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Die
Erfindung betrifft eine Drehmomentmesseinrichtung mit einer zwischen
zwei Flanschen angeordneten Drehmomentmesswelle. Die Erfindung betrifft
ferner eine Anordnung aus einer Drehmomentmesseinrichtung und einer
Triebwelle, wobei die Drehmomentmesseinrichtung eine Drehmomentmesswelle
oder eine Drehmomentmessscheibe aufweist.
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Drehmomentmesseinrichtungen
mit zwei Flanschen sind aus dem Stand der Technik in zwei grundlegenden
Ausgestaltungen bekannt. So kann einerseits, wie beispielsweise
in der
DE 103 04 359 A1 offenbart,
eine Drehmomentmessscheibe zwischen den beiden Flanschen vorgesehen
sein, die letztlich im Wesentlichen senkrecht zur Rotationsachse
angeordnet ist, so dass die beiden Flansche naturgemäß unterschiedliche
Durchmesser haben müssen. Andrerseits kann zwischen den
beiden Flanschen eine Drehmomentmesswelle vorgesehen sein, wobei
dann die beiden Flansche jeweils an den Wellenenden vorgesehen sind,
wie dieses in der
DE 199
36 293 A1 , der
EP
2 113 758 A2 , der
US 3,800,591 ,
der
WO 2007/143986
A1 , der
WO 2009/062481
A1 und der
EP
1 074 826 B1 aber auch in der
DD 279 311 A1 , der
DE 101 06 625 A1 oder der
DE 35 28 364 A1 offenbart
ist.
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Die
EP 1 074 826 B1 beispielsweise
zeigt eine Drehmomentmesseinrichtung mit einer zwischen zwei kreisringscheibenförmigen
Flanschen angeordneten im Wesentlichen zylindrische Drehmomentmesswelle,
in welcher Ausnehmungen angeordnet sind, deren Böden im
Wesentlichen zylindrische Messmembranen ausbilden und die Ausnehmungen radial
schließen, wobei die Drehmomentmesswelle einen geschlossenen,
die Flansche verbindenden rohrförmigen Abschnitt als Messbereich
der Drehmomentmesseinrichtung bildet. In der Drehmomentmesswelle
sind drei große Ausnehmungen eingebracht, so dass sich
drei im Wesentlichen zylindrische Messmembranen ergeben. Die Messmembranen
schließen hierbei die Ausnehmungen radial, so dass sich
Messtaschen ergeben und die Drehmomentmesswelle an sich nachwievor
geschlossen bleibt und radial innen angeordnete Dehnungsmessstreifen
sowie die dazugehörige Elektronik auf einfache Weise hermetisch
gekapselt und gegenüber Luftfeuchte, Schmutz, Ölnebel
oder aggressive Umwelteinflüsse geschützt sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Drehmomentmesseinrichtung und/oder
eine verbesserte Anordnung aus einer Drehmomentmesseinrichtung und
einer Triebwelle bereitzustellen.
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Als
Lösung schlägt die Erfindung einerseits eine Drehmomentmesseinrichtung
mit einer zwischen zwei Flanschen angeordneten Drehmomentmesswelle
vor, in welcher Ausnehmungen angeordnet sind, deren Böden
Messmembranen ausbilden und welche die Ausnehmungen radial schließen,
wobei sich die Drehmomentmesseinrichtung dadurch auszeichnet, dass
die Drehmomentmesswelle hohl ausgebildet ist und von radial innen
nach radial außen weisende Öffnungen aufweist.
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Insoweit
ist vorliegend die Drehmomentmesswelle mit den Membranen der Ausnehmungen einstückig
ausgebildet und auch die Öffnungen sind dementsprechend
in dieser Baugruppe vorgesehen.
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In
Abgrenzung insbesondere von der
EP 1 074 826 B1 kann mittels der Öffnungen
das Ansprechverhalten der Drehmomentmesswelle bzw. der Drehmomentmesseinrichtung
an gegebene Randbedingungen angepasst werden. So ist es beispielsweise
mittels der Öffnungen möglich, Drehzahleinflüsse
auf den Nullpunkt, durch die Befestigung zu anderen Komponenten
bedingte Einflüsse auf den Nullpunkt, eine temperaturabhängige
Verschiebung des Nullpunktes und ähnliches zu minimieren.
Ebenso kann das Querkraftverhalten, insbesondere auch in Bezug auf
den Nullpunkt, optimiert werden. Auch kann durch die generelle Möglichkeit,
die Empfindlichkeit jeder Messmembran zu beeinflussen, die Linearität
des Gesamtsystems, insbesondere für jede Belastungsrichtung,
beeinflusst werden. Hierbei nutzt diese Lösung einerseits
die Vorteile geschlossener Ausnehmungen bzw. Messtaschen, um bewusst
den Nachteil einer schwierigen Abdichtung gegen Luftfeuchte, Schmutz, Ölnebel
oder aggressive Umwelteinflüsse in Kauf zu nehmen und durch
die separaten Öffnungen, die sich somit nicht in den Ausnehmungen
oder in der Nähe der Messmembranen befinden, die Drehmomentmesswelle
in ihrem Ansprechverhalten optimieren zu können.
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Hierbei
versteht es sich, dass die Öffnungen mittels eines Dichtmaterials,
beispielsweise mittels eines Klebers, mittels Lot oder mittels einer
kleinen Schraube, verschlossene werden können, um nachwievor
eine möglichst gute Abdichtung zu gewährleisten.
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Auch
ist möglich, die Öffnungen als Kabeldurchführungen
zu nutzen, so dass diese eine Doppelfunktion ausüben können.
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Vorzugsweise
sind die Öffnungen Bohrungen, da Bohrungen äußerst
einfach und betriebssicher bereitgestellt werden können.
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Wenn
eine Drehmomentmesseinrichtung zur Bildung einer Drehmoment-Messeinheit über
einen der beiden Flansche mit einer Triebwelle verbunden ist, ist
bei den nach dem Stand der Technik bekannten Lösungen die
Drehmomentmesswelle bzw. die Drehmomentmessscheibe in Axialrichtung
der Triebwelle von dieser beabstandet. Dem minimal möglichen
Abstand zwischen der Triebwelle und einem an den anderen Flansch
gekoppelten Bauteil, wie z. B. einer weiteren Welle oder einer Achse,
sind somit infolge der Erstreckung der Drehmomentmesswelle bzw.
Drehmomentmessscheibe in Axialrichtung Grenzen gesetzt, da selbst
bei kompakter Gestaltung der Drehmomentmesswelle- bzw. scheibe und
kompakter Gestaltung der Flansche ohne wesentliche Einbußen
bei der mechanischen Stabilität bzw. bei der zulässigen
Belastung der Triebwelle ein erforderlicher Mindestabstand zwischen
der Triebwelle und dem rotierbaren Bauteil nicht unterschritten
werden kann.
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Um
eine mechanisch stabile drehfeste Verbindung zwischen einer Triebwelle
und einem weiteren Bauteil zu schaffen und dabei den Abstand zwischen
der Triebwelle und dem Bauteil gegenüber bekannten Anordnungen
wesentlich zu verringern wird unabhängig von den übrigen
Merkmalen vorliegender Erfindung eine Drehmomentmesseinrichtung
mit einer zwischen zwei Flanschen angeordneten Drehmomentmesswelle
vorgeschlagen, wobei zwischen wenigstens einem der beiden Flansche
und der Messwelle eine Zwischenwelle vorgesehen ist, die axial auf
derselben Höhe wie die Messwelle auf einem anderen Radius
angeordnet ist.
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Hierbei
ist vorgesehen, die Zwischenwelle axial auf derselben Höhe
wie die Messwelle auf einem anderen Radius anzuordnen. Die Zwischenwelle
ist zwischen wenigstens einem der beiden Flansche und der Drehmomentmesswelle
vorgesehen, wobei hierbei der Begriff „zwischen” sich
nicht auf die räumliche Anordnung bezieht, sondern den
Kraft bzw. Drehmomentfluss betrifft. Insofern ist beispielsweise
die Hohlwelle der
DD
279 311 A1 parallel zu dem als Drehmomentmesswelle genutzten
Torsionsstab, welche in die Hohlwelle eingeführt ist, angesetzt und
gerade nicht zwischen dem Torsionsstab und einem der Flansche angeordnet.
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Ferner
beschreibt in vorliegendem Zusammenhang der Begriff „Welle” jede
Drehmoment übertragende Einrichtung, die nicht im Wesentlichen senkrecht
zur Rotationsachse, wie beispielsweise eine Drehmomentmessscheibe
oder ein Flansch, angeordnet ist.
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Im
Unterschied zu bekannten Lösungen kann die erfindungsgemäße
Drehmomentmesseinrichtung derart über einen der beiden
Flansche mit einer Triebwelle verbunden werden, dass die Drehmomentmesswelle
axial auf Höhe der Triebwelle und radial außerhalb
der Triebwelle angeordnet ist, so dass ein weiteres Bauteil, wie
z. B. eine Welle oder eine Achse, durch Anschließen an
den anderen der beiden Flansche sehr nah an die Triebwelle herangeführt
werden kann. Mit der erfindungsgemäße Drehmomentmesseinrichtung
ist somit die Schaffung einer drehfesten Verbindung zwischen einer
Triebwelle und einem weiteren Bauteil möglich, wobei der
Abstand zwischen der Triebwelle und dem weiteren Bauteil gegenüber
bekannten Anordnungen wesentlich verringert werden kann. Die erfindungsgemäße Drehmomentmesseinrichtung
ermöglicht somit eine sehr kompakte und axial Platz sparende
Bauweise. Dies ist insbesondere von Vorteil, wenn die für
eine Drehmomentmessung zur Verfügung stehenden Räumlichkeiten
sehr begrenzt sind, wie es in der Praxis z. B. bei der Drehmomentmessung
in Verbindung mit großen Antriebseinrichtungen der Fall
sein kann, deren axiale Erstreckung bis zu 5 Metern und mehr betragen
kann. Die Drehmomentmesswelle und die Zwischenwelle können
identische bzw. im Wesentlichen identische axiale Längen
aufweisen. Sie können aber auch unterschiedliche axiale
Längen aufweisen, um so die Flansche an axial verschiedenen Positionen
vorsehen zu können.
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Triebwellen
von Antriebseinrichtungen, insbesondere von Elektromaschinen, können
meist nur mit einer maximal ankoppelbaren Masse belastet werden,
die mit Zunahme des Abstandes von der Antriebseinrichtung immer
geringer wird. Bei Überschreitung dieser maximal ankoppelbaren
Masse können während des Betriebs der Antriebseinrichtung
eine Überlastung und/oder eine Unwucht auftreten. Die durch
die erfindungsgemäße Drehmomentmesseinrichtung
ermöglichte axial Platz sparende Bauweise gestattet daher
in vorteilhafter Weise eine gegenüber bekannten Lösungen
wesentliche Erhöhung der maximal ankoppelbaren Masse.
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Vorzugsweise
ist zwischen der Messwelle und der Zwischenwelle ein Verbindungsflansch
vorgesehen. Über den Verbindungsflansch kann ein eingeleitetes Drehmoment
zwischen der Drehmomentmesswelle und der Zwischenwelle baulich einfach und
betriebssicher übertragen werden. Besonders bevorzugt ist
der Verbindungsflansch einstückig mit der Drehmomentmesswelle
und/oder der Zwischenwelle ausgebildet. Ferner kann einer oder jeder
der beiden Flansche einstückig mit der Drehmomentmesswelle
und/oder der Zwischenwelle ausgebildet sein.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform weist die Zwischenwelle
einen größeren Radius als die Messwelle auf. Mit
dieser bevorzugten Ausführungsform kann die Drehmomentmesswelle,
welche in bekannter Weise beispielsweise über Erfassung von
Dehnmessstreifensignalen eine Drehmomentmessung ermöglicht,
wirksam von der Zwischenwelle geschützt werden. Insbesondere
ermöglicht die Anordnung der Drehmomentmesswelle auf einem
kleineren Radius auch einen wirksamen Schutz gegen zu große
Biegemomente. Ein derartiger Schutz erstreckt sich auch auf weitere
Baugruppen, wie beispielsweise elektronische Bauteile, Scherkraftaufnehmer
oder Dehnmessstreifen, die auf der Messwelle angeordnet sind und
beinhaltet auch einen Schutz gegen mechanische Einflüsse,
wie beispielsweise eine Beschädigung durch den Kontakt
mit anderen Bauteilen.
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Insofern
kann, unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender
Erfindung eine Drehmomentmesseinrichtung mit einer zwischen zwei
Flanschen angeordneten Drehmomentmesswelle, welche sich durch eine
Schutzabdeckung, die radial außerhalb der Messwelle angeordnet
ist, auszeichnet, einen entsprechenden Schutz auch in widrigen Betriebsumgebungen
bieten, insbesondere wenn die Messwelle zumindest an einem der beiden
Flansche angeordnet ist, so dass die Drehmomentmesseinrichtung insbesondere
auch in Abgrenzung zu der
DE 35
28 364 A1 nachwievor möglichst schmal bauen und
deren Drehmomentmesswelle möglichst unbeeinflusst messen
kann. Dieses gilt insbesondere dann, wenn in der Drehmomentmesswelle Öffnungen vorgesehen
sind, wie dieses bereits vorstehend beschrieben wurde.
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Hierbei
versteht es sich, dass die vorstehend beschriebene Zwischenwelle
als Schutzabdeckung genutzt werden kann, was den Einsatz weiterer
Baugruppen vermeidet. Bei Drehmomentmesswellen, die jedoch Zwischenwellen
nicht aufweisen, ist vorteilhaft eine separate Schutzabdeckung vorgesehen, die
beispielsweise durch ein zylinderförmiges Rohr oder durch
ein entsprechend gebogenes Blech bereitgestellt werden kann. Insbesondere
in letzterem Fall ist es von Vorteil, wenn die Schutzabdeckung lediglich
einseitig an einem der Flansche befestigt ist, so dass kein Drehmoment über
die Schutzabdeckung übertragen wird, wodurch ein Messergebnis verfälscht
werden könnte.
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Andererseits
ist auch die Zwischenwelle, wenn sie in Reihe mit der Messwelle
geschaltet ist, lediglich an einer Seite mit einem der beiden Flansche
und an der anderen Seite mit einem Verbindungsflansch oder beispielsweise
der Messwelle verbunden, um erst dann mittelbar mit dem anderen
der beiden Flansche verbunden zu sein.
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Nach
einem weiteren Aspekt der Erfindung löst die gestellte
Aufgabe eine Drehmomentmesseinrichtung mit einer zwischen zwei Flanschen
angeordneten Drehmomentmesswelle oder Drehmomentmessscheibe, wobei
einer der beiden Flansche wenigstens ein Befestigungselement aufweist,
das durch den zweiten der beiden Flansche hindurch betätigbar
ist.
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Auf
diese Weise kann die Drehmomentmesseinrichtung sehr nahe an eine
große Antriebseinrichtung, wie beispielsweise einen Motor,
gesetzt werden, einhergehend mit der Möglichkeit den Abstand
zwischen der Triebwelle der Antriebseinrichtung und einem weiteren
Bauteil, die über die Drehmomentmesseinrichtung drehfest
miteinander verbunden sind, wesentlich zu verringern. Die erfindungsgemäß vorgesehene
Betätigbarkeit des Befestigungselements durch den zweiten
der beiden Flansche hindurch vermeidet in wirksamer Weise eine aus
dem Stand der Technik bekannte nachteilige axiale Verlängerung
der Drehmomentmesseinrichtung durch Vorsehen von außen
betätigbaren Befestigungselementen.
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Bevorzugt
weist der zweite der beiden Flansche wenigstens eine Betätigungsöffnung
auf. Auf diese Weise wird eine stabile und einfache Lösung für
die Betätigbarkeit des Befestigungselements bereitgestellt.
Das Befestigungselement ist durch die Betätigungsöffnung
hindurch betätigbar, wobei die Betätigungsöffnung
besonders bevorzugt eine Bohrung ist, die baulich sehr einfach realisierbar
ist und durch die ein Betätigungsmittel z. B. in Form eines Schraubendrehers
geführt werden kann. Alternativ kann der zweite der beiden
Flansche auch eine Ausnehmung aufweisen, über welche das
Befestigungselement betätigbar ist.
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Vorzugsweise
ist die Betätigungsöffnung großer als
eine korrespondierende Öffnung des entsprechenden Betätigungselements,
wie beispielsweise ein Loch mit einem entsprechenden Innengewinde.
Dieses ermöglicht ein entsprechend einfaches Durchführen
des Betätigungsmittels auch wenn das entsprechende Betätigungselement,
wie beispielsweise ein Schraubenkopf, größer als
die korrespondierende Öffnung des entsprechenden Betätigungselements
ist.
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Um
im Betrieb einer Drehmomentmesseinrichtung eine übermäßige
Biegebeanspruchung einer Drehmomentmesswelle oder einer Drehmomentmessscheibe
der Drehmomentmesseinrichtung zu erfassen, wird kumulativ bzw. alternativ
eine Drehmomentmesseinrichtung vorgeschlagen, die wenigstens ein
Mittel zur Bestimmung eines senkrecht zu einer Rotationsachse auftretenden
Biegemoments aufweist.
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In
diesem Zusammenhang bezeichnet der Begriff ”Biegemoment” ein
auf die Drehmomentmesseinrichtung wirkendes Moment mit einer Komponente
senkrecht zur Drehachse, während die an sich von der Drehmomentmesseinrichtung
gemessenen Drehmomente parallel zur Drehachse der Drehmomentmesseinrichtung
ausgerichtet sind.
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Durch
derartige Mittel zur Bestimmung eines senkrecht zu einer Rotationsachse
auftretenden Biegemoments kann die Belastung der Drehmomentmesswelle
oder der Drehmomentmessscheibe der Drehmomentmesseinrichtung wirksam überwacht werden,
so dass bei Ermittlung einer übermäßigen Biegebeanspruchung
geeignete Maßnahmen – wie z. B. eine Verringerung
der Drehzahl, ein Beenden der Messung oder das Aussortieren des
entsprechenden Messwertes – zur Schonung der Drehmomentmesswelle
oder Drehmomentmessscheibe vorgenommen werden können. Insofern
kann durch den Einsatz des Mittels auch die Entstehung von Messartefakten
während einer von der Drehmomentmesseinrichtung vorgenommenen
Drehmomentmessung wirksam vermieden bzw. erkannt werden. Das Biegemoment
kann beispielsweise auch durch eine Abstandsmessung zwischen den
Flanschen bestimmt werden, wenn eine Anordnung einer Drehmomentmesseinrichtung
mit zwei Flanschen und einer zwischen diesen liegenden Messwelle
vorgesehen ist, da eine Abstandsveränderung der Flansche
naturgemäß mit einem auf die Messwelle einhergehenden Biegemoment
verbunden ist. Mit der Bestimmung des Biegemoments ist auch eine
Kontrolle und Begrenzung desselben möglich, so dass kumulativ
oder alternativ Walkprozesse in ihrem Ausmaß kontrolliert werden.
können.
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Vorzugsweise
wird das Biegemoment als Relativbewegung zwischen einer Drehmomentmesswelle
oder Drehmomentmessscheibe und einer weiteren Baugruppe ermittelt,
wobei die weitere Baugruppe vorzugsweise eine Gegenwelle ist. Besonders
bevorzugt ist die Drehmomentmesswelle über einen Verbindungsflansch
oder einen sonstigen Flansch mit der Gegenwelle verbunden. Der Verbindungsflansch
oder ein anderer zwischen der Gegenwelle und der Messwelle vorgesehener
Flansch bewirkt eine Beabstandung der Drehmomentmesswelle von der
Gegenwelle, so dass bei dieser Gestaltung durch eine sehr einfach
vorzunehmende Abstandsmessung zwischen der Drehmomentmesswelle und der
Gegenwelle eine Biegemoment der Drehmomentmesseinrichtung ermittelt
werden kann.
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Besonders
bevorzugt wird das Biegemoment binär gemessen. Mittels
einer binären Messung des Biegemoments kann bei Überschreitung
oder Unterschreitung eines vorgegebenen Biegemoments beispielsweise
ein geeignetes Meldesignal oder Warnsignal z. B. an eine Anzeigevorrichtung
ausgegeben werden. Wenn in besonders bevorzugter Weise die Drehmomentmesswelle über
einen Verbindungsflansch mit der Gegenwelle verbunden ist, kann durch
eine einfache binäre Kontaktmessung ein kritisches Biegemoment
bzw. eine übermäßige Biegebeanspruchung
rotationsunabhängig erkannt werden, derart, dass nur bei
bestehendem Kontakt zwischen der Drehmomentmesswelle und der Gegenwelle
infolge einer übermäßigen Biegebeanspruchung
ein Signal bzw. eine wesentliche Signaländerung an eine Anzeigevorrichtung
oder Auswerteinheit ausgegeben wird. Die Kontaktmessung kann hierbei,
sofern die Gegenwelle und die Drehmomentmesswelle wenigstens teilweise
aus einem metallischen Material bestehen, vorzugsweise über
eine Messung des elektrischen Widerstands zwischen der Gegenwelle
und der Drehmomentmesswelle vorgenommen werden, der sich bei bestehendem
Kontakt zwischen Gegenwelle und Drehmomentmesswelle wesentlich verringert.
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Als
Gegenwelle kann, wie bereits vorstehend erwähnt, beispielsweise
eine Zwischenwelle der Drehmomentmesseinrichtung zur Anwendung kommen.
Andererseits kann auch jede andere Welle, wie beispielsweise eine
Triebwelle, auf welcher die Messwelle angeordnet ist, entsprechend
genutzt werden.
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Insbesondere
können die Dehnungssensoren ausschließlich radial
außen an der Drehmomentmesswelle angeordnet sein. Es hat
sich herausgestellt, dass sich hierdurch bei gleichem geometrischem
Aufbau der Drehmomentmesswelle die Messgenauigkeit erheblich erhöhen
lässt. Letzteres gilt insbesondere für Dehnmessstreifen
als Dehnungssensoren. Hierbei versteht es sich, dass ggf. Dehnungssensoren
auch radial innen angeordnet sein können, solange diese
nicht an der Messung teilnehmen bzw. für andere Messungen,
beispielsweise mit geringerer oder höherer Genauigkeit,
genutzt werden und solange diese die Messungen der außen
angeordneten Dehnungssensoren nicht wesentlich beeinträchtigen.
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Hierbei
hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn die Dehnungssensoren
auf ebenen Oberflächenbereichen von Messmembranen (
42)
angeordnet sind. Hierdurch kann, insbesondere wie dieses bereits
in der
WO 2007/143986
A1 offenbart, einfach und betriebssicher eine dauerhafte
Befestigung der Dehnungssensoren gewährleistet werden.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird ferner von einer Anordnung aus einer
Drehmomentmesseinrichtung und einer Triebwelle, wobei die Drehmomentmesseinrichtung
eine Drehmomentmesswelle oder eine Drehmomentmessscheibe aufweist,
gelöst, welche sich durch zumindest einen axial auf Höhe
der Triebwelle und radial außerhalb der Triebwelle angeordneten
Bereich der Drehmomentmesswelle oder -messscheibe auszeichnet.
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Die
Triebwelle kann insbesondere eine Triebwelle oder eine Antriebswelle
oder eine Abtriebswelle einer Antriebsvorrichtung eines Prüfstands
sein, der dafür vorgesehen ist, einen Prüfling mit
unterschiedlichen Drehmomenten zu belasten, wobei die Drehmomentmesseinrichtung
hierbei der Messung des auf den Prüfling übertragenen
Drehmoments dient.
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Die
Drehmomentmesswelle oder die Drehmomentmessscheibe ist zumindest
mit einem Bereich axial auf Höhe der Triebwelle und radial
außerhalb der Triebwelle angeordnet. Durch diese Anordnung
kann axial Platz gespart werden, was insbesondere bei Elektromaschinen
von Vorteil ist, da dort eine maximal an die Triebwelle ankoppelbare
Masse definiert ist, die insbesondere mit Zunahme des Abstandes
von der Maschine immer geringer wird. Bei Überschreitung
dieser maximal ankoppelbaren Masse können während
des Betriebs der Antriebseinrichtung eine Überlastung und/oder
eine Unwucht auftreten. Die durch die vorgesehene Anordnung ermöglichte
axial Platz sparende Bauweise gestattet daher in vorteilhafter Weise
eine gegenüber bekannten Lösungen wesentliche
Erhöhung der maximal ankoppelbaren Masse.
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Bei
einer praktischen Ausführungsform ist die Drehmomentmesswelle
oder die Drehmomentmessscheibe zur Gänze hohl ausgebildet
und radial außerhalb auf Höhe der Triebwelle angeordnet.
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Bei
einer weiteren praktischen Ausführungsform ist die Drehmomentmesswelle
oder die Drehmomentmessscheibe eine Drehmomentmesswelle, die im
Wesentlichen zylinderförmig oder hohlzylinderförmig
ausgebildet ist.
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Die
hohle oder zylinderförmige oder hohlzylinderförmige
Ausbildung der Drehmomentmesswelle oder der Drehmomentmessscheibe
hat zur Folge, dass die Drehmomentmessscheibe oder die Drehmomentmesswelle
ein nur sehr geringes Trägheitsmoment aufweist und dadurch
vorteilhafterweise nur einen vernachlässigbaren Einfluss
auf die Messgröße „Drehmoment” hat.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform ist die Triebwelle eine
Welle einer Elektromaschine, nämlich eines Elektromotors
bzw. eines -generators.
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Es
versteht sich, dass, je nach konkreter Umsetzung vorliegender Erfindung
ggf. statt einer Drehmomentmessscheibe oder einer Drehmomentmesswelle,
insbesondere wenn diese wie vorstehend beschrieben alternativ eingesetzt
werden können, auch Übergangsformen, wie beispielsweise
wesentlich komplexer als ein Konus geformte Messkörper
zur Anwendung kommen können, was jedoch möglicherweise
die eigentliche Messung erheblich erschweren kann.
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Es
versteht sich des Weiteren, dass die Merkmale der vorstehend bzw.
in den Ansprüchen dargestellten Lösungen sowohl
einzeln als auch gemeinsam zur Anwendung kommen können,
wobei letzteres entsprechend eine Kumulation der Vorteile der entsprechenden
Merkmale bedingt.
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Weitere
Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden
anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnungen erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung einer Drehmomentmesseinrichtung,
welche mit einer Antriebseinrichtung in Form eines Elektromotors
verbunden ist,
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2 eine
schematische Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels
einer Drehmomentmesseinrichtung, welche mit einer Antriebseinrichtung
in Form eines Elektromotors verbunden ist, und
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3 eine
dreidimensionale Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Drehmomentmesseinrichtung, von der zur Veranschaulichung einer
Schnittfläche parallel zur Längsachse nur eine
Hälfte dargestellt ist;
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4 eine
schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Drehmomentmesseinrichtung;
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5 eine
dreidimensionale Darstellung der Drehmomentmesseinrichtung nach 4,
von der zur Veranschaulichung einer Schnittfläche parallel zur
Längsachse nur eine Hälfte dargestellt ist;
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6 eine
schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Drehmomentmesseinrichtung;
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7 eine
dreidimensionale Darstellung der Drehmomentmesseinrichtung nach 6,
von der zur Veranschaulichung einer Schnittfläche parallel zur
Längsachse nur eine Hälfte dargestellt ist;
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8 eine
Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer
Drehmomentmesseinrichtung;
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9 eine
teilweise aufgebrochene Darstellung der Drehmomentmesseinrichtung
nach 8; und
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10 eine
dreidimensionale Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer Drehmomentmesseinrichtung in ähnlicher Darstellung
wie 3.
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Die 1 zeigt
eine schematische Schnittdarstellung einer Drehmomentmesseinrichtung 10, welche
mit einer Antriebseinrichtung in Form eines Elektromotors 12 verbunden
ist. Die Drehmomentmesseinrichtung 10 weist in bekannter
Weise eine zwischen zwei Flanschen 14 angeordnete Drehmomentmesswelle 16 auf.
Die Drehmomentmesswelle 16 ist in Axialrichtung der Triebwelle 18 von
dieser beabstandet.
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Die
Drehmomentmesseinrichtung weist eine Abstandsmesseinrichtung 54 auf,
mit welcher lokal der Abstand zwischen den Flanschen 14 gemessen werden
kann. Auf diese Weise kann eine Winkellage der beiden Flansche bestimmt
und auf ein entsprechendes Biegemoment geschlossen werden. Auch weist
der Flansch 14, welcher der Triebwelle 18 abgewandt
ist, Bohrungen 36 auf, durch welche ein Werkzeug zur Betätigung
eines Klemmringes 34 geführt werden kann. Dieses
ermöglicht es, die Drehmomentmesseinrichtung 10 wesentlich
enger an den Elektromotor 12 zu bauen und auf diese Weise
entsprechend Platz zu sparen.
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Die
Drehmomentmesseinrichtung 20 ist, wie in 2 dargestellt,
mit einer Antriebseinrichtung 12 in Form eines Elektromotors 12 verbunden.
Die Drehmomentmesseinrichtung 20 weist zwei Flansche 22, 24 auf
und ist über einen ersten der beiden Flansche 22 mit
einer Triebwelle 18 des Elektromotors 12 verbunden.
Zwischen dem zweiten Flansch 24 und einer Drehmomentmesswelle 28 ist
eine Zwischenwelle 30 vorgesehen ist, die axial auf derselben
Höhe wie die Drehmomentmesswelle 28 auf einem
anderen Radius angeordnet ist, wobei sich hierbei der Begriff „zwischen” nicht
auf die räumliche Anordnung bezieht, sondern den Kraft-
bzw. Drehmomentfluss betrifft. Zwischen der Drehmomentmesswelle 28 und
der Zwischenwelle 30 ist ein Verbindungsflansch 32 vorgesehen,
der eine radiale Beabstandung der Zwischenwelle 30 von
der Drehmomentmesswelle 28 bereitstellt.
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Wie
aus der 2 ersichtlich, ist die erfindungsgemäße
Drehmomentmesseinrichtung 20 auf eine Weise gestaltet,
dass die Drehmomentmesswelle 28 axial auf Höhe
der Triebwelle 18 und radial außerhalb der Triebwelle 18 angeordnet
werden kann, so dass ein weiteres Bauteil (hier nicht dargestellt), wie
beispielsweise eine Welle oder eine Achse dergleichen durch Anschließen
an den zweiten der beiden Flansche 24 im Unterschied zu
bekannten Lösungen wesentlich näher an die Triebwelle 18 herangeführt
werden kann, einhergehend mit der Schaffung einer wesentlichen axialen
Platzersparnis, wie ein Vergleich mit der 1 zeigt.
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Der
erste der beiden Flansche 22 weist ein Befestigungselement
in Form eines konisch ausgebildeten Klemmrings 34 auf,
der zur Befestigung des ersten Flanschs 22 an der Triebwelle 18 auf
den ersten Flansch 22 aufschiebbar ist, um über übliche
Keilwirkung eine feste Verbindung zwischen dem ersten Flansch 22 und
der Triebwelle 18 zu schaffen. Der Klemmring 34 ist über
Betätigungsöffnungen in Form von Bohrungen 36,
die in dem zweiten Flansch 24 ausgebildet sind, durch den
zweiten Flansch 24 hindurch betätigbar.
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Um
im Betrieb der Drehmomentmesseinrichtung 20 eine übermäßige
Biegebeanspruchung der Drehmomentmesswelle 28 der Drehmomentmesseinrichtung 20 zu
erfassen, kann ein senkrecht zur Rotationsachse auftretendes übermäßiges
Biegemoment durch eine binäre Kontaktmessung erfasst werden,
derart, dass nur bei bestehendem Kontakt zwischen der Drehmomentmesswelle 28 und
der Zwischenwelle 30 infolge einer übermäßigen
Biegebeanspruchung ein Signal bzw. eine wesentliche Signaländerung
an eine Anzeigevorrichtung oder Auswerteinheit ausgegeben wird.
Die Kontaktmessung erfolgt vorzugsweise über eine Messung
des elektrischen Widerstands (in 2 schematisch
durch Messsymbol veranschaulicht) zwischen der metallischen Zwischenwelle 30 und
der metallischen Drehmomentmesswelle 28, der sich bei bestehendem Kontakt
zwischen Zwischenwelle 30 und Drehmomentmesswelle 28 wesentlich
verringert. Alternativ ist es auch denkbar eine Kontaktmessung durch Messung
des elektrischen Widerstands zwischen einer Gegenwelle 38 in
Form der Triebwelle 18 des Elektromotors 12 und
der Drehmomentmesswelle 28 bereitzustellen, da die Drehmomentmesswelle 28 bei einer übermäßigen
Biegebeanspruchung auch einen Kontakt zu der Triebwelle 18 des
Elektromotors 12 aufweisen kann.
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Wie
unmittelbar ersichtlich verhindert diese Anordnung darüber
hinaus auch auf baulich sehr einfache Weise eine Überbeanspruchung
der Drehmomentmesswelle 28 durch Biegemomente, da die Drehmomentmesswelle 28 an
der Gegenwelle 38 bzw. durch entsprechenden Kontakt der
Zwischenwelle 30 mit dem Flansch 22 oder dem Klemmring 34 gestützt
wird.
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Die 3 zeigt
eine dreidimensionale Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Drehmomentmesseinrichtung 20,
von der zur Veranschaulichung einer Schnittfläche parallel
zur Längsachse nur eine Hälfte dargestellt ist.
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Die
in 3 dargestellte Drehmomentmesseinrichtung 20 weist
einen ersten Flansch 22 und einen zweiten Flansch 24 auf,
wobei zwischen den beiden Flanschen 22, 24 eine
Drehmomentmesswelle 28 angeordnet ist. Die Drehmomentmesswelle 28 ist zur
Gänze hohl und im wesentlichen hohlzylinderförmig
ausgebildet und radial außerhalb auf Höhe einer schematisch
dargestellten Triebwelle 18 angeordnet, welche über
den ersten Flansch 22 mit der Drehmomentmesseinrichtung 20 verbunden
ist. An der radial äußeren Oberfläche
ist bei diesem Ausführungsbeispiel eine Vielzahl an Dehnmessstreifen
angeordnet. An der radial inneren Oberfläche der Drehmomentmesswelle 28 kann
in einer alternativen Ausführungsform alternativ oder kumulativ
zu den vorgenannten Dehnmessstreifen eine Vielzahl von hier nicht dargestellten
Dehnmessstreifen angebracht sein. An der radial äußeren
Oberfläche sind eine oder mehrere Ausnehmungen 40 vorgesehen,
um dünnwandige Messmembranen 42 auszubilden, die
sich infolge von Spannungen leicht verformen lassen, einhergehend
mit der Schaffung einer sehr empfindlichen Messmöglichkeit
für ein auf die Drehmomentmesseinrichtung 20 übertragenes
Drehmoment in Verbindung mit den Dehnmessstreifen.
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Die
Drehmomentmesswelle 28 ist durch eine Ringnut 44 von
einem an den ersten Flansch 22 angrenzenden Bereich getrennt,
wobei die Ringnut 44 dafür vorgesehen ist, ein
gewisse mechanische Entkopplung der Drehmomentmesswelle 28 von
dem ersten Flansch 22 bereitzustellen. Mit der so bereitgestellten
mechanischen Entkopplung kann die Empfindlichkeit einer vorzunehmenden
Drehmomentmessung wesentlich erhöht werden.
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Zwischen
dem zweiten Flansch 24 und der Drehmomentmesswelle 28 ist
eine Zwischenwelle 30 vorgesehen, die axial auf derselben
Höhe wie die Drehmomentmesswelle 28 auf einem
anderen Radius angeordnet ist, wobei sich hierbei der Begriff „zwischen” nicht
auf die räumliche Anordnung bezieht, sondern den Kraft-
bzw. Drehmomentfluss betrifft. Zwischen der Drehmomentmesswelle 28 und
der Zwischenwelle 30 ist ein Verbindungsflansch 32 vorgesehen,
der eine radiale Beabstandung der Zwischenwelle 30 von
der Drehmomentmesswelle 28 bereitstellt.
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Der
erste der beiden Flansche 22 weist ein Befestigungselement 34 in
Form eines konisch ausgebildeten Klemmrings 34 auf, der
zur Befestigung des ersten Flanschs 22 an der Triebwelle 18 auf
den ersten Flansch 22 aufschiebbar ist, um über übliche Keilwirkung
eine feste Verbindung zwischen dem ersten Flansch 22 und
der Triebwelle 18 zu schaffen. Das Befestigungselement 34 ist über
eine Betätigungsöffnