DD223811A1

DD223811A1 - METHOD OF TORQUE MEASUREMENT

Info

Publication number: DD223811A1
Application number: DD26314084A
Authority: DD
Inventors: Klaus Lietzmann; Ulrich Franke; Gerhard Oehlstoeter; Hubert Mueller; Stephan Fischer; Valentin M Klimenko; Valeri M Kaschajew; Vjatscheslaw G Afanasjew; Sergej G Klimenko
Original assignee: Freiberg Bergakademie
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1985-06-19

Abstract

Verfahren zur Drehmomentmessung, das an drehmomentbelasteten Anlagenteilen mit ferromagnetischer Oberflaeche anwendbar ist. Ziel der Erfindung ist es, die Drehmomentmessung ohne Beeinflussung des technologischen Ablaufes und mit hoher Genauigkeit vorzunehmen, waehrend die Aufgabe steht, ein Drehmomentmessverfahren zu entwickeln, das sich durch einen geringen Platz- und Energiebedarf, die Anwendung in einem breiten Drehzahlbereich und eine unkomplizierte und stoeranfaellige Uebergabe der Messsignale auszeichnet. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe dadurch geloest, dass auf die ferromagnetische Oberflaeche der rotierenden Bauteile mindestens zwei voneinander getrennte Impulsfolgen oder fortlaufende Signale gleicher Frequenz und Phasenlage magnetisch aufgepraegt werden. Ueber entsprechende Empfaengerspulen kann die durch ein Drehmoment hervorgerufene Phasenverschiebung ermittelt und unter Einbeziehung der Drehzahl in Drehmomentwerte umgesetzt werden.Method for torque measurement, which is applicable to torque-loaded system components with ferromagnetic surface. The aim of the invention is to carry out the torque measurement without influencing the technological process and with high accuracy, while the task is to develop a torque measuring method, which is characterized by a low space and energy requirements, the application in a wide speed range and an uncomplicated and bothersome Handover of the measurement signals distinguishes. According to the invention, the object is achieved by magnetically imparting to the ferromagnetic surface of the rotating components at least two separate pulse sequences or continuous signals of the same frequency and phase angle. By means of corresponding receiver coils, the phase shift caused by a torque can be determined and converted into torque values taking into account the rotational speed.

Description

Title of Invention

Verfahren zur DrehmomentmessungMethod for torque measurement

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beatinanung von . Drehmomenten an Anlagenteilen, vor allem an Wellen» Achsen u„ä·,mit ferromagnetiacher Oberfläche.The invention relates to a method for Beatinanung of. Torques on system parts, especially on shafts "axes u" ä ·, with ferromagnetic surface.

Characteristic of the known technical solutions

Drehiaomentiaeßverfahren und dazugehörige Meßeinrichtungen sind z.B· nach BAÜMANH (Sensortechnik für Kraft und Drehmoment, Reihe Automatisierungstechnik 205, TSB Verlag Technik Berlin, 1983) in einer Vielzahl bekanntgeworden. Wie bei den Kraftsensoren haben Drehmomentsensoren mit Dehnungsmeßstreifen (DMS) die größte technische Bedeutung erlangt. Die DMS-Drebmomentsensoren erlauben jedoch genaue Messungen nur im Bereich mittlerer bis zu den höchsten vorkommenden Drehmomenten. Dabei ergeben sich auch Probleme bei der Übergabe der Meßsignale von der rotierenden ^eIIe, insbesondere bei hohen Drehzahlen, an statische Baugruppen der Meßeinrichtung.Drehiaomentiaeßverfahren and associated measuring devices have become known for example according to BAÜMANH (sensor technology for force and torque, series automation technology 205, TSB Verlag Technik Berlin, 1983) in a variety. As with the force sensors, torque sensors with strain gauges (DMS) have achieved the greatest technical importance. However, the strain gauge strain gauges allow accurate measurements only in the range of average to highest torques. This also results in problems in the transfer of the measurement signals from the rotating ^ eIIe, especially at high speeds, to static assemblies of the measuring device.

Außerordentlich funktionstüchtige Anordnungen sind Drehmomentsensoren mit magnetoelastischen Wandlern, «obei die Kopplung der feststehenden Wicklungssysteme mit der Jtfeßvjelle überExtremely functional arrangements are torque sensors with magnetoelastic converters, the coupling of the stationary winding systems with the Jtfeßvjelle over

magnetische Weebselfelder erfolgt, In der DE-OS 2939.5.66 ist dabei ein magnetistriktives Meßverfahren zur Drehmomentermittlung an .Wellen . vorgeschlagen worden, bei _; dem. auf . die ' das Drehmoment' übertragende Welle aus Metall oder Kunst- , stoff eine, Ummantelung*oder; Beschichtung mit einer Oberflächenschicht, die eine hohe Oberfläohenpermeabilitat aufweist, besitzt. Über primär erregende Spulen wird ein Mag-, netfeld induziert und über die sekundär empfangende Spule wird die unter mechanischer Spannung veränderte magnetische Leitfähigkeit meßbar. . J/'. ' . . ϊ Magnetoelastische Drehmomentmeßverfahren sind nur für größere Hennmomeate (2 100 Nm) und nicht zu hohe Genauigkeitsforderungen geeignet. Außerdem ist durch die Spulenanordnung im Wellenbereich ein hoher Platzbedarf nötig und die Kalibrierung solcher Sensoren ist oft recht problematisch. Auch fremde Magnetfelder^ unzureichende Isolierwiderstände und mechanische Schwingurigen verursache'n Störungen, die die Meßsignale negativ beeinflussen. .'-." .Magnetic Weebeldelder takes place, In DE-OS 2939.5.66 is a magnetistriktives measuring method for torque detection on .Wellen. been proposed at _; the. on . the 'torque transmitting' shaft of metal or plastic, cloth, sheath * or; Coating having a surface layer having high surface permeability. Primarily exciting coils induce a magnetic field, and the secondary receiving coil measures the magnetic conductivity which has changed under mechanical tension. , J / '. '. , ϊ Magnetoelastic torque measuring methods are only suitable for larger hennomomotes ( 2,100 Nm) and not too high accuracy requirements. In addition, the coil assembly in the shaft area requires a large amount of space and the calibration of such sensors is often quite problematic. Even foreign magnetic fields ^ insufficient insulation resistance and mechanical oscillations cause disturbances which adversely affect the measuring signals. .'-. ".

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Ziel der Brfindunk : , ; /' , ^: Target of Brfindunk :,; / ', ^:

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren zur Drehmomentmessung, das ohne Beeinflussung des technologischen Ablaufes eine sichere Erfassung und hohe Genauigkeit der Meßwerte erlaubt.The aim of the invention is a method for torque measurement, which allows a safe detection and high accuracy of the measured values without influencing the technological process.

Darlegung des Wesens der Erfindung ^ Explanation of the essence of the invention

Der-Erfindung liegt die:technische Aufgabe zugrunde, ein. Verfahren^:zur,Drehmomentmessung zu entwickeln, das sich : durch einen geringen Platz- und Energiebedarf des Sensors, die Anwendbarkeit in einem breiten Drehzahlbereich und eine unkomplizierte und wenig störanfällige übergabe der Meßsignale vom drefamoiaentbeacspruchtea Bauteil an die statischen Baugruppen des Meßteiles auszeichnet. . . ' Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß auf die ferromagnetische Oberfläche der rotierenden Bauteile zwei oder mehrere voneinander getrennte; Impulsfolgen mit .The invention is the: technical object of a. Method ^: to develop torque measurement, which: characterized by a low space and energy requirements of the sensor, the applicability in a wide speed range and a straightforward and less prone to error transfer of the measuring signals from drefamoiaentbeacspruchtea component to the static assemblies of the measuring part. , , According to the invention the object is achieved in that on the ferromagnetic surface of the rotating components two or more separate; Pulse trains with.

gleicher Impulszahl oder fortlaufende Signale mit genau ^! gleicher !frequenz und Phasenlage magnetisch¹ aufgeprägt werden. Zwei oder mehrere Empfangsspulen, die in gleicher Lage angeordnet sind, registrieren beim Einwirken eines Drehmomentes auf das rotierende Bauteil die Verdrehung in Form einer Zeitdifferenz der Phasenverschiebung oder als Impulszahldifferenz zwischen zwei oder mehreren getrennten Impulsfolgen oder fortlaufenden magnetischen Signalen. Es wird also der Torsionswinkel bei bekannter Drehzahl, die mit verschiedenen bekannten Verfahren, aber auch mit magnetischen Impulsen, bestimmt werden kann, mitiels einer entsprechenden elektronischen Schaltung zum Drehmoment umgesetzt. . ' ...' . ' '. "....- .;'. . Bei höherer Frequenz bzw. größerer Impulsdichte erhöht sich die Meßgenauigkeit.same number of pulses or continuous signals with exactly ^! the same frequency! and phase are impressed magnetically ^first Two or more receiving coils, which are arranged in the same position, register the rotation in the form of a time difference of the phase shift or as a pulse number difference between two or more separate pulse sequences or continuous magnetic signals when a torque acts on the rotating component. So it is the torsion angle at a known speed, which can be determined by various known methods, but also with magnetic pulses, implemented with much of a corresponding electronic circuit to the torque. , '...'. ''. "....-.;'. ... At higher frequency or higher pulse density, the measuring accuracy increases.

Das erfindungsgemäße Drefamomeηtverfahren hat den Vorteil, daß es berührungslos arbeitet, ohne Anbauten an die Welle auskommt und kurzfristig an völlig unvorbereiteten Wellen anwendbar ist.The Drefamomeηtverfahren invention has the advantage that it works without contact, manages without attachments to the shaft and is applicable at short notice to completely unprepared waves.

Ausführunasbeispiel Beispiel 1Embodiment Example 1

Auf eine Welle aus 'ferromagnetischem Material wird vor der eigentlichen Messung an zwei unterschiedlichen Stellen mit Hilfe von Sendespulen ein fortlaufendes magnetisches Signal mit gleicher Frequenz und Phasenlage aufgeprägt. Von zwei Empfangsspulen, die in gleicher Entfernung von den Sendespulen angeordnet sind, werden die entsprechenden Signale aufgenommen« Wirkt auf die rotierende Welle ein Drehmoment, wird die Welle verdreht und zwischen den beiden empfangenen Signalen tritt eine Phasenverschiebung auf, die als Zeitdifferenz mit einem Digitalzähler, gemessen wird. Zusammen mit der jeweiligen Drehzahl kann über eine elektronische Schal-' tung das Drehmoment ermittelt werden.On a shaft made of ferromagnetic material, a continuous magnetic signal with the same frequency and phase position is impressed on two different points with the aid of transmitting coils before the actual measurement. If two receiving coils are arranged at the same distance from the transmitting coils, the corresponding signals are recorded. If a torque acts on the rotating shaft, the shaft is rotated and a phase shift occurs between the two received signals, which is recorded as a time difference with a digital counter. is measured. Together with the respective speed, the torque can be determined via an electronic circuit.

Beispiel 2 . , , ' ' ^: Example 2 . , '' ^:

Auf die ferromagnetische Oberfläche eiaer Motorwelle werden vor der Messung an zwei verschiedenen Wellentimfängen jeweils Impulsfolgen mit gleicher Impulszahl auf einem Teil des WeI-lenumfanges phasengleich magnetisch aufgeprägt» Über Empfangsspulen kann mit Impulszählern die bei der Verdrehung der rotierenden Welle auftretende ünpursdifferenz bei vorgegebener Zeit gemessen und somit das Drehmoment ermittelt .werden. - ^y- ' :', ' ; ' - ' . .On the ferromagnetic surface of a motor shaft pulse sequences with the same number of pulses on a part of the WeI lenumfanges are in-phase magnetically impressed prior to the measurement at two different Wellentimfänge »About receiving coils can be measured with impulse counters occurring at the rotation of the rotating shaft ünpursdifferenz for a given time and thus the torque is determined. - ^y - ':', ';'-' . ,

Claims

Invention of saying

Method for measuring torque on components, in particular shafts, made of materials having a ferromagnetic surface,
characterized in that on the ferromagnetic / surface of the rotating components at least two or more separate pulse sequences with the same number of pulses or continuous signals with the same frequency
and phase position are impressed magnetically, under load, the phase shift as a time difference or for a given time as a difference in the number of pulses between two or more separate pulse trains or continuous magnetic signals measured and taking into account the speed of the torque is determined. ,. '.