DE102004055124B4

DE102004055124B4 - Drehmomentsensor

Info

Publication number: DE102004055124B4
Application number: DE102004055124.3A
Authority: DE
Inventors: Dirk Rachui; Dr. Jerems Frank; Jens Thom
Original assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Current assignee: Valeo Schalter und Sensoren GmbH
Priority date: 2004-11-10
Filing date: 2004-11-10
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2024-11-11
Also published as: EP1809996A1; WO2006050762A1; US20080295612A1; DE102004055124A1

Abstract

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 und dass die Entkopplungsvorrichtung (42) in radialer und/oder in axialer Richtung elastisch 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 1 269 133 B1 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.
Das Dokument DE 103 07 703 A1 offenbart einen weiteren Drehmomentsensor aus dem Stand der Technik, bei welchem eine statische Sensoreinheit über eine Entkopplungseinrichtung am Gehäuse der Drehmomentsensorvorrichtung befestigt ist.
Aus der DE 102 56 322 A1 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 gemäß 2.
In der 1 ist mit dem Bezugszeichen 10 ein Drehmomentsensor bezeichnet, der eine Torsionseinrichtung 12 aufweist, die über nicht dargestellte Lager, zum Beispiel Kugellager oder dergleichen, in einem Gehäuse 14 drehbar gelagert ist. An der Torsionseinrichtung 12 sind zwei kreisringförmige, ferromagnetische Drehmomentsensoreinheiten befestigt, die nachfolgend als dynamische Sensoreinheit 16 bezeichnet werden. Diese dynamische Sensoreinheit 16 wird von zwei Magnetflusskonzentratoren 18 teilweise übergriffen, wobei die Magnetflusskonzentratoren 18 Teil einer statischen Sensoreinheit 20 sind. Diese statische Sensoreinheit 20 besitzt einen Gleitring 22, der ein (nicht dargestelltes) Gleitlager der Torsionseinrichtung 12 umgreift und sich über axial abragende Flügel 24 an an der Innenseite des Gehäuses 14 vorgesehene Schultern 26 (2) abstützt, so dass die statische Sensoreinheit 20 nicht mit der Torsionseinrichtung 12 mitdreht.
Die statische Sensoreinheit 20 wird von einem ersten Sensorteil 28 und einem zweiten Sensorteil 30 gebildet, wobei das zweite Sensorteil 30 die Torsionseinrichtung 12 umgreift und das erste Sensorteil 28 an einem Deckel 32 befestigt ist, mit welchem eine Gehäuseöffnung 34 verschlossen werden kann. Die beiden Sensorteile 28 und 30 sind mittels einer Schraubverbindung 36 (3) starr miteinander verbindbar, wobei die Schraubverbindung 36 von außerhalb des Gehäuses 14 zugänglich ist. Der Deckel 32 selbst wird mittels Schrauben 38 an einem Flansch 40 des Gehäuses 14 festgeschraubt.
Aus den 1 und 2 ist erkennbar, dass das erste Sensorteil 28 über eine Entkopplungsvorrichtung 42 im Deckel 32 befestigt ist, wobei die Entkopplungsvorrichtung 42 das erste Sensorteil 28 vollständig umgibt und dieses elastisch beziehungsweise flexibel lagert.
Wird also nach dem Aufsetzen des Deckels 32 auf den Flansch 40 das erste Sensorteil 28 über die Schraubverbindung 36 mit dem zweiten Sensorteil 30 verbunden, und anschließend der Deckel 32 über die Schrauben 38 am Gehäuse 14 festgeschraubt, werden noch verbleibende Verspannungen oder Fertigungs- oder Montagetoleranzen zwischen der statischen Sensoreinheit 20 und der Torsionseinrichtung 12 mit der dynamischen Sensoreinheit 16 (statische Montagetoleranzen) als auch dynamische Toleranzen im Betrieb (Rundlaufungenauigkeiten und dergleichen) ausgeglichen, da die Entkopplungsvorrichtung 42 das erste Sensorteil 28 vom Deckel 32 und somit vom Gehäuse 14 entkoppelt. Diese Entkopplungsvorrichtung 42 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 Deckel 32 vom Gehäuse 14 entfernt und gegen einen neuen Deckel ausgetauscht werden muss. Es erübrigt sich eine komplette Demontage des Drehmomentsensors 10.
Die Oberseite 44 des zweiten Sensorteils 30 ist so ausgestaltet, dass die elektronischen Bauteile des ersten Sensorteil 28, wie Hall-Sensoren und dergleichen, von oben, das heißt orthogonal zur Oberseite 44 in das zweite Sensorteil 30 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

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 und dass die Entkopplungsvorrichtung (42) in radialer und/oder in axialer Richtung elastisch 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, 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) mit den elektronischen Bauteilen des Drehmomentsensors (10) ausgestattet 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 10, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Sensoreinheit (20) Teil des Deckels (32) ist.
Drehmomentsensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsvorrichtung (42) aus Kunststoff oder aus Federstahl besteht.