschwellwertabfrage 25 erneut gestartet und der Zähler wieder auf Null gesetzt (Bezugsziffer 23). Ebenso wird die Schleife 21 erneut gestartet, wenn eine Temperaturprüfung 27 ergibt, dass die Temperatur nicht ausreichend stabil ist.
[46] Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel erfolgt die Temperaturprüfung 27 durch Abfrage eines Temperaturbits T4, welches auf 1 gesetzt wird (Bezugsziffer 30), wenn nach einer ersten Temperaturmessung 32 (T2) und einer einige Zeit später folgenden zweiten Temperaturmessung 33 (Tl) eine während eine Temperaturdifferenzermittlung 34 ermittelte Temperaturdifferenz T3 unter einem Temperaturschwellwert t vorliegt (Bezugsziffer 35). Ansonsten erhält das Temperaturbit 30 den Wert 0 (Bezugsziffer 31). Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel wird die erste Temperatur T2 zu Begin der Schleife 21 für die Stillstandserkennung 20 gemessen, während die zweite Temperatur Tl bei jedem Durchlaufen der Schleife 21, also mit jedem Erhöhen 24 des Zählers, gemessen wird. Es versteht sich, dass je nach konkreter Ausführungsform auch zu anderen Zeitpunkten die Temperaturen gemessen werden können, um eine Temperaturprüfung 27 zu gewährleisten.
[47] Ist die Temperatur entsprechend der Temperaturprüfung 27 ausreichend stabil, so wird das aktuell gemessene Drehmoment Ml als Nullpunkt Md in Abhängigkeit von der Zeit a gespeichert (Bezugsziffer 28), wobei entsprechend der vorgenommenen Messfolge davon ausgegangen wird, dass der Prüfstand 2 während der Nullpunktmessung stillgestanden und nicht von einem Drehmoment und zu großen Temperaturschwankungen belastet wurde. [48] Im Anschluss hieran erfolgt eine statistische Auswertung, bei welcher zunächst ungültige Werte, wie beispielsweise unerwartet Ausreißer oder lange zurückliegende Messwerte, entfernt (Bezugsziffer 41) und anschließend ein Mittelwert berechnet (Bezugsziffer 42) wird. Anschließend wird ein Korrekturwert berechnet (Bezugsziffer 50), bei welchem neben dem Mittelwert auch die zeitliche Variation Berücksichtigung finden.
[49] Der entsprechende Korrekturwert wird anschließend auf die jeweiligen Messwerte angewandt (Messwertkorrektur 60), wodurch eine Langzeitnullpunktsdrift 70 unterbunden werden kann und lediglich statistische Schwankungen der Nullpunkte, die aus den jeweiligen, vorangegangenen Messsituationen oder sonstigen zeitlich aktuell eintretenden Verhältnissen resultieren, verbleiben. Diese wird anhand tatsächlicher Messungen in Figuren 8a und 8b verdeutlicht, wobei Figur 8a eine zum damaligen Zeitpunkt noch nicht beherrschbare Nullpunktsdrift eines Prüfstandes darstellt, während Figur 8b verdeutlicht, wie durcheine Korrektur der Nullpunktsdrift der Mittelwert der Nullpunkte über denselben Messzeitraum konstant bleibt.
[50] Bezugszeichenliste:
1 Drehmomentmessflansch 60 Messwert korrigieren
2 Prüfstand 70 Langzeitnullpunktsdrift
3 Antriebsmaschine 100 Drehmomentmessflansch
4 Prüfling 101 Rotationsachse
5 Zwischenwelle 102 Drehrichtung
6 Zwischenwelle 103 Drehrichtung
7 Belastungseinrichtung 104 Antriebsseite
8 Rotationsachse 105 Prüflingsseite
9 Auswerteeinrichtung 110 Auswerteeinheit
10 Nullpunktsdrift 111 Mikrokontroller
20 Stillstandserkennung 112 D-A-Wandler
21 Schleife 113 Modulator
22 gemessenes Drehmoment 114 LED
23 Zähler auf Null setzen 115 frequenzmoduliertes Signal
24 Zähler um 1 erhöhen 116 Photozelle
25 Drehmomentschwellwertabfrage 117 EEPROM
26 Vergleich mit Zahl der Mess werte 120 Dehnmessstreifen
27 Temperaturprüfung 121 Verstärker
28 Speichern des Nullpunkts über der 130 Rotorspule
Zeit 131 Statorspule
30 Temperaturbit auf 1 132 Stator
31 Temperaturbit auf 0 140 Temperatursensor
32 erste Temperaturmessung 150 Hall-Sensor
33 zweite Temperaturmessung 151 Permanentmagnet
34 Ermittlung der Temperaturdifferenz 200 Drehmomentmessflansch
35 Abfrage des Temperaturschwellwerts 201 Rotationsachse
40 statistische Auswertung 202 Drehrichtung
41 Entfernen ungültiger Werte 203 Drehrichtung
42 Mittelwert berechnen 204 Antriebsseite
50 Korrekturwert berechnen 205 Prüflingsseite 210 Auswerteeinheit 220 Dehnmessstreifen
211 Mikrokontroller 221 Verstärker
212 D-A-Wandler 230 Rotorspule
213 Modulator 231 Statorspule
214 LED 232 Stator
215 frequenzmoduliertes Signal 240 Temperatursensor
216 Photozelle 250 Spannungssensor
217 EEPROM

