DE102008056302A1

DE102008056302A1 - Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten

Info

Publication number: DE102008056302A1
Application number: DE102008056302A
Authority: DE
Inventors: Andreas Eicke; Joachim Heidemann
Original assignee: ThyssenKrupp EGM GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp EGM GmbH
Priority date: 2008-11-07
Filing date: 2008-11-07
Publication date: 2010-05-12
Also published as: CN102216748B; CN102216748A; US20120118081A1; WO2010051871A1; EP2352978A1

Abstract

Eine Vorrichtung (2) zur Übertragung von Drehmomenten mit einer drehmomentübertragenden Welle (6) und einem Lagerbock (4) zur Lagerung der Welle (6) weist Messmittel zur Messung eines an der Welle (6) anliegenden Drehmomentes auf, die wenigstens teilweise in den Lagerbock (4) integriert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.
Derartige Vorrichtungen sind insbesondere im Bereich der Meßtechnik bekannt, wo sie an ihrem Eingang ein Drehmoment aufnehmen, welches sie an den Ausgang der Vorrichtung übertragen, an dem das Eingangsdrehmoment als Ausgangsdrehmoment abgenommen werden kann. Zur Übertragung des Eingangsdrehmoments an den Ausgang der Vorrichtung dient eine Welle, die drehbar gelagert ist. Für die Lagerung der Welle werden Wälz- wie auch Gleitlager verwendet, die derart ausgebildet sind, daß ein möglichst hoher Wirkungsgrad der Vorrichtung erreicht wird.
Bei der Verwendung der Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten wird zunächst eingangsseitig eine drehmomentübertragende Welle mit einem Antrieb verbunden, der ein Drehmoment erzeugt. Der Antrieb kann dabei beispielsweise aus einem Motor oder einer Getriebemotorkombination bestehen, wobei verschiedene Arten von Motoren und Getrieben werwendbar sind. Das Eingangsdrehmoment der Vorrichtung kann darüber hinaus auf verschiedene Arten und Weisen erzeugt werden und ist nicht auf die Drehmomenterzeugung durch einen Motor bzw. eine Motorgetriebekombination beschränkt.
Bei den bekannten Vorrichtungen zur Übertragung von Drehmomenten ist am Ausgang der Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten ein Abtrieb angeordnet, der dazu dient, das an dem Ausgang der Vorrichtung anliegende Drehmoment aufzunehmen. Dabei kann der Abtrieb dazu dienen, eine Last zu erzeugen, mit der die Vorrichtung beaufschlagt wird.
Bei den bekannten Vorrichtungen zur Übertragung von Drehmomenten dient diese Anordnung beispielsweise dazu, das durch den Antrieb erzeugte Drehmoment zu messen. Dabei werden bei den bekannten Vorrichtungen zur Übertragung von Drehmomenten am Ausgang der Vorrichtung Meßmittel angeordnet, um das am Ausgang der Vorrichtung anliegende Drehmoment festzustellen und darüber auf das durch den Antrieb erzeugte Drehmoment zu schließen.
Die bekannten Vorrichtungen zur Übertragung von Drehmomenten weisen eine drehmomentübertragende Welle, einen Lagerbock zur Lagerung der Welle und Meßmittel zur Messung eines an der Welle anliegenden Drehmoments auf.
Sie weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie zur Messung eines an der Welle anliegenden Drehmoments einen großen Raum beanspruchen, wodurch Wirkungsgradverluste und Meßfehler impliziert sein können, die durch vergleichsweise aufwendige Mittel kompensiert werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art anzugeben, bei der die Baugröße signifikant reduziert ist, wodurch der benötigte Raum ebenfalls in gleicher Weise verringerbar ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst.
Die Erfindung löst die zugrundeliegende Aufgabe dadurch, daß die Meßmittel wenigstens teilweise in den Lagerbock integriert sind. Dadurch ist es möglich, die Vorrichtung wesentlich kompakter zu gestalten, wodurch sich Vorteile in der Baugröße wie auch in der Handhabung der Vorrichtung ergeben.
Erfindungsgemäß wird unter dem Begriff Bauteil auch eine Baugruppe oder ein Produkt verstanden. Damit kennzeichnet der Begriff Bauteil auch einen Wirkzusammenhang verschiedener Elemente, Bauteile, Baugruppen und Produkte.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Welle Indikatormittel für ein an der Welle anliegendes Drehmoment aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß auf einfache Weise das an der Welle anliegende Drehmoment meßbar ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Indikatormittel wenigstens einen magnetisierten Wellenabschnitt aufweisen. Dadurch wird erreicht, daß das durch die Welle übertragene Drehmoment direkt an der Welle meßbar ist, wodurch beispielsweise mechanische Störgrößen ausgeschaltet werden können. Zudem wird dadurch erreicht, daß die für die Messungen notwendigen Bauteile reduzierbar sind. Die Messung eines Drehmomentes unter Verwendung eines magnetisierten Wellenabschnittes ist aus EP 1 203 209 B1 und EP 1 483 551 B1 bekannt und wird daher hier nicht näher erläutert.
Ein weiterer Vorteil besteht in einer verbesserten Anpassung der Vorrichtung an die Belastung, die durch das zu übertragende Drehmoment auf die Vorrichtung wirkt. Die Anpassung der Vorrichtung an die jeweiligen Belastungen kann auf einfache Weise dadurch erreicht werden, daß beispielsweise die drehmomentübertragende Welle durch eine an die zu erwartenden Belastungen angepaßte Welle ausgetauscht wird. Zudem ist es dadurch möglich, beispielsweise bei einem Defekt der Welle diese schnell gegen eine neue Welle auszutauschen. Dadurch sind die Ausfallzeiten der Vorrichtung beispielsweise bei unsachgemäßem Gebrauch minimierbar.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der magnetisierte Wellenabschnitt langzeitmagnetisiert ist. Dadurch entsteht der Vorteil, daß die Welle ein konstantes Magnetfeld aufweist, wodurch die Messungen des durch die Welle übertragenen Drehmoments kostengünstig und ausreichend präzise durchführbar sind.
Ferner weist der Lagerbock einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wenigstens ein erstes Wellenlager und wenigstens ein zweites Wellenlager auf, so daß die vorteilhafte Weiterbildung dadurch gekennzeichnet ist, daß der magnetisierte Wellenabschnitt zwischen erstem und zweitem Wellenlager angeordnet ist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Vorrichtung in ihren geometrischen Messungen weiter verringert werden kann, wodurch die Handhabung der Vorrichtung ebenfalls verbessert ist.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß der magnetisierte Wellenabschnitt äquidistant zum ersten und zweiten Wellenlager angeordnet ist. Dadurch kann die drehmomentübertragende Welle symmetrisch ausgeführt werden, wodurch eine einfache Justage sowie ein vereinfachtes Austauschen der Welle ermöglicht ist.
Darüber hinaus besteht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, daß die Meßmittel wenigstens eine Spule zur Erzeugung eines bei einer Veränderung des an der Welle anliegenden Drehmoments veränderlichen Magnetfeldes aufweisen. Das Anlegen eines Drehmoments an die drehmomentübertragende Welle führt dazu, daß das durch die Spule erzeugte veränderliche Magnetfeld beeinflußt wird. Dadurch kann auf einfache Weise auf das durch die Welle übertragene Drehmoment geschlossen werden, wodurch eine wartungsarme Vorrichtung realisierbar ist. Zudem kann auf diese Weise die Vorrichtung einfach und kostengünstig kalibriert werden.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Meßmittel wenigstens einen Spulenverstärker zur Verstärkung der Spulenspeisungssignale aufweisen.
Ferner sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Spulenverstärker an dem Lagerbock angeordnet ist, vorzugsweise in den Lagerbock integriert ist. Auf diese Weise ist es möglich, die Anordnung der Spulenverstärker auf kleinstem Raum vorzunehmen. Dadurch ist es ebenfalls möglich, die Strecke zwischen Spulenverstärker und Spule minimal auszuführen, wodurch Störungen des Spulenspeisungssignals signifikant reduziert sind.
Überdies sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Lagerbock wenigstens ein Haltemittel zum Halten wenigstens einer Spule aufweist. Dadurch ergibt sich der Vorteil, daß die Anordnung der Spule bzw. der Spulen auf einfache und präzise Weise erfolgen kann, so daß der Aufwand für die Kalibrierung der Vorrichtung verringerbar ist.
Ferner sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Spule dem Haltemittel entnehmbar ist, insbesondere im Montagezustand des Lagerbocks dem Haltemittel entnehmbar ist. Dadurch wird erreicht, daß der zeitliche Aufwand beispielsweise für einen Aus tausch der Spule maßgeblich verringert ist. Zudem wird dadurch erreicht, daß die Vorrichtung schnell und auf einfache Weise an die Anforderungen der Messung anpaßbar ist. Ferner ist es dadurch möglich, die Instandhaltungszeiten zu reduzieren und zudem die Instandhaltungskosten zu verringern.
Darüber hinaus sieht eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß die Meßmittel wenigstens einen Meßaufnehmer aufweisen, der in den Lagerbock integriert ist. Durch den Meßaufnehmer ist es möglich, eine Meßgröße zu ermitteln, durch die auf das durch die Welle übertragene Drehmoment geschlossen werden kann. Dabei ist es vorteilhaft, einen elektronischen Meßaufnehmer zu verwenden, der eine rechnerunterstützte Protokollierung der Meßgröße ermöglicht und damit die spätere Auswertung der Messung vereinfacht.
Ferner ist eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer ein Magnetfeldsensor ist zum Abfühlen einer durch eine Veränderung des an der Welle anliegenden Drehmoments verursachten Änderung eines Magnetfeldes. Auf diese Weise wird erreicht, daß eine Veränderung des Magnetfeldes meßbar ist, wodurch auf das an der Welle anliegende Drehmoment geschlossen werden kann, welches das Magnetfeld beeinflußt. Dadurch ist es möglich, die Messung nahezu ausschließlich elektronisch vorzunehmen, wodurch ein mechanischer Verschleiß der Vorrichtung minimiert bzw. ausgeschlossen ist. Infolgedessen ist die Standzeit der Vorrichtung verbessert.
Darüber hinaus sieht eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vor, daß der Werkstoff der Welle 50NiCr13 und/oder 45CrNiMo16 ist oder enthält. Durch die auf den genannten Werkstoffen basierende Materialwahl für die Welle wird erreicht, daß die Welle sehr gut an die Vorrichtungsanforderung anpaßbar ist. Zudem kann dadurch die Welle sehr gut bearbeitet werden, wodurch die Herstellkosten reduzierbar sind. Ferner hat sich gezeigt, daß die genannten Werkstoffe sehr gut für eine Langzeitmagnetisierung der Welle geeignet sind.
Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung sieht vor, daß die Welle wenigstens abschnittsweise durchgehärtet ist und insbesondere wenigstens abschnittsweise eine Härte von ≥ 58 HRC gemäß DIN EN 10109 aufweist. Durch die Härtung der Welle werden die mechanischen Eigenschaften für die Messung des Drehmoments verbessert, wodurch der Anwendungsbereich der Vorrichtung vergrößert wird.
Ein erfindungsgemäßer Prüfstand zur Funktionsprüfung von Antriebssträngen und/oder Bauteilen von Antriebssträngen ist im Anspruch 16 angegeben.
Eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem Prüfstand zur Funktionsprüfung von Antriebssträngen und/oder Bauteilen von Antriebssträngen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, ist im Anspruch 17 angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, in der ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt ist. Dabei bilden alle in den Patentansprüchen beanspruchten, beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Merkmale für sich genommen sowie in beliebiger Kombination miteinander den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen und deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Beschreibung bzw. Darstellung in der Zeichnung.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Vertikalschnitt durch das Ausführungsbeispiel der Vorrich tung in einer detailreduzierten Darstellungsweise.
Das Ausführungsbeispiel der Vorrichtung 2 weist einen Lagerbock 4 auf, in dem eine drehmomentübertragende Welle 6 durch ein erstes Wellenlager 8 und ein zweites Wellenlager 10 drehbar gelagert ist. Für das erste Wellenlager 8 und das zweite Wellenlager 10 wird jeweils ein Rillenkugellager verwendet.
Die drehmomentübertragende Welle 6 überträgt ein Antriebsdrehmoment 12, welches durch einen Antrieb erzeugt wird. Der Antrieb und die Verbindung der drehmomentübertragenden Welle 6 mit dem Antrieb sind zur besseren Übersicht nicht dargestellt.
Das Antriebsdrehmoment 12 wird durch die drehmomentübertragende Welle 6 übertragen und als Abtriebsdrehmoment 14 am Wellenabtriebsende abgegeben. Das Wellenabtriebsende ist zur Vereinfachung der Darstellung ebenfalls nicht dargestellt.
Die drehmomentübertragende Welle 6 ist zwischen dem ersten Wellenlager 8 und dem zweiten Wellenlager 10 symmetrisch zu einer Mittelebene 16 aufgebaut. Zur Mitte des ersten Wellenlagers 8 und des zweiten Wellenlagers 10 weist die drehmomentübertragende Welle 6 einen magnetisierten Wellenabschnitt 18 auf, der in einem Wellenabsatz 20 angeordnet ist. Der magnetisierte Wellenabschnitt 18 ist damit äquidistant zum ersten und zweiten Wellenlager 8, 10 angeordnet. Darüber hinaus ist in dem Lagerbock 4 eine Spule 22 angeordnet, die ein elektrisches Magnetfeld erzeugt. Die Achse 24 der Spule ist parallel zur axialen Richtung der drehmomentübertragenden Welle 6 ausgerichtet und zu dieser beabstandet. Ferner ist die Spule 22 so in dem Lagerbock 4 angeordnet, daß bei Belastung der drehmomentübertragenden Welle 6 das durch die Spule 22 erzeugte elektrische Magnetfeld beeinflußt wird.
Zum Betrieb der Spule 22 dient ein Spulenverstärker 26, der das Spulenspeisungssignal verstärkt. Der Spulenverstärker 26 ist wiederum mit einer Signalquelle verbunden, die zur besseren Übersicht nicht dargestellt ist.
Der Spulenverstärker 26 ist an dem Lagerbock 4 angeordnet, indem dieser an der Außenfläche des Lagerbocks angeschraubt ist. Der Spulenverstärker ist in der Figur zur besseren Übersicht symbolisiert dargestellt, so daß dessen Anordnung an dem Lagerbock nicht abgebildet ist.
Damit die Spule 22 schneller dem Lagerbock 4 entnehmbar ist, ist diese in einem Haltemittel gehalten, das dadurch gebildet ist, daß der Lagerbock 4 eine Ausnehmung 28 aufweist, in die die Spule 22 mittels einer Abdeckung 30 befestigt ist. Dadurch ist es möglich, durch Lösen der Abdeckung 30 die Spule 22 zerstörungsfrei auszutauschen.
Zur Messung des elektrischen Magnetfeldes, das durch die Spule 22 erzeugt wird, dient ein Meßaufnehmer, der in unmittelbarer Nähe zur Spule 22 angeordnet ist. Durch die Messung des elektrischen Magnetfeldes der Spule 22 durch den Meßaufnehmer ist es möglich, Veränderungen des elektrischen Magnetfeldes der Spule 22 festzustellen. Der Meßaufnehmer ist in dem Ausführungsbeispiel mit rechnergestützten Auswertungsmitteln verbunden, die zur besseren Übersicht nicht dargestellt sind.
Der Meßaufnehmer ist durch einen Magnetfeldsensor 32 gebildet, durch den es möglich ist, die Veränderungen des elektrischen Magnetfeldes infolge eines durch das anliegende Drehmoment 12 veränderten Magnetfeldes des magnetisierten Wellenabschnitts 18 zu erfassen.
Die drehmomentübertragende Welle 6 besteht in dem Ausführungsbeispiel aus dem Werkstoff 50NiCr13. Darüber hinaus ist die Welle 6 durchgehärtet und weist eine Härte von 60 HRC gemäß DIN EN 10109 auf.
Der magnetisierte Wellenabschnitt 18 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine Länge, die in Axialrichtung der Welle 6 gemessen wird, von 50 mm auf. Ferner hat der Wellenabsatz 20 eine axiale Länge von 60 mm. Der Wellendurchmesser beträgt in diesem Bereich 40 mm.
Die Vorrichtung 2 ist auf die genannten Details nicht beschränkt. So kann anstelle einer Spule 22 auch ein Spulenpaar oder mehrere Spulenpaare verwendet werden. Bevorzugt wird die Verwendung von zwei Spulenpaaren, die zueinander in radialer Richtung um den magnetisierten Wellenabschnitt 18 um 180° versetzt angeordnet sind.
Ferner kann die Ausrichtung der Spule 22 bzw. der Spulen auf unterschiedliche Weise vorgenommen werden, so daß z. B. die Spulenachse 24 koaxial zur Welle 6 angeordnet ist.
Die Vorrichtung 2 kann erfindungsgemäß insbesondere Bestandteil eines Prüfstandes zur Funktionsprüfung von Antriebssträngen und/oder Bauteilen von Antriebssträngen sein, beispielsweise eines Getriebeprüfstandes zur Funktionsprüfung von Antrieben. In einem derartigen Prüfstand dient die Vorrichtung 2 dazu, auftretende Drehmomente zu messen, um anhand der gemessenen Drehmomente Aussagen darüber treffen zu können, ob ein zu prüfendes Bauteil, beispielsweise ein Getriebe, vorbestimmten Anforderungen genügt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 1203209 B1 [0013]
- EP 1483551 B1 [0013]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DIN EN 10109 [0026]
- DIN EN 10109 [0040]

Claims

Vorrichtung zur Übertragung von Drehmomenten, mit einer drehmomentübertragenden Welle, mit einem Lagerbock zur Lagerung der Welle und mit Meßmitteln zur Messung eines an der Welle anliegenden Drehmomentes, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel wenigstens teilweise in den Lagerbock (4) integriert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6) Indikatormittel für ein an der Welle (6) anliegendes Drehmoment (12) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Indikatormittel wenigstens einen magnetisierten Wellenabschnitt (18) aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisierte Wellenabschnitt (18) langzeitmagnetisiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei der Lagerbock (4) wenigstens ein erstes Wellenlager (8) und wenigstens ein zweites Wellenlager (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisierte Wellenabschnitt (18) zwischen erstem und zweitem Wellenlager (8, 10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetisierte Wellenabschnitt (18) äquidistant zum ersten und zweiten Wellenlager (8, 10) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel wenigstens eine Spule (22) zur Erzeugung eines bei einer Veränderung des an der Welle (6) anliegenden Drehmomentes (12) veränderlichen Magnetfeldes aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel wenigstens einen Spulenverstärker (26) zur Verstärkung der Spulenspeisungssignale aufweisen.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Spulenverstärker (26) an dem Lagerbock (4) an geordnet ist, vorzugsweise in den Lagerbock (4) integriert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lagerbock (4) wenigstens ein Haltemittel zum Halten wenigstens einer Spule (22) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (22) dem Haltemittel entnehmbar ist, insbesondere im Montagezustand des Lagerbocks (4) dem Haltemittel entnehmbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßmittel wenigstens einen Meßaufnehmer aufweisen, der in den Lagerbock (4) integriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 und einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßaufnehmer ein Magnetfeldsensor (32) ist, zum Abfühlen einer durch eine Veränderung des an der Welle (6) anliegenden Drehmomentes (12) verursachten Änderung eines Magnetfeldes.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Welle (6) 50NiCr13 und/oder 45CrNiMo16 ist oder enthält.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (6) wenigstens abschnittsweise durchgehärtet ist und insbesondere wenigstens abschnittsweise eine Härte von ≥ 58 HRC gemäß DIN EN 10109 aufweist.
Prüfstand zur Funktionsprüfung von Antriebssträngen und/oder Bauteilen von Antriebssträngen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfstand wenigstens eine Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Verwendung einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 in einem Prüfstand zur Funktionsprüfung von Antriebssträngen und/oder Bauteilen von Antriebssträngen, insbesondere von Kraftfahrzeugen.