DE10114338A1 - Adaptor flange couples all-steel shaft union with a torque drive - Google Patents
Adaptor flange couples all-steel shaft union with a torque driveInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Adaptionsflansch zur Koppelung einer Wellen kupplung (Ganzstahlkupplung) mit einem Dehnungsaufnehmer im Zuge einer Drehmomentübertragung, bestehend aus einer drehsteifen, biegeelastischen Wellenkupplung und einer Drehmoment-Meßkupplung. Der Dehnungsaufneh mer dient dazu, eine drehmoment-proportionale Oberflächendehnung mittels Dehnungsmeßstreifen zu messen. Dabei ist für eine zuverlässige Messung ein homogener Dehnungsverlauf Bedingung.The invention relates to an adapter flange for coupling a shaft Coupling (all steel coupling) with an extensometer in the course of a Torque transmission, consisting of a torsionally rigid, flexurally elastic Shaft coupling and a torque measuring coupling. The stretch absorption mer serves to generate a torque-proportional surface expansion To measure strain gauges. Here is a reliable measurement homogeneous strain curve condition.
Beim Einsatz der Dehnmeßstreifentechnik zur Messung der drehmoment-
proportionalen Oberflächendehnung müssen u. a. folgende Kriterien erfüllt sein:
When using the strain gauge technology to measure the torque-proportional surface elongation, the following criteria must be met:
- - Die vorhandene Oberflächendehnung aufgrund des einwirkenden Drehmo mentes muß unterhalb der plastischen Deformation des Aufnehmers liegen.- The existing surface expansion due to the acting torque mentes must be below the plastic deformation of the transducer.
- - Die Dehnmeßstreifen müssen auf das Aufnehmermaterial abgestimmt sein (gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten). - The strain gauges must be matched to the transducer material (same coefficient of thermal expansion).
- - Die Applikation muß dergestalt gewählt werden, daß Störgrößen (Tempera tur, Biegung, Axialkraft) weitgehend kompensiert werden, andrerseits aber das Drehmoment mit möglichst hoher Empfindlichkeit gemessen wird.- The application must be selected in such a way that disturbance variables (tempera ture, bending, axial force) are largely compensated for, but on the other hand the torque is measured with the highest possible sensitivity.
- - Möglichst hohe Anzahl von Dehnmeßstreifen, um evtl. Inhomogenitäten (Krafteinleitung, Reaktionskräfte) auszugleichen, was zu hohen Kosten führt.- The greatest possible number of strain gauges to avoid possible inhomogeneities (Force introduction, reaction forces) to compensate, which leads to high costs.
- - Homogener Dehnungsverlauf - keine punktuelle und unsymmetrische Kraft einleitung- Homogeneous strain curve - no selective and asymmetrical force introduction
Bei der Integration einer Meßwelle (eines Dehnungsaufnehmers) in einen vor handenen Wellenstrang existiert stets das Problem des Versatzausgleichs zwi schen beiden Wellenenden. Abhilfe kann dabei entweder durch einen entspre chend hohen Aufwand bei der Ausrichtung der Wellen und der Fertigung der Einzelkomponenten oder durch geeignete Wellenausgleichskupplungen geschaf fen werden.When integrating a measuring shaft (a strain gauge) into a front existing shaft strand there is always the problem of offset compensation between between both shaft ends. Remedy can either be by a high effort in aligning the shafts and manufacturing the Individual components or through suitable shaft balancing couplings be opened.
Durch spielbehaftete Ausgleichskupplungen wie Bogenzahnkupplungen können versatzbedingte Reaktionskräfte (Reibung-Schmierung), die auf den Deh nungsaufnehmer einwirken, sehr gering gehalten werden. Evtl. Einflüsse auf die Meßgröße Drehmoment werden somit weitgehend verhindert.Due to playful compensating couplings such as curved tooth couplings displacement-related reaction forces (friction-lubrication) that affect the deh act on the sensor, be kept very low. Possibly. Influences on the Measured variable torque is thus largely prevented.
Bei absolut spielfreien Ausgleichskupplungen wie beispielsweise Ganzstahl kupplungen treten versatzbehaftete Reaktionskräfte auf, die wesentlich oberhalb derjenigen spielbehafteter Systeme liegen. Durch die punktuelle Krafteinleitung, d. h. die Verschraubung des Lamellenpaketes, herrscht eine inhomogene Deh nungsverteilung im Adaptionsflansch und somit im Dehnungsaufnehmer vor. Zusätzlich können durch die Kombination unterschiedlicher Versatzarten un symmetrische Dehnungsverläufe an den Meßpunkten (DMS) auftreten, die eine Fehlerkompensation durch geeignete Applikation unmöglich machen. Als Folge hiervon werden dem tatsächlichen Meßsignal reaktionsbedingte Störsignale überlagert, die die Gesamtgenauigkeit eines vorliegenden Meßsystems reduzie ren.With absolutely play-free compensating couplings such as all-steel Clutches experience offset reaction forces that are significantly above of those systems with play. Due to the selective application of force, d. H. the screw connection of the plate pack is inhomogeneous distribution in the adapter flange and thus in the strain sensor. In addition, by combining different types of offsets symmetrical strain curves occur at the measuring points (DMS), the one Make error compensation impossible by suitable application. As a result of this, the actual measurement signal becomes reaction-related interference signals superimposed, which reduce the overall accuracy of an existing measuring system ren.
Die Adaption von Ganzstahlkupplungen mit entsprechenden Dehnungsaufneh mern erfolgt in der Regel durch einfache, möglichst kurzbauende Adaptionsflan sche. Diese können die punktuell und ungleichförmig eingeleiteten Kräfte auf grund der Anbindung der Lamellenpakete nur unzureichend homogenisieren. Als Folge hieraus treten bei der Kombination entsprechender Verlagerungs komponenten Meßfehler auf, die sich entsprechend Bild 3 darstellen.The adaptation of all-steel couplings with appropriate expansion transducers is usually carried out using simple, as short as possible adaptation flanges. Due to the connection of the plate packs, these can only insufficiently homogenize the forces that are introduced selectively and irregularly. As a result, measurement errors occur when combining the corresponding displacement components, which are shown in Figure 3.
Durch eine Rotation der Kupplung im voll verlagerten Zustand treten, bezogen auf die ensprechende Winkelpositionen (X-Achse), die dargestellten Nullpunkt verschiebungen (Y-Achse) auf. Ermittelte Meßwerte (Drehmomente) wären so mit bei Rotation der Kupplung mit einem schwellenden Signal mit dem darge stellten Pegel überlagert.Pedal by rotating the clutch in the fully shifted state to the corresponding angular positions (X-axis), the zero point shown shifts (Y axis). Measured values (torques) would be so with when the clutch rotates with a swelling signal with the darge level superimposed.
Aufgabe der Erfindung ist es, den durch die einwirkenden Reaktionskräfte ver ursachten Meßfehler mindestens erheblich zu verringern.The object of the invention is to ver by the acting reaction forces cause measurement errors to be reduced at least considerably.
Dies geschieht durch eine neue erfindungsgemäße Gestaltung des Adaptions flansches. Damit werden die von der Ausgleichskupplung erzeugten, uner wünschten Reaktionskräfte vom Dehnungsaufnehmer entkoppelt. Hierdurch kann die volle Verlagerungsfähigkeit der eingesetzten Ausgleichskupplung in Anspruch genommen werden, ohne erhöhte Meßfehler in Kauf nehmen zu müssen.This is done by a new design of the adaptation according to the invention flange. So that the generated by the compensating coupling, un desired reaction forces decoupled from the strain sensor. hereby can the full displacement ability of the compensating coupling used in Be claimed without having to accept increased measurement errors have to.
Das Wesen der Erfindung ergibt sich aus dem Patentanspruch 1 und wird nach den Unteransprüchen weitergebildet. In der nachfolgenden Beschreibung sind anhand von Bildern von einer bekannten und von erfindungsgemäßen Baufor men des Adaptionsflansches Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Darin zeigen Bild 1 eine Drehmoment-Meßkupplung in Kombination mit einer Ganzstahl- Kupplung nach dem St. d. T. mit einem herkömmlichen Adaptionsflansch kurze Bauform;The essence of the invention results from claim 1 and is developed according to the subclaims. In the following description, examples of the invention are described with the aid of pictures of a known and of the construction of the adapter flange according to the invention. Figure 1 shows a torque measuring coupling in combination with an all-steel coupling according to the St. d. T. with a conventional adapter flange short design;
Bild 2 einen Adaptionsflansch kurzer Bauform herkömmlicher Bauart; Figure 2 an adapter flange of short design of conventional design;
Bild 3 den Meßfehler aufgrund von Achsversatz im Leerlauf, ohne zusätzliche Drehmomentbelastung bei Verwendung eines herkömmlichen Adaptionsflan sches; Figure 3 shows the measurement error due to axis misalignment when idling, without additional torque load when using a conventional adaptation flange;
Bild 4 die Anordnung von Bild 1 unter Verwendung einer ersten Ausführung form des erfindungsgemäßen Adaptionsflansches; Figure 4 shows the arrangement of Figure 1 using a first embodiment form of the adapter flange according to the invention;
Bild 5 einen erfindungsgemäßen Adaptionsflansch mit Preßdeckel; Figure 5 a Adaptionsflansch invention with pressing lid;
Bild 6 den Meßfehler aufgrund von Achsversatz bei Verwendung eines erfin dungsgemäßen Adaptionsflansches; Figure 6 shows the measurement error due to axis misalignment when using an adaptation flange according to the invention;
Bild 7 eine abgeänderte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Adaptions flansches; Figure 7 shows a modified embodiment of the adapter flange according to the invention;
Bild 8 eine Explosionsdarstellung einer Anordnung mit einem erfindungsgemä ßen Adaptionsflansch. Figure 8 is an exploded view of an arrangement with an adaptation flange according to the invention.
In der herkömmlichen Anordnung von Bild 1 sind mit 1 die beiderseitigen Na ben bezeichnet, 2 ist das jeweilige Lamellenpakt, 3 der herkömmliche Adaptions flansch, 4 die Dehnhülse zur Messung der drehmomentproportionalen Oberflä chendehnung, 6 ist ein Signal-Drehübertrager/Statorelektronik. In the conventional arrangement of Figure 1, 1 denotes the bilateral hub, 2 is the respective plate compact, 3 is the conventional adapter flange, 4 is the expansion sleeve for measuring the torque-proportional surface expansion, 6 is a rotary signal transmitter / stator electronics.
Bild 2 zeigt in einer Draufsicht und zwei Schnitten A-A und B-B den herkömmli chen Adaptionsflansch. Figure 2 shows a top view and two sections AA and BB of the conventional adapter flange.
Die Meßergebnisse nach Bild 3 wurden von einer herkömmlichen Kupplung mit einem Nennmoment von 1600 Nm genommen. Eine Variation des Meßsignals für das Fehlermoment von ±27 Nm, wie in Bild 3 dargestellt, entspricht somit einem Meßfehler von ±1,7% vom Nennmoment der Kupplung.The measurement results according to Figure 3 were taken from a conventional clutch with a nominal torque of 1600 Nm. A variation of the measurement signal for the error torque of ± 27 Nm, as shown in Figure 3, corresponds to a measurement error of ± 1.7% of the nominal torque of the clutch.
Nach Bild 4 wurde jeder Adaptionsflansch 13 erfindungsgemäß durch einen hauptsächlich radialen Freistich 13a in zwei Teilflansche 13b aufgeteilt, die mittig miteinander verbunden geblieben sind. Sie sind vorzugsweise eben und haben vorzugsweise über den ganzen Radius des Freistichs 13a gleiche Dicke. Sie sind auch vorzugsweise im Verhältnis zueinander von gleicher Dicke. Sie können aber auch uneben und von ungleicher Dicke sein. Der Freistich 13a verläuft bei spielsweise genau radial in einer zur Drehachse D des Adaptionsflansches senk rechten Ebene E. Der Freistich 13a kann auch in einem spitzen Winkel zur Ebene E verlaufen. Diese Ausbildung ist in der Wirkung besser, ist jedoch schwieriger herzustellen.According to Fig 4, each Adaptionsflansch 13 was divided according to the invention b by a mainly radial undercut 13 a into two partial flanges 13, which are still connected to each other centrally. They are preferably flat and preferably have the same thickness over the entire radius of the undercut 13 a. They are also preferably of the same thickness in relation to one another. But they can also be uneven and of uneven thickness. The undercut 13 a extends, for example, exactly radially in a plane E which is perpendicular to the axis of rotation D of the adapter flange E. The undercut 13 a can also run at an acute angle to the plane E. This training is better in effect, but it is more difficult to produce.
Nach Bild 5 ist in Ansicht und in Schnitten A-A und B-B der Adaptionsflansch 23 mit dem Freistich 23a und den Teilflanschen 23b dargestellt. Zusätzlich ist ein Preßdeckel 5 in einer Ausnehmung 5a vorgesehen. Durch Konzentration des Kraftflußes auf möglichst kleine Querschnitte (Freistich von außen) kann die punktuelle Krafteinleitung auf der Lamellenpaket-Seite homogenisiert werden. Gleichzeitig wird durch Verwendung eines Preßdeckels die radiale Steifigkeit der Lamellenpaket-Seite stark gesteigert, so daß unsymmetrische radiale Kraftein wirkungen nur in stark abgeschwächtem Maße auf die Antriebsseite (Dehnhülse) übertragen werden. Durch diese Ausführungsform (Freistich auf geringe Quer schnitte-Preßdeckel mit Übermaß) konnte eine erhebliche Reduzierung des ver satzbedingten Meßfehlers erreicht werden. Bei vergleichbarem Verlagerungsniveau konnte der Fehler von ±27 Nm auf ±0,75 Nm reduziert werden (Bild 6). Dies entspricht bei einem Nennmoment von 1600 Nm einem Fehler von ±0,05% vom Nennmoment.According to Figure 5 in view and in sections AA and BB of Adaptionsflansch 23 with the undercut 23 a and the partial flanges 23 b is shown. In addition, a press cover 5 is provided in a recess 5 a. By concentrating the power flow on the smallest possible cross-sections (undercut from outside), the selective application of force on the plate pack side can be homogenized. At the same time, the radial rigidity of the disk pack side is greatly increased by using a press cover, so that asymmetrical radial force effects are only transmitted to the drive side (expansion sleeve) to a greatly weakened extent. This embodiment (undercut to small cross-sections press cover with oversize) was able to achieve a considerable reduction in the measurement error due to the set. With a comparable displacement level, the error could be reduced from ± 27 Nm to ± 0.75 Nm ( Figure 6). With a nominal torque of 1600 Nm, this corresponds to an error of ± 0.05% of the nominal torque.
Bild 6 zeigt die Meßergebnisse bei einer Messung analog der nach Bild 3, jedoch unter Verwendung eines Adaptionsflansches nach der Erfindung. Diese Messung beweist bei einem gleichen Verlagerungsrisiko wie bei der Messung nach Bild 3 die Vorteile des Adaptionsflansches nach der Erfindung, nämlich bei einer Ak zeptanz höherer Achsversätze, einem kleineren Niveau des Fehlers und einer erhöhten Gesamtgenauigkeit des Systems. Figure 6 shows the measurement results for a measurement analogous to that of Figure 3, but using an adaptation flange according to the invention. This measurement proves, with the same risk of displacement as with the measurement according to Figure 3, the advantages of the adapter flange according to the invention, namely with an acceptance of higher axis misalignments, a lower level of error and an increased overall accuracy of the system.
In Bild 7 ist in Ansicht und in Schnitten A-A und B-B ein Adaptionsflansch 33 nach der Erfindung gezeigt, der einen Preßdeckel 5 in einer Bohrung 5a besitzt. Der radiale Freistich 33a kann sehr schmal sein, wodurch entweder die Dicke der Teilflansche 33b vergrößert oder aber die Gesamtbaulänge verkürzt werden kann.In Figure 7, an adapter flange 33 according to the invention is shown in view and in sections AA and BB, which has a press cover 5 in a bore 5 a. The radial undercut 33 a can be very narrow, which can either increase the thickness of the partial flanges 33 b or shorten the overall length.
Dieser erfindungsgemäße Adaptionsflansch erfährt eine zusätzliche Schwächung hinsichtlich der Axial- und Radialsteifigkeit. Hierdurch kann eine stärkere Ent koppelung der Störgrößen erreicht werden. Anwendung findet diese Ausgestal tung vor allem bei großen Abmessungen oder bei extremen kupplungsbeding ten Reaktionskräften.This adapter flange according to the invention is additionally weakened in terms of axial and radial rigidity. This allows a stronger Ent coupling of the disturbance variables can be achieved. This configuration is used especially with large dimensions or with extreme coupling conditions reaction forces.
Durch weitere Reduzierung der Flanschsteifigkeit in Axialrichtung, sowie Verla gerung der Preßpassung auf den Außendurchmesser des Preßdeckels kann eine absolute Entkoppelung der Reaktionskräfte erfolgen, gleichzeitig muß jedoch eine zusätzliche Reduzierung der Gesamtsteifigkeit akzeptiert werden. Hier durch können Lamellenpakete mit hoher Steifigkeit (großer Leistungsdichte) ohne zusätzliche Erhöhung des Meßfehlers mit DMS-Meßnaben gekoppelt wer den. Gleichzeitig bleibt die volle Verlagerungsfähigkeit der eingesetzten Ausgleichskupplungen erhalten, d. h. ohne jeglichen Kompromiß bzgl. Meßgenauig keit und Kosten.By further reducing the flange stiffness in the axial direction, as well as Verla The press fit on the outside diameter of the press cover can be reduced absolute decoupling of the reaction forces take place, however, at the same time an additional reduction in overall stiffness can be accepted. here by means of plate packs with high rigidity (high power density) without additional increase in the measurement error coupled with strain gauge measuring hubs the. At the same time, the compensating couplings used remain fully displaceable received, d. H. without any compromise regarding measurement accuracy speed and costs.
Bild 8 zeigt eine Explosionsdarstellung, wobei die Einzelheiten des Adaptions flansches 3, 13, 23, 33 nicht herausgestellt sind. Figure 8 shows an exploded view, the details of the adapter flange 3 , 13 , 23 , 33 are not highlighted.
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