DE10106625A1 - Torque sensor for IC engine, pump etc. has coupling unit with coaxial reinforcement ring of larger thickness than hollow measuring shaft - Google Patents
Torque sensor for IC engine, pump etc. has coupling unit with coaxial reinforcement ring of larger thickness than hollow measuring shaftInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Drehmomentsensor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a torque sensor according to the preamble of Claim 1.
Derartige Drehmomentsensoren weisen typischerweise eine Messwelle auf, wobei zur Bestimmung eines auf die Messwelle wirkenden Drehmoments die kraftabhängige Torsion der Messwelle gemessen wird. Hierzu sind auf die Messwelle geeignete Messwertgeber aufgebracht, welche zur Messung des ak tuellen Torsionswinkels der Messwelle dienen, welcher ein Maß für das jewei lige Drehmoment liefert.Torque sensors of this type typically have a measuring shaft, whereby to determine a torque acting on the measuring shaft force-dependent torsion of the measuring shaft is measured. To do this, click on the Suitable measuring sensor applied, which for measuring the ac serve current torsion angle of the measuring shaft, which is a measure of the respective torque.
Eine derartige Anordnung ist aus der DE 198 48 068 A1 bekannt. Die Mess welle ist als Drehwelle ausgebildet, an deren längsseitigen Enden jeweils eine Scheibe aufgebracht ist, welche konzentrisch zur Drehwelle angeordnet ist. Die Scheiben sind als Reflektorsysteme aufgebildet, welche mittels optischer Sys teme zur Bestimmung der Torsion der Messwelle abgetastet werden.Such an arrangement is known from DE 198 48 068 A1. The mess shaft is designed as a rotary shaft, at the longitudinal ends of each one Disc is applied, which is arranged concentrically to the rotary shaft. The Disks are constructed as reflector systems, which are created by means of optical systems systems to determine the torsion of the measuring shaft.
Die Messwellen derartiger Drehmomentsensoren weisen eine relativ große Länge auf. Durch die große Länge der Messwellen wirken sich unvermeidbare Inhomogenitäten der Torsion der Messwelle bei der Drehmomentbestimmung nicht oder nur geringfügig aus und führen daher zu keinen nennenswerten Fehlmessungen. Dies beruht zum einen darauf, dass die Inhomogenitäten der Torsion mit zunehmender Länge der Messwelle kleiner werden. Zudem können bei langen Messwellen die Messwertgeber an der Messwelle platziert werden, dass die Messwertfehler aufgrund von Inhomogenitäten der Torsion ausinteg riert werden. The measuring shafts of such torque sensors have a relatively large one Length on. Due to the large length of the measuring waves, unavoidable effects Inhomogeneities in the torsion of the measuring shaft when determining torque not or only slightly and therefore do not lead to any noteworthy Incorrect measurements. On the one hand, this is due to the fact that the inhomogeneities of the Torsion decrease with increasing length of the measuring shaft. You can also in the case of long measuring shafts, the sensors are placed on the measuring shaft, that the measurement error due to inhomogeneity of the torsion be cured.
Nachteilig hierbei ist jedoch, dass derartige Drehmomentsensoren aufgrund der Länge der Messwellen eine unerwünscht große Baugröße aufweisen. Dies ist insbesondere bei Drehmomentsensoren unerwünscht, die zur Drehmomentmes sung in Prüfständen und dergleichen eingesetzt werden.The disadvantage here, however, is that such torque sensors due to the Length of the measuring shafts have an undesirably large size. This is Especially undesirable for torque sensors used for torque measurement solution in test benches and the like.
Aus der DE 42 08 522 A1 ist ein Drehmomentsensor bekannt, der eine kom pakte Bauform aufweist. Dieser Drehmomentsensor weist die Form einer Scheibe auf. Dabei weist der Drehmomentsensor einen Außenring und eine konzentrisch zu diesem verlaufende Innennabe auf.From DE 42 08 522 A1 a torque sensor is known which has a com has a compact design. This torque sensor has the shape of a Disc on. The torque sensor has an outer ring and one concentric to this inner hub.
Der Außenring und die Innennabe sind über vier radial verlaufende Stege mit einander verbunden, wobei die Stege durch Ausnehmungen getrennt sind. Auf jedem Steg ist ein Messwertgeber bildender Dehnungsmessstreifen angeordnet, mit welchem die Torsion des jeweiligen Steges erfasst wird.The outer ring and the inner hub are connected by four radial webs connected to one another, the webs being separated by recesses. On a strain gauge forming a transducer is arranged on each web, with which the torsion of the respective web is recorded.
Da anstelle an einer Messwelle die Torsionsmessung an den radial in der Scheibe verlaufenden Stegen durchgeführt wird, weist dieser Drehmomentsen sor eine äußerst kurze Bauform auf. Nachteilig dabei ist, dass zur Herstellung des Drehmomentsensors die Stege an der Scheibe ausgefräst werden müssen, wodurch ein unerwünscht hoher Aufwand zur Fertigung des Drehmomentsen sors entsteht.Since instead of on a measuring shaft the torsion measurement on the radial in the Disc running webs is performed, this torque has extremely short design. The disadvantage here is that for the production the webs on the disc must be milled out of the torque sensor, whereby an undesirably high effort for the production of the torque sors arises.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehmomentsensor bereitzu stellen, welcher mit geringen Fertigungskosten in einer kompakten Bauform herstellbar ist und welcher eine genaue Drehmomentbestimmung gewährleistet.The invention has for its object to provide a torque sensor provide which with low manufacturing costs in a compact design is producible and which ensures an accurate torque determination.
Zur Lösung dieser Aufgabe sind die Merkmale des Anspruchs 1 vorgesehen. Vorteilhafte Ausführungsformen und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfin dung sind in den Unteransprüchen beschrieben.The features of claim 1 are provided to achieve this object. Advantageous embodiments and expedient further developments of the Erfin tion are described in the subclaims.
Erfindungsgemäß weist der Drehmomentsensor eine von einem Hohlwellen segment gebildete Messwelle und wenigstens einen auf der Messwelle angeordneten Messwertgeber zur Erfassung des auf die Messwelle wirkenden Drehmoments auf. Als Anschlusseinheiten an den Enden der Messwelle ist jeweils ein koaxial zur Messwelle verlaufender, über deren äußere Mantelflä che hervorstehender Flansch mit wenigstens einer koaxial zur Messwelle ver laufenden Schwächungsstruktur oder ein koaxial zur Messwelle verlaufender Verstärkungsring, dessen Wandstärke größer als die Wandstärke der Messwelle ist und an welchen eine Nabe anschließt, vorgesehen.According to the invention, the torque sensor has one of a hollow shaft segment-formed measuring shaft and at least one arranged on the measuring shaft Transducer for recording the one acting on the measuring shaft Torque. As connection units at the ends of the measuring shaft one each coaxial to the measuring shaft, over the outer surface of which che protruding flange with at least one coaxial to the measuring shaft current weakening structure or a coaxial to the measuring shaft Reinforcement ring, the wall thickness of which is greater than the wall thickness of the measuring shaft and to which a hub is connected.
Der Flansch oder die Nabe einer Anschlusseinheit dient zum Anschließen ex terner Einheiten wie zum Beispiel einer Bremse, eines Verbrennungsmotors oder eines Elektromotors.The flange or the hub of a connection unit is used to connect ex tern units such as a brake, an internal combustion engine or an electric motor.
Erfindungsgemäß ist die Nabe nicht direkt auf die Messwelle geführt. Vielmehr ist zwischen der Nabe und der Messwelle ein Verstärkungsring angeordnet, dessen Wandstärke größer als die Wandstärke der Messwelle ist.According to the invention, the hub is not guided directly onto the measuring shaft. Much more a reinforcement ring is arranged between the hub and the measuring shaft, whose wall thickness is greater than the wall thickness of the measuring shaft.
Weiterhin weist der über die äußere Mantelfläche der Messwelle hervorstehen de Flansch einer Anschlusseinheit koaxial zur Messwelle verlaufende Schwä chungsstrukturen auf.Furthermore, it protrudes beyond the outer surface of the measuring shaft de Flange of a connection unit that runs coaxially to the measuring shaft structures.
Die Schwächungsstrukturen des Flansches und der einen lokale Masseanhäu fung bildende Verstärkungsring nehmen bei der Drehmomentübertragung von den externen Einheiten auf den Drehmomentsensor auftretende Torsionsinho mogenitäten auf. Dies sind insbesondere durch den rotationssymmetrischen und koaxial zur Messwelle verlaufenden Aufbau der Schwächungsstrukturen und des Verstärkungsringes erreicht.The weakening structures of the flange and the local mass accumulation reinforcement ring forming during the transmission of torque the torsion inhoc occurring to the external units on the torque sensor possibilities. These are particularly due to the rotationally symmetrical and Structure of the weakening structures and coaxial to the measuring shaft of the reinforcement ring reached.
Dadurch wird erreicht, dass die Torsion der Messwelle frei von Störeinflüssen und damit äußerst homogen ist. This ensures that the torsion of the measuring shaft is free from interference and is therefore extremely homogeneous.
Aufgrund dessen kann die Länge der Messwelle sehr klein gewählt werden, ohne dass hierdurch Fehlmessungen auftreten. Entsprechend gering ist die Baugröße des gesamten Drehmomentsensors.Because of this, the length of the measuring shaft can be chosen to be very small, without this resulting in incorrect measurements. The is accordingly low Size of the entire torque sensor.
Typischerweise kann die Länge LM der Messwelle im Bereich zwischen 5 mm und 20 mm liegen. Dabei liegt die Wandstärke dM der Messwelle vorzugsweise im Bereich zwischen 0,5 mm und 6 mm. Der Innendurchmesser DM der Boh rung der Messwelle liegt bevorzugt im Bereich zwischen 30 mm und 100 mm.Typically, the length L M of the measuring shaft can be in the range between 5 mm and 20 mm. The wall thickness d M of the measuring shaft is preferably in the range between 0.5 mm and 6 mm. The inner diameter D M of the bore of the measuring shaft is preferably in the range between 30 mm and 100 mm.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Drehmomentsensors besteht darin, dass die Anschlusseinheiten und die Messwelle als Drehteil oder Drehteile kostengünstig herstellbar sind. In einer bevorzugten Ausführungs form sind die Anschlusseinheiten und die Messwelle einstückig ausgebildet.Another significant advantage of the torque sensor according to the invention is that the connection units and the measuring shaft as a rotating part or Turned parts are inexpensive to manufacture. In a preferred embodiment the connection units and the measuring shaft are made in one piece.
Die Schwächungsstrukturen, die in den Flansch eingearbeitet sind, sind einfach herstellbar und führen insbesondere nicht zu einer Vergrößerung der Baugröße der jeweiligen Anschlusseinheit und damit des Drehmomentsensors.The weakening structures built into the flange are simple producible and in particular do not lead to an increase in size the respective connection unit and thus the torque sensor.
Vorzugsweise verlaufen die Schwächungsstrukturen entlang einer Kreislinie über einen gesamten Vollkreis, wobei die Schwächungsstruktur entlang der gesamten Kreislinie eine homogene Struktur aufweist.The weakening structures preferably run along a circular line over an entire full circle, the weakening structure along the entire circular line has a homogeneous structure.
Dadurch wird eine besonders effiziente Unterdrückung von Inhomogenitäten der auf die Messwelle übertragenen Torsion erhalten.This enables a particularly efficient suppression of inhomogeneities the torsion transmitted to the measuring shaft.
Besonders bevorzugt ist die Schwächungsstruktur von einer Ausnehmung ge bildet, welche in die Stirnseite des Flansches, die an die Messwelle angrenzt, eingearbeitet ist. Eine derartige Ausnehmung kann insbesondere in Form eines Einstichs einfach und kostengünstig hergestellt werden. Vorteilhafterweise liegt die Ausnehmung im Randbereich, in welchem zu Inhomogenitäten der Torsion führende Störeinflüsse verstärkt auftreten. Eine derart angeordnete Ausnehmung verhindert besonders effizient eine Übertragung von Inhomoge nitäten der Torsion auf die Messwelle.The weakening structure of a recess is particularly preferred forms, which in the face of the flange, which is adjacent to the measuring shaft, is incorporated. Such a recess can be in particular in the form of a Punctures can be produced easily and inexpensively. advantageously, is the recess in the edge area in which the inhomogeneities Torsion-leading disturbances occur more. One arranged in this way Recess prevents transmission of inhomogeneity particularly efficiently torsion on the measuring shaft.
Der Verstärkungsring weist eine geringe Bautiefe auf, so dass dieser die Bau größe des Drehmomentsensors kaum vergrößert. Wesentlich hierbei ist, dass die Wandstärke des Verstärkungsringes größer, vorzugsweise erheblich größer als die Wandstärke der Messwelle ist, so dass durch die große rotationssym metrisch und konzentrisch zur Messwelle verteilte Masse lokale Schwankun gen der auftretenden Torsionen im Verstärkungsring abgedämpft werden.The reinforcement ring has a shallow depth, so that this is the construction Torque sensor size hardly increased. It is essential here that the wall thickness of the reinforcing ring is larger, preferably considerably larger than the wall thickness of the measuring shaft, so that by the large rotationssym Mass local fluctuation distributed metrically and concentrically to the measuring shaft against the torsion occurring in the reinforcement ring.
Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:The invention is explained below with reference to the drawings. It demonstrate:
Fig. 1: Erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drehmoment sensors. Fig. 1: First embodiment of the torque sensor according to the invention.
Fig. 2: Schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Drehmomentsensors. Fig. 2: Schematic representation of a second embodiment of the torque sensor according to the invention.
Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Drehmo mentsensors 1. Der Drehmomentsensor 1 weist eine Messwelle 2 auf, welche von einem Hohlwellensegment gebildet ist. An die Enden der Messwelle 2 schließt jeweils eine Anschlusseinheit an. Fig. 1 shows a first embodiment of the torque sensor 1 according to the invention. The torque sensor 1 has a measuring shaft 2 , which is formed by a hollow shaft segment. A connection unit connects to the ends of the measuring shaft 2 .
Im vorliegenden Fall ist eine Anschlusseinheit von einem Flansch 3 gebildet. Die zweite Anschlusseinheit weist eine Nabe 4 auf.In the present case, a connection unit is formed by a flange 3 . The second connection unit has a hub 4 .
Die Anschlusseinheiten gemäß Fig. 1 sind mit der Messwelle 2 einstückig ausgebildet, wobei die gesamte Einheit als Drehteil hergestellt wird. The connection units according to Fig. 1 are formed integrally with the measuring shaft 2, whereby the entire unit is manufactured as a turned part.
Anstelle der in Fig. 1 dargestellten Konfiguration können an die Messwelle 2 auch Anschlusseinheiten anschließen, die jeweils einen Flansch 3 aufweisen. Ebenso können die Anschlusseinheiten jeweils eine Nabe 4 aufweisen.Instead of the configuration shown in FIG. 1, connection units, each having a flange 3 , can also be connected to the measuring shaft 2 . Likewise, the connection units can each have a hub 4 .
Der Drehmomentsensor 1 wird insbesondere zur Drehmomentmessung an Prüfständen und dergleichen eingesetzt. An den Flansch 3 der ersten An schlusseinheit ist mit geeigneten Anschlussmitteln, beispielsweise über eine Gelenkwelle als externe Einheit ein Verbrennungsmotor, eine Pumpe oder der gleichen anschließbar. An die Nabe 4 der zweiten Anschlusseinheit ist als ex terne Einheit eine Bremse oder dergleichen anschließbar.The torque sensor 1 is used in particular for torque measurement on test stands and the like. At the flange 3 of the first connection unit, an internal combustion engine, a pump or the like can be connected with suitable connection means, for example via a cardan shaft as an external unit. A brake or the like can be connected to the hub 4 of the second connection unit as an external unit.
Die Messung des Drehmoments, welches über die erste Anschlusseinheit auf den Verbrennungsmotor oder die Pumpe übertragen wird, erfolgt dadurch, dass die kraftabhängige Torsion der Messwelle 2 bestimmt wird.The torque, which is transmitted to the internal combustion engine or the pump via the first connection unit, is measured by determining the force-dependent torsion of the measuring shaft 2 .
Hierzu sind auf der Messwelle 2 geeignete Messwertgeber vorgesehen. Die Messwertgeber umfassen auf der Mantelfläche aufliegende Dehnungsmessstrei fen 5. Vorteilhaft sind mehrere Dehnungsmessstreifen S äquidistant über den Umfang der Messwelle 2 verteilt.For this purpose, 2 suitable sensors are provided on the measuring shaft. The transducers comprise strain gauges 5 resting on the lateral surface. A plurality of strain gauges S are advantageously distributed equidistantly over the circumference of the measuring shaft 2 .
Die Dehnungsmessstreifen 5 bilden eine Brückenschaltung, welche jeweils ein zur Torsion der Messwelle 2 proportionales Gleichspannungssignal generieren. Die Auswertung der Gleichspannungssignale erfolgt in Mikroprozessoren, wel che vorzugsweise in Form von Chips ebenfalls auf die Messwelle 2 aufgebracht sind.The strain gauges 5 form a bridge circuit, each of which generates a DC voltage signal proportional to the torsion of the measuring shaft 2 . The DC voltage signals are evaluated in microprocessors, which are preferably also applied to the measuring shaft 2 in the form of chips.
Die Spannungsversorgung und Auskopplung der in diesen Messwertgebern generierten pulsförmigen Signale erfolgt berührungslos, vorzugsweise trans formatorisch. Alternativ können die Signale auch über eine geeignete Funk übertragungsstrecke ausgekoppelt werden. The power supply and decoupling in these sensors generated pulse-shaped signals are non-contact, preferably trans formatorisch. Alternatively, the signals can also be transmitted using a suitable radio transmission link to be decoupled.
Die Anschlusseinheiten und die Messwelle 2 weisen einen zur Längsachse die ser Anordnung rotationssymmetrischen Aufbau auf.The connection units and the measuring shaft 2 have a structure which is rotationally symmetrical to the longitudinal axis of this arrangement.
Die Nabe 4 ist von einem Hohlwellensegment gebildet. Auf die äußere Mantel fläche der Nabe 4 sind Anschlussmittel zum Anschluss der jeweiligen externen Einheit aufsetzbar. Die Nabe 4 weist eine zentrale Bohrung mit einem Innen durchmesser DN auf.The hub 4 is formed by a hollow shaft segment. On the outer surface of the hub 4 connection means for connecting the respective external unit can be placed. The hub 4 has a central bore with an inner diameter D N.
Der Flansch 3 weist im wesentlichen die Form einer Kreisscheibe auf. Im Zent rum des Flansches 3 befindet sich eine zentrale Bohrung mit einem Innen durchmesser DF. An der das hintere Ende der Anschlusseinheit bildenden Stirn fläche des Flansches 3 sind rotationssymmetrisch ausgebildete Vertiefungen 6 vorgesehen, welche zum Anschluss einer Gegenkupplung oder dergleichen dienen. Zudem sind im Randbereich des Flansches 3 mehrere in Umfangrich tung äquidistant angeordnete Gewindebohrungen 7 vorgesehen, welche den Flansch 3 axial durchsetzen. Diese Gewindebohrungen 7 dienen zur Fixierung der Gegenkupplung am Flansch 3. Die Scheibendicke des Flansches 3 ist mög lichst gering und vorteilhaft nur geringfügig größer als die Länge der Mess welle 2. Dadurch wird ein geringes Trägheitsmoment des Flansches 3 erhalten.The flange 3 has essentially the shape of a circular disk. In the center of the flange 3 there is a central bore with an inner diameter D F. On the end face of the flange 3 forming the rear end of the connection unit, rotationally symmetrical recesses 6 are provided, which are used to connect a mating coupling or the like. In addition, a plurality of equidistantly arranged threaded holes 7 are provided in the peripheral region of the flange 3 , which penetrate the flange 3 axially. These threaded bores 7 serve to fix the counter coupling on the flange 3 . The disk thickness of the flange 3 is as small as possible and advantageously only slightly larger than the length of the measuring shaft 2 . As a result, a low moment of inertia of the flange 3 is obtained.
Die Messwelle 2, an welcher die Torsionsmessung erfolgt, weist eine geringe Längsausdehnung auf, wodurch eine äußerst kompakte Bauform des Drehmo mentsensors 1 erhalten wird.The measuring shaft 2 , on which the torsion measurement takes place, has a small longitudinal extent, as a result of which an extremely compact design of the torque sensor 1 is obtained.
Vorzugsweise liegt die Länge LM der Messwelle 2 im Bereich 5 mm ≦ LM ≦ 20 mm. Dabei liegt der Innendurchmesser DM der Bohrung der Messwelle 2 im Bereich 30 mm ≦ DM ≦ 100 mm und die Wandstärke dM der Messwelle 2 im Bereich 0,5 mm ≦ dM ≦ 6 mm. Typischerweise beträgt die Wandstärke dM der Messwelle 2 etwa 4 mm bei einem Innendurchmesser DM der Bohrung von etwa 60 mm. The length L M of the measuring shaft 2 is preferably in the range 5 mm ≦ L M ≦ 20 mm. The inner diameter D M of the bore of the measuring shaft 2 is in the range 30 mm ≦ D M ≦ 100 mm and the wall thickness d M of the measuring shaft 2 is in the range 0.5 mm ≦ d M ≦ 6 mm. The wall thickness d M of the measuring shaft 2 is typically approximately 4 mm with an inner diameter D M of the bore of approximately 60 mm.
Prinzipiell kann die Messwelle 2 auch größer oder kleiner ausgebildet sein, wobei die Verhältnisse der einzelnen Kenngrößen LM, DM und dM im wesentli chen erhalten bleiben.In principle, the measuring shaft 2 can also be made larger or smaller, with the ratios of the individual parameters L M , D M and d M essentially being retained.
Um trotz der geringen Längsausdehnung der Messwelle 2 eine homogene Tor sion auf der Messwelle 2 zu erhalten, sind in den Anschlusseinheiten Mittel vorgesehen, welche zur Elimination von Torsionsinhomogenitäten dienen. Die se Mittel nehmen von den angeschlossenen externen Einheiten übertragene Inhomogenitäten der Torsion weitgehend auf, so dass die Torsion auf der Messwelle 2 homogen ausgebildet ist, wodurch eine genaue Drehmomentmes sung gewährleistet ist.In order to obtain a homogeneous torsion on the measuring shaft 2 despite the small longitudinal extension of the measuring shaft 2 , means are provided in the connection units which serve to eliminate torsional inhomogeneities. These means largely absorb the inhomogeneities of the torsion transmitted by the connected external units, so that the torsion is formed homogeneously on the measuring shaft 2 , whereby an accurate torque measurement is ensured.
Die Mittel zur Elimination von Torsionsinhomogenitäten auf der Messwelle 2 sind einerseits von Schwächungsstrukturen im Flansch 3 und andererseits von einem zwischen der Messwelle 2 und der Nabe 4 liegenden Verstärkungsring 8 gebildet.The means for eliminating torsional inhomogeneities on the measuring shaft 2 are formed on the one hand by weakening structures in the flange 3 and on the other hand by a reinforcing ring 8 located between the measuring shaft 2 and the hub 4 .
Die Schwächungsstrukturen im Flansch 3 verlaufen koaxial zur Messwelle 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Schwächungsstrukturen von einer Ausnehmung 9 gebildet, welche entlang einer Kreislinie verläuft, deren Mittelpunkt im Zentrum des Flansches 3 liegt. Die Ausnehmung 9 läuft entlang dieser Kreislinie über den gesamten Umfang des Flansches 3 um. Dabei weist die Schwächungsstruktur über ihre gesamte Länge eine homogene Struktur auf. Dies bedeutet im vorliegenden Fall, dass der Querschnitt der Ausnehmung 9 über dessen gesamte Länge konstant ist. Zudem ist die Restwandstärke des Flansches 3 im Bereich der Ausnehmung 9 über deren gesamte Länge konstant. Die Ausnehmung 9 ist vorzugsweise als Einstich ausgebildet und ist damit ein fach und kostengünstig herstellbar.The weakening structures in the flange 3 run coaxially to the measuring shaft 2 . In the present exemplary embodiment, the weakening structures are formed by a recess 9 which runs along a circular line whose center lies in the center of the flange 3 . The recess 9 runs along this circular line over the entire circumference of the flange 3 . The weakening structure has a homogeneous structure over its entire length. In the present case, this means that the cross section of the recess 9 is constant over its entire length. In addition, the remaining wall thickness of the flange 3 in the region of the recess 9 is constant over its entire length. The recess 9 is preferably designed as a recess and is thus a professional and inexpensive to manufacture.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, mündet die Ausnehmung 9 an der Stirnseite des Flansche 3 aus, welche an das Ende der Messwelle 2 angrenzt. As can be seen from FIG. 1, the recess 9 opens out at the end face of the flange 3 , which adjoins the end of the measuring shaft 2 .
Durch diese unmittelbare räumliche Zuordnung der Ausnehmung 9 zur Mess welle 2 sowie durch die rotationssymmetrische Ausbildung der Ausnehmung 9 ist gewährleistet, dass Inhomogenitäten der Torsion des Flansches 3 durch die Ausnehmung 9 aufgenommen und nicht auf die Messwelle 2 übertragen wer den.This direct spatial assignment of the recess 9 to the measuring shaft 2 and the rotationally symmetrical design of the recess 9 ensure that inhomogeneities in the torsion of the flange 3 are absorbed by the recess 9 and are not transmitted to the measuring shaft 2 .
Derartige Inhomogenitäten der Torsion des Flansches 3 werden insbesondere durch den Anschluss der externen Einheiten verursacht, da die Kraftverteilung bei einem derartigen Anschluss nicht völlig rotationssymmetrisch über den Flansch 3 ausgebildet ist. Die dabei verursachten Inhomogenitäten treten insbe sondere im Randbereich des Flansches 3 auf. Daher ist es vorteilhaft, die Schwächungsstrukturen in diesem Bereich vorzusehen. Dabei können als Schwächungsstrukturen anstelle einer in Umfangsrichtung umlaufenden Aus nehmung 9 auch mehrere konzentrisch verlaufende Ausnehmungen 9 oder der gleichen vorgesehen sein.Such inhomogeneities in the torsion of the flange 3 are caused in particular by the connection of the external units, since the force distribution in such a connection is not completely rotationally symmetrical about the flange 3 . The inhomogeneities caused thereby occur in particular in the edge region of the flange 3 . It is therefore advantageous to provide the weakening structures in this area. In this case, as can weakening structures instead of running in the circumferential direction from recess 9 also a plurality of concentrically extending recesses 9 or be provided the same.
Die Innendurchmesser DF, DM der Bohrungen des Flansches 3 und der Mess welle 2 sind identisch ausgebildet, so dass die jeweiligen Innenwände bündig aneinander anschließen.The inner diameter D F , D M of the bores of the flange 3 and the measuring shaft 2 are identical, so that the respective inner walls are flush with one another.
Der am anderen Ende des Verstärkungsringes 8 anschließende Verstärkungs ring 8 weist eine größere Wandstärke als die Messwelle 2 auf. Dabei ist der konstante Außendurchmesser des Verstärkungsringes 8 größer als der Außen durchmesser der Messwelle 2. Zudem ist der ebenfalls konstante Innendurch messer DV der Bohrung des Verstärkungsringes 8 kleiner als der Innendurch messer DM der Bohrung der Messwelle 2.At the other end of the reinforcement ring 8 subsequent reinforcement ring 8 has a greater wall thickness than the measuring shaft 2 . The constant outer diameter of the reinforcing ring 8 is larger than the outer diameter of the measuring shaft 2 . In addition, the likewise constant inner diameter D V of the bore of the reinforcing ring 8 is smaller than the inner diameter D M of the bore of the measuring shaft 2 .
Die Wandstärke des Verstärkungsringes 8 ist auch größer als die Wandstärke der anschließenden Nabe 4, wobei die Innendurchmesser DV und DN deren Bohrungen identisch sind. The wall thickness of the reinforcement ring 8 is also greater than the wall thickness of the adjoining hub 4 , the inside diameter D V and D N of which the bores are identical.
Der Verstärkungsring 8 bildet somit eine lokale, rotationssymmetrische Masse anhäufung, welche bestehende Torsionsinhomogenitäten aufnimmt.The reinforcing ring 8 thus forms a local, rotationally symmetrical mass accumulation, which absorbs existing torsional inhomogeneities.
Die Ausdehnung des Verstärkungsringes 8 in Längsrichtung des Drehmoment sensors 1 ist nur geringfügig größer als die Länge der Messwelle 2. Jedoch ist die Wandstärke des Verstärkungsringes 8 vorzugsweise erheblich größer als die Wandstärke der Messwelle 2. Damit wird erreicht, dass bei geringer Bautiefe des Verstärkungsringes 8 dessen Masse dennoch erheblich größer als die Masse der Messwelle 2 ist. Dadurch hält der Verstärkungsring 8 auftretende Torsion sinhomogenitäten effizient von der Messwelle 2 ab. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, dass der Verstärkungsring 8 sowohl über die äußere Mantelfläche als auch über die innere Mantelfläche der Messwelle 2 hervorsteht, so dass die Masse des Verstärkungsringes 8 bezüglich der Wand der Messwelle 2 im we sentlichen symmetrisch verteilt ist.The extension of the reinforcing ring 8 in the longitudinal direction of the torque sensor 1 is only slightly larger than the length of the measuring shaft 2 . However, the wall thickness of the reinforcement ring 8 is preferably considerably larger than the wall thickness of the measuring shaft 2 . It is thereby achieved that, with a small overall depth of the reinforcement ring 8, its mass is nevertheless considerably greater than the mass of the measuring shaft 2 . Thus, the reinforcement ring holds 8 occurring twist sinhomogenitäten efficiently from the measuring shaft 2 from. It is particularly advantageous that the reinforcing ring projecting 8 on both the outer surface and over the inner lateral surface of the measuring shaft 2, so that the mass of the reinforcing ring 8 with respect to the wall of the measuring shaft 2 we sentlichen is distributed symmetrically.
Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung des Drehmomentsensors 1. In diesem Fall schließt an jedes Ende der Messwelle 2, auf welche wiederum die Mess wertgeber mit den Dehnungsmessstreifen 5 aufgebracht sind, eine Anschluss einheit mit einem Flansch 3 an. Jeder Flansch 3 weist an seiner an die Mess welle 2 anschließenden Stirnseite eine Schwächungsstruktur auf, welche iden tisch zu der Schwächungsstruktur gemäß Fig. 1 ausgebildet ist. Fig. 2 shows another embodiment of the torque sensor 1. In this case, a connection unit with a flange 3 connects to each end of the measuring shaft 2 , to which the transducers with the strain gauges 5 are in turn attached. Each flange 3 has on its front side adjoining the measuring shaft 2 a weakening structure which is identical to the weakening structure according to FIG. 1.
Im vorliegenden Fall besteht jeder Flansch 3 aus einem ringförmigen, an die Messwelle 2 anschließenden Zentralelement 10 und einem scheibenförmigen Flanschelement 11. Die Zentralelemente 10 und die Messwelle 2 sind einstü ckig ausgebildet.In the present case, each flange 3 consists of an annular central element 10 adjoining the measuring shaft 2 and a disk-shaped flange element 11 . The central elements 10 and the measuring shaft 2 are formed in one piece.
Die Schwächungsstrukturen sind jeweils im Flanschelement 11 eingearbeitet. Jedes Flanschelement 11 weist eine zentrale Bohrung auf, deren Innendurch messer an den Außendurchmesser des Zentralelements 10 angepasst ist. Zur Montage eines Flansches 3 wird das jeweilige Flanschelement 11 mit der die Bohrung begrenzenden Innenwand auf die Mantelfläche des Zentralelements 10 aufgesetzt und fixiert. Die Fixierung kann durch Schweißen oder Schrump fen erfolgen. Alternativ können die aneinander anliegenden Flächen des Flanschelements 11 und des Zentralelements 10 Feingewinde aufweisen, so dass das Flanschelement 11 auf das Zentralelement 10 aufgeschraubt werden kann. Vorteilhafterweise wird zur weiteren Fixierung und Abdichtung in die Nahtstelle im Bereich der Feingewinde ein Klebemittel eingebracht.The weakening structures are each incorporated in the flange element 11 . Each flange element 11 has a central bore, the inner diameter of which is adapted to the outer diameter of the central element 10 . To assemble a flange 3 , the respective flange element 11 with the inner wall delimiting the bore is placed and fixed on the lateral surface of the central element 10 . The fixation can be done by welding or shrinking. Alternatively, the abutting surfaces of the flange element 11 and the central element 10 can have fine threads, so that the flange element 11 can be screwed onto the central element 10 . For further fixing and sealing, an adhesive is advantageously introduced into the seam in the area of the fine thread.
Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass je nach Anwendungsfall un terschiedliche Flanschelemente 11 auf die jeweiligen Zentralelemente 10 zur Herstellung des Drehmomentsensors 1 aufgebracht werden können. The advantage of this arrangement is that, depending on the application, different flange elements 11 can be applied to the respective central elements 10 for producing the torque sensor 1 .
11
Drehmomentsensor
torque sensor
22
Messwelle
measuring shaft
33
Flansch
flange
44
Nabe
hub
55
Dehnungsmessstreifen
Strain gauges
66
Vertiefung
deepening
77
Gewindebohrung
threaded hole
88th
Verstärkungsring
reinforcement ring
99
Ausnehmung
recess
1010
Zentralelement
central element
1111
Flanschelement
LM flange
L M
Länge der Messwelle
dM Length of the measuring shaft
d M
Wandstärke der Messwelle
DN Wall thickness of the measuring shaft
D N
Innendurchmesser Nabe
DM Inner diameter hub
D M
Innendurchmesser Bohrung Messwelle
DF Inner diameter bore measuring shaft
D F
Innendurchmesser Bohrung Flansch
DV Inner diameter bore flange
D V
Innendurchmesser Bohrung Verstärkungsring
Inner diameter bore reinforcement ring
Claims (20)
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|---|---|---|---|
| DE2001106625 DE10106625A1 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Torque sensor for IC engine, pump etc. has coupling unit with coaxial reinforcement ring of larger thickness than hollow measuring shaft |
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|---|---|---|---|
| DE2001106625 DE10106625A1 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Torque sensor for IC engine, pump etc. has coupling unit with coaxial reinforcement ring of larger thickness than hollow measuring shaft |
Publications (1)
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ID=7673870
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE2001106625 Withdrawn DE10106625A1 (en) | 2001-02-13 | 2001-02-13 | Torque sensor for IC engine, pump etc. has coupling unit with coaxial reinforcement ring of larger thickness than hollow measuring shaft |
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