Claims

Patentansprüche:
1. Drehmomentinesseinrichtung mit einem Drehmomentmessflansch und einer Auswertung, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung Mittel zur Speicherung einer zu einem Freilaufmoment proportionalen Größe und Mittel zur Kompensation eines Messwertes mit der gespeicherten Größe aufweist.
2. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermittel an dem Drehmomentmessflansch vorgesehen sind.
3. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsmittel an dem Drehmomentmessflansch vorgesehen sind.
4. Drehmomentmesseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermittel Mittel zur Speicherung einer zu einem drehzahlabhängigen Freilaufmoment proportionalen Größe unter Zuordnung zu einer Drehzahl umfassen.
5. Drehmomentmesseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen an dem Drehmomentmessflansch vorgesehenen Sensor zur Ermittlung einer zur Drehzahl abhängigen Größe.
6. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen drehfesten Signalgeber für ein von dem Sensor bei jeder Umdrehung zu erfassenden Signals.
7. Drehmomentmesseinrichtung, insbesondere auch nach einem der vorstehenden
Ansprüche, mit einem Drehmomentmessflansch und einer Auswertung, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung einen Speicher zur Speicherung eines Nullpunkts des Drehmomentmessflansches über die Zeit umfasst.
8. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung Mittel zur Bestimmung einer Nullpunktsdrift umfasst.
9. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung Mittel zur Anzeige der Nullpunktsdrift umfasst.
10. Drehmomentmesseinrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertung Mittel zum Ausgleich der Nullpunktsdrift umfasst.
11. Drehmomentmessflansch mit einer Messeinrichtung zur Messung einer zu einem auf den Drehmomentmessflansch wirkenden Drehmoment proportionalen Größe, gekennzeichnet durch eine an dem Drehmomentmessflansch vorgesehene Auswerteeinheit, die Mittel zur Speicherung einer zu einem Freilaufmoment proportionalen Größe aufweist.
12. Drehmomentmessflansch nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteinheit Mittel zur Kompensation eines Messwertes mit der gespeicherten Größe aufweist.
13. Drehmomentmessflansch nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermittel Mittel zur Speicherung einer zu einem drehzahlabhängigen Freilaufmoment proportionalen Größe unter Zuordnung zu einer Drehzahl umfassen.
14. Drehmomentmessflansch nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch einen an dem Drehmomentmessflansch vorgesehenen Sensor zur Ermittlung einer zur Drehzahl abhängigen Größe.
15. Drehmomentmessflansch nach einem der Ansprüche 11 bis 14, gekennzeichnet durch Sendemitteln zum Aussenden des Messergebnisses.
16. Drehmomentmessflansch, insbesondere auch nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die bestimmungsgemäß mit einem Drehmoment belasteten Bereiche aus Titan gebildet sind.
17. Drehmomentmessflansch nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Titangrad zwischen 1 und 10 liegt.
18. Drehmomentmessflansch, insbesondere auch nach einem der Ansprüche 11 bis 17, gekennzeichnet durch eine Lastwechselhysterese unter 0,03 % des Nenndrehmoments .
19. Verfahren zur Drehmomentmessung, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst ein Freilaufmoment ermittelt und danach der ermittelte Drehmomentmesswert mit dem
Freilaufmoment kompensiert wird.
20. Drehmomentmessverfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Freilaufmoment drehzahlabhängig ermittelt wird.
21. Drehmomentmessverfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation auf einem rotierenden Drehmomentmessflansch erfolgt
22. Drehmomentmessverfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass ein kompensiertes Messergebnis von dem Drehmomentmessflansch ausgesendet wird.
23. Verfahren zur Drehmomentmessung, insbesondere auch nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass zunächst eine Nullpunktsdrift bestimmt und danach der ermittelte Drehmomentmesswert mit der Nullpunktsdrift ausgeglichen wird.
24. Drehmomentmessverfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nullpunktsdriftermittlung Nullwerte bei konstanter Temperatur gespeichert werden.
25. Drehmomentmessverfahren nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass zur Nullpunktsdriftermittlung Nullwerte gespeichert werden, wenn das gemessene
Drehmoment über mehrere Messungen unter einen Schwellwert Hegt.
EP08849750A 2007-11-13 2008-11-13 Drehmomentmesseinrichtung, drehmomentmessflansch und drehmomentmessverfahren Ceased EP2212670A1 (de)

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