DE102004055124A1 - Drehmomentsensor - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Drehmomentsensor mit einem Gehäuse, mit einer im Gehäuse drehbar gelagerten Torsionseinrichtung, einer drehfest mit der Torsionseinrichtung verbundenen dynamischen Sensoreinheit und einer mit der dynamischen Sensoreinheit zusammenwirkenden statischen Sensoreinheit, wobei die statische Sensoreinheit über eine Entkopplungsvorrichtung elastisch mit dem Gehäuse verbunden ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Drehmomentsensor mit einem Gehäuse, einer im Gehäuse drehbar gelagerten Torsionseinrichtung, einer drehfest mit der Torsionseinrichtung verbundenen dynamischen Sensoreinheit und einer mit der dynamischen Sensoreinheit zusammenwirkenden statischen Sensoreinheit.
- Aus der EP-A-1 269 133 ist ein Drehmomentsensor bekannt, der eine Torsionseinrichtung aufweist, die von einem Torsionsstab gebildet wird. Am einen Ende dieses Torsionsstabs sind zwei ferromagnetische Räder mit axial abragenden Zähnen und am anderen Ende ist ein Ringmagnet vorgesehen, die gegeneinander verdreht werden, wenn an der Torsionseinrichtung ein Drehmoment aufgebracht wird. Diese Verdrehung wird von einem magnetempfindlichen Element, zum Beispiel einem Hall-Sensor erfasst. Sowohl die ferromagnetischen Räder, der Ringmagnet als auch der Magnetsensor werden zu einer Einheit verbaut, die als Ganzes auf die Torsionseinrichtung aufgeschoben und mit dieser verbunden wird. Es hat sich herausgestellt, dass bei einem Defekt die komplette Einheit ausgetauscht werden muss, selbst dann, wenn nur ein elektronisches Bauteil ausfällt. Außerdem wirken sich Montagetoleranzen nachteilig auf die Messergebnisse aus, da die ferromagnetischen Räder, der Ringmagnet und das Sensorelement als starre, unflexible Einheit verbaut sind.
- Aus der DE-A-102 56 322 ist ein weiterer Drehmomentsensor bekannt, bei welchem nicht definiert ist, der Hall-Sensor, befestigt ist. Beim Drehmomentsensor der DE-A-198 28 513 sind die dynamische Einheit und die statische Einheit in einem Gehäuse zu einer Drehmomenteinheit verbaut. Diese Drehmomenteinheit kann nur als Gesamtes gehandhabt werden.
- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehmomentsensor bereitzustellen, der wartungsfreundlicher ist und der unempfindlicher gegen Montagetoleranzen ist.
- Diese Aufgabe wird mit einem Drehmomentsensor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die statische Sensoreinheit über eine Entkopplungsvorrichtung elastisch mit dem Gehäuse verbunden ist.
- Beim erfindungsgemäßen Drehmomentsensor werden aus der dynamischen Sensoreinheit und der statischen Sensoreinheit die Messdaten erzeugt, wobei die dynamische Sensoreinheit an der Torsionseinrichtung befestigt und die statische Sensoreinheit nicht direkt, das heißt starr mit dem Gehäuse, sondern über eine Entkopplungsvorrichtung elastisch mit dem Gehäuse verbunden ist. Dies hat zur Folge, dass die statische Sensoreinheit Lageänderungen vollziehen kann, da sie quasi elastisch aufgehängt ist. Dadurch können Montagetoleranzen ausgeglichen werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass die statische Sensoreinheit, da sie am Gehäuse befestigt ist, unabhängig von der dynamischen Sensoreinheit ausgetauscht werden kann. Ein derart ausgebildeter Drehmomentsensor ist zum einen wartungsfreundlicher, zum anderen unempfindlicher gegenüber Montagetoleranzen.
- Bei einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die statische Sensoreinheit ein über die Entkopplungsvorrichtung am Gehäuse befestigtes erstes Sensorteil und ein an der Torsionseinrichtung angreifendes zweites Sensorteil aufweist. Durch die Aufteilung der statischen Sensoreinheit in mehrere, insbesondere in ein erstes und ein zweites Sensorteil wird die Möglichkeit geschaffen, das eine Sensorteil direkt mit der dynamischen Sensoreinheit zu verbinden, so dass dieses zweite Sensorteil zusammen mit der dynamischen Sensoreinheit gehandhabt werden kann. Das erste Sensorteil ist separat handhabbar und am Gehäuse befestigt. Dieses erste Sensorteil liegt über die elastische Ankopplungsvorrichtung am Gehäuse an und ist daher in seiner Lage korrigierbar. Sowohl statische Montagetoleranzen als auch dynamische Toleranzen bei Betrieb des Sensors, das heißt axiale und radiale Bewegungen der Welle bezüglich des Gehäuses, wirken sich auf diese Weise vermindert auf die statische Sensoreinheit aus, da diese den Montagetoleranzen folgen kann. Verspannungen werden vermieden.
- Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung sind die beiden Sensorteile lösbar miteinander verbunden. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, dass im Wartungs- und/oder Reparaturfalle lediglich das erste, am Gehäuse befestigte Sensorteil gelöst werden muss, um die Wartungs- und/oder Austauscharbeiten durchzuführen.
- Bei einer Weiterbildung ist außerdem vorgesehen, dass die statische Sensoreinheit lösbar mit dem Gehäuse verbunden ist. Hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, dass beide, das heißt das erste und das zweite Sensorteil zusammen, vom Gehäuse gelöst und von der dynamischen Sensoreinheit entfernt werden können. Auch hierdurch werden die Wartung und der Austausch von Teilen wesentlich erleichtert.
- Eine lösbare Verbindung wird zum Beispiel durch eine Schraubverbindung, eine Rastverbindung oder eine Klemmverbindung realisiert. Andere lösbare Verbindungen sollen dabei aber nicht ausgeschlossen sein.
- Um die Wartungs-, Montage- und/oder Austauscharbeiten noch weiter zu vereinfachen, ist die lösbare Verbindung erfindungsgemäß von außerhalb des Gehäuses zugänglich. Dies bedeutet, dass der Drehmomentsensor nicht in seine Einzelteile zerlegt werden muss, was beim Stand der Technik üblich war, falls ein elektronischer Defekt vorliegt und deshalb Bauteile ausgetauscht werden müssen. Zu diesem Zweck ist die statische Sensoreinheit, und insbesondere bei einem mehrteiligen Aufbau nur das erste Sensorteil, mit den elektronischen Bauteilen des Drehmomentsensors ausgestattet. Die elektronischen Bauteile sind also nicht über alle Sensoreinheiten verteilt angeordnet, sondern in der statischen Sensoreinheit zusammengefasst und insbesondere in einem ersten Sensorteil dieser statischen Sensoreinheit. Da der Austausch von außerhalb des Gehäuses erfolgen kann, erübrigt sich eine komplette Demontage des Drehmomentsensors.
- Eine optimale Entkopplung der statischen Sensoreinheit vom Gehäuse kann dadurch erreicht werden, dass die Entkopplungsvorrichtung in radialer und/oder in axialer Richtung elastisch ist. Dabei kann die Entkopplungsvorrichtung zum Beispiel als Membran oder als Membranring ausgebildet sein. Hierdurch wird außerdem erreicht, dass über die Membran beziehungsweise den Membranring eine Abdichtung des Gehäuses beziehungsweise des Gehäuseinnenraums erfolgt.
- Erfindungsgemäß ist die Entkopplungsvorrichtung als Teil eines eine Gehäuseöffnung verschließenden Deckels ausgebildet. Nach dem Entfernen des Deckels, wobei dadurch auch die statische Sensoreinheit, beziehungsweise ein erstes Sensorteil der statischen Sensoreinheit, entfernt wird, ist das Innere des Gehäuses zugänglich. Auch hierdurch werden Wartungsarbeiten wesentlich vereinfacht.
- Die Entkopplungsvorrichtung ist zum Beispiel aus Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer, aus Federstahl, insbesondere einem Wellrohr, oder einem entsprechenden elastischen Material hergestellt. Derartige Materialien, beziehungsweise Bauteile, sind federelastisch und können sowohl Kräfte übertragen als auch Lageabweichungen korrigieren.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Dabei können die in der Zeichnung dargestellten sowie in der Beschreibung und in den Ansprüchen erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
- In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine Explosionsdarstellung eines Drehmomentsensors, mit teilweise aufgeschnittenem Gehäuse; -
2 eine perspektivische Darstellung des Drehmomentsensors mit teilweise aufgeschnittenem Gehäuse; und -
3 eine Seitenansicht des Drehmomentsensors mit Schnitt III-III gemäß2 . - In der
1 ist mit dem Bezugszeichen10 ein Drehmomentsensor bezeichnet, der eine Torsionseinrichtung12 aufweist, die über nicht dargestellte Lager, zum Beispiel Kugellager oder dergleichen, in einem Gehäuse14 drehbar gelagert ist. An der Torsionseinrichtung12 sind zwei kreisringförmige, ferromagnetische Drehmomentsensoreinheiten befestigt, die nachfolgend als dynamische Sensoreinheit16 bezeichnet werden. Diese dynamische Sensoreinheit16 wird von zwei Magnetflusskonzentratoren18 teilweise übergriffen, wobei die Magnetflusskonzentratoren18 Teil einer statischen Sensoreinheit20 sind. Diese statische Sensoreinheit20 besitzt einen Gleitring22 , der ein (nicht dargestelltes) Gleitlager der Torsionseinrichtung12 umgreift und sich über axial abragende Flügel24 an an der Innenseite des Gehäuses14 vorgesehene Schultern26 (2 ) abstützt, so dass die statische Sensoreinheit20 nicht mit der Torsionseinrichtung12 mitdreht. - Die statische Sensoreinheit
20 wird von einem ersten Sensorteil28 und einem zweiten Sensorteil30 gebildet, wobei das zweite Sensorteil30 die Torsionseinrichtung12 umgreift und das erste Sensorteil28 an einem Deckel32 befestigt ist, mit welchem eine Gehäuseöffnung34 verschlossen werden kann. Die beiden Sensorteile28 und30 sind mittels einer Schraubverbindung36 (3 ) starr miteinander verbindbar, wobei die Schraubverbindung36 von außerhalb des Gehäuses14 zugänglich ist. Der Deckel32 selbst wird mittels Schrauben38 an einem Flansch40 des Gehäuses14 festgeschraubt. - Aus den
1 und2 ist erkennbar, dass das erste Sensorteil28 über eine Entkopplungsvorrichtung42 im Deckel32 befestigt ist, wobei die Entkopplungsvorrichtung42 das erste Sensorteil28 vollständig umgibt und dieses elastisch beziehungsweise flexibel lagert. - Wird also nach dem Aufsetzen des Deckels
32 auf den Flansch40 das erste Sensorteil28 über die Schraubverbindung36 mit dem zweiten Sensorteil30 verbunden, und anschließend der Deckel32 über die Schrauben38 am Gehäuse14 festgeschraubt, werden noch verbleibende Verspannungen oder Fertigungs- oder Montagetoleranzen zwischen der statischen Sensoreinheit20 und der Torsionseinrichtung12 mit der dynamischen Sensoreinheit16 (statische Montagetoleranzen) als auch dynamische Toleranzen im Betrieb (Rundlaufungenauigkeiten und dergleichen) ausgeglichen, da die Entkopplungsvorrichtung42 das erste Sensorteil28 vom Deckel32 und somit vom Gehäuse14 entkoppelt. Diese Entkopplungsvorrichtung42 ist zum Beispiel eine Kunststoffmembran, die sowohl in axialer als auch in radialer Richtung elastische Eigenschaften besitzt. - Außerdem sind im ersten Sensorteil
28 alle elektronischen Bauteile untergebracht, so dass im Wartungs- und/oder Reparaturfall lediglich der Deckel32 vom Gehäuse14 entfernt und gegen einen neuen Deckel ausgetauscht werden muss. Es erübrigt sich eine komplette Demontage des Drehmomentsensors10 . - Die Oberseite
44 des zweiten Sensorteils30 ist so ausgestaltet, dass die elektronischen Bauteile des ersten Sensorteil28 , wie Hall-Sensoren und dergleichen, von oben, das heißt orthogonal zur Oberseite44 in das zweite Sensorteil30 eingesteckt werden können. - Mit dem erfindungsgemäßen Drehmomentsensor
10 sind Wartungs- und/oder Reparaturarbeiten wesentlich schneller und dadurch preisgünstiger durchzuführen. Außerdem haben statische Montagetoleranzen und dynamische Toleranzen keinen Einfluss auf das Sensorsignal.
Claims (13)
- Drehmomentsensor (
10 ) mit einem Gehäuse (14 ), einer im Gehäuse (14 ) drehbar gelagerten Torsionseinrichtung (12 ), einer drehfest mit der Torsionseinrichtung (12 ) verbundenen dynamischen Sensoreinheit (16 ) und einer mit der dynamischen Sensoreinheit (16 ) zusammenwirkenden statischen Sensoreinheit (20 ), dadurch gekennzeichnet, dass die statische Sensoreinheit (20 ) über eine Entkopplungsvorrichtung (42 ) elastisch mit dem Gehäuse (14 ) verbunden ist. - Drehmomentsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Sensoreinheit (
20 ) ein über die Entkopplungsvorrichtung (42 ) am Gehäuse (14 ) befestigtes erstes Sensorteil (28 ) und ein an der Torsionseinrichtung (12 ) angreifendes zweites Sensorteil (30 ) aufweist. - Drehmomentsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensorteil (
30 ) über ein Lagerelement, insbesondere über einen Gleitring (22 ) mit einem Gleitlager der Torsionseinrichtung (12 ) verbunden ist. - Drehmomentsensor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Sensorteile (
28 ,30 ) lösbar miteinander verbunden sind. - Drehmomentsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Sensoreinheit (
20 ) lösbar mit dem Gehäuse (14 ) verbunden ist. - Drehmomentsensor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung eine Schraubverbindung (
36 ), eine Rastverbindung oder eine Klemmverbindung ist. - Drehmomentsensor nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung von außerhalb des Gehäuses (
14 ) zugänglich ist. - Drehmomentsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Sensoreinheit (
20 ), insbesondere ein erstes Sensorteil (28 ), mit den elektronischen Bauteilen des Drehmomentsensors (10 ) ausgestattet ist. - Drehmomentsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsvorrichtung (
42 ) in radialer und/oder in axialer Richtung elastisch ist. - Drehmomentsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsvorrichtung (
42 ) als Membran oder als Membranring ausgebildet ist. - Drehmomentsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsvorrichtung (
42 ) Teil eines eine Gehäuseöffnung (34 ) verschließenden Deckels (32 ) ist. - Drehmomentsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Sensoreinheit (
20 ), insbesondere ein erstes Sensorteil (28 ), Teil des Deckels (32 ) ist. - Drehmomentsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsvorrichtung (
42 ) aus Kunststoff, insbesondere aus einem Elastomer, aus Federstahl, insbesondere einem Wellrohr, oder dergleichen besteht.
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