Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Messeinrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1. Es ist schon eine derartige Messeinrichtung bekannt (DE 3 214 889 A1), welche direkt mit einer Torsionswelle verbundene Messhülsen aufweist. Insbesondere bei Belastung mit hohen Antriebsdrehmomenten zeigt die Messeinrichtung hystereseartige Abweichungen im Messergebnis, was die Messgenauigkeit ungünstig beeinflusst.
Vorteile
Die erfindungsgemässe Messeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, ein hysteresereduziertes bzw. hysteresefreies Messergebnis zu ermöglichen. Durch die Verringerung der Beanspruchung in den Verbindungsstellen von Messhülsen und Torsionswelle wird zudem die Betriebssicherheit der Messeinrichtung gesteigert, ohne dass zusätzliche Bauteile zur Verbindung erforderlich sind.
Durch die im Unteranspruch aufgeführte Massnahme ist eine vorteilhafte Weiterbildung und Verbesserung der erfindungsgemässen Messeinrichtung möglich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäss ausgebildete Messeinrichtung im Längsschnitt und
Fig. 2 einen Teilausschnitt der Messeinrichtung aus Fig. 1.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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 versehen, 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 beaufschlagbar ist. Die Kopplungsmittel 18, 19 dienen beispielsweise zum Einbau der Messeinrichtung 10 in den Antriebsstrang eines motorgetriebenen Schraubers.
Jeder Wellenbund 15, 16 trägt eine Messhülse 24, 25, die sich jeweils koaxial zur Torsionswelle 12 mit radialem Abstand über den torsionselastischen Abschnitt 17 erstrecken. Die Messhülsen 24, 25 sind ineinandergreifend angeordnet und gegeneinander verdrehbar. 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 übertragbar.
Die Funktionsweise der Messeinrichtung 10 ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Zwecks Erläuterung der Funktion wird daher auf die DE 3 307 105 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 magnetischem Material, beispielsweise Aluminium gefertigt. Die Verbindung von Messhülsen 24, 25 mit der beispielsweise aus duktilem Stahl gefertigten Torsionswelle 14 erfolgt daher vorteilhafterweise durch Verkleben. Die Klebestellen zwischen Messhülsen 24, 25 und Wellenbünden 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 Abschnitts 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 Klebefläche eine Schubspannung wirkt. Insbesondere bei hohen zu erfassenden Drehmomenten kann die Schubspannung und die damit einhergehende 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 Torsionswelle 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 kreisförmiger 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 Torsionssteifigkeit der Messhülse 24 in ihrem Endbereich erheblich verringert, was die Beanspruchung des Klebers in der Verbindungsfläche reduziert. 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 Torsionswelle 14 ein Ringbund 21 angeordnet, der als axialer Montageanschlag für die Innenhülse 24 und das Wälzlager 12 dient.
Bei der erfindungsgemässen Messeinrichtung 10 gemäss dem Ausführungsbeispiel sind zusätzliche Bauteile zur Vermeidung der Hysterese nicht erforderlich. Ein derartiges Bauteil kann beispielsweise durch eine Zwischenhülse gebildet werden, die mit dem entsprechenden Wellenbund 14; 16 verlötet oder verschweisst ist und ringförmig mit radialem Spiel zur Torsionswelle 14 und damit torsionsfrei über den jeweiligen Wellenbund 15; 16 hinausragt, wobei die Verklebung 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 jedoch ungünstig.
Die erfindungsgemässe Messeinrichtung eignet sich beispielsweise als Drehmoment-Messwertgeber zur Verwendung bei motorgetriebenen Schraubern.
State of the art
The invention is based on a measuring device according to the preamble of claim 1. Such a measuring device is already known (DE 3 214 889 A1), which has measuring sleeves connected directly to a torsion shaft. The measuring device shows hysteresis-like deviations in the measurement result, particularly when loaded with high drive torques, which adversely affects the measurement accuracy.
advantages
In contrast, the measuring device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage of enabling a hysteresis-reduced or hysteresis-free measurement result. By reducing the stress in the connection points of the measuring sleeves and the torsion shaft, the operational safety of the measuring device is also increased without additional components being required for the connection.
The measure specified in the subclaim enables advantageous further development and improvement of the measuring device according to the invention.
drawing
An embodiment of the invention is shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description.
1 shows a measuring device designed according to the invention in longitudinal section and
FIG. 2 shows a partial section of the measuring device from FIG. 1.
Description of the embodiment
The measuring device designated 10 in FIG. 1 for detecting a torque has a torsion shaft 14 which is rotatably mounted in a housing 11 by means of roller bearings 12, 13. The torsion shaft 14 is provided with two axially spaced shaft collars 15, 16, between which a torsionally elastic section 17 is formed. The end of the torsion shaft 14 has coupling means 18, 19, by means of which a torque can be applied to the torsion shaft 14. The coupling means 18, 19 are used, for example, to install the measuring device 10 in the drive train of a motor-driven screwdriver.
Each shaft collar 15, 16 carries a measuring sleeve 24, 25, each of which extends coaxially to the torsion shaft 12 at a radial distance over the torsionally elastic section 17. The measuring sleeves 24, 25 are arranged in an interlocking manner and can be rotated relative to one another. An inner sleeve 24 is connected to a first shaft collar 15 and an outer sleeve 25 to a second shaft collar 16. If torque is applied to the torsion shaft 14, the shaft collars 15, 16 rotate relative to one another by a small angle of rotation and, owing to the rotationally fixed arrangement of the measuring sleeves 24, 25 on the shaft collars 15, 16, the measuring sleeves 24, 25 shift relative to one another accordingly. The displacement of the measuring sleeves 24, 25 can be detected by means of a coil arrangement 26 and can be transferred to a torque-proportional measurement signal.
However, the functioning of the measuring device 10 is not the subject of the present invention. For an explanation of the function, reference is therefore made to DE 3 307 105 C2, to which reference is hereby expressly made and the disclosure of which thus becomes the disclosure of the present application.
The measuring sleeves 24, 25 are made of electrically conductive, non-magnetic material, for example aluminum. The connection of measuring sleeves 24, 25 to the torsion shaft 14, for example made of ductile steel, is therefore advantageously carried out by gluing. The adhesive points between measuring sleeves 24, 25 and shaft collars 15, 16 each have a certain axial extent.
As a result of a torque acting on the torsion shaft 14, the latter is not only displaced in the region of its torsionally elastic section 17. Rather, any cross-section of the torsion shaft 14 will shift to its neighboring cross-section by a certain amount, including the shaft collars 15, 16 in the area of their connection with the measuring sleeves 24, 25. The displacement within the shaft collars 15, 16 is determined by the adhesive Transfer measuring sleeves 24, 25 connected directly to them, a shear stress acting in the adhesive surface. In particular at high torques to be detected, the shear stress and the associated deformation of the adhesive can exceed the elastic limit, so that it deforms plastically and therefore causes hysteresis-like deviations in the measurement result.
In order to reduce the stress on the adhesive when the torsion shaft 14 is subjected to torque, it is proposed according to the invention to provide the measuring sleeves 24, 25 with a plurality of radially continuous longitudinal slots 28 in the region of their connection to the torsion shaft 14.
FIG. 2 shows a circular section of the inner sleeve 24, which is marked II in FIG. 1. In the area provided for the connection to the first shaft collar 15, the longitudinal slots 28 are formed, which extend from the end of the inner sleeve 24 over a certain axial path length which is at least as long as the corresponding adhesive point and project axially therefrom. Due to the longitudinal slots 28, the torsional stiffness of the measuring sleeve 24 is significantly reduced in its end region, which reduces the stress on the adhesive in the connecting surface. The hysteresis-like deviations in the measurement result can be eliminated in this way or reduced to an acceptable level.
In the exemplary embodiment according to FIGS. 1 and 2, an annular collar 21 is arranged on the torsion shaft 14 and serves as an axial mounting stop for the inner sleeve 24 and the roller bearing 12.
In the measuring device 10 according to the exemplary embodiment according to the invention, additional components for avoiding the hysteresis are not necessary. Such a component can be formed, for example, by an intermediate sleeve which is connected to the corresponding shaft collar 14; 16 is soldered or welded and annular with radial play to the torsion shaft 14 and thus torsion-free over the respective shaft collar 15; 16 protrudes, the gluing to the measuring sleeve 24; 25 then takes place on the torsion-free area of the intermediate sleeve. The provision of an additional component for fastening the measuring sleeves 24, 25 to the torsion shaft 14 is, however, unfavorable because of the increased manufacturing and assembly costs associated therewith.
The measuring device according to the invention is suitable, for example, as a torque sensor for use in motor-driven screwdrivers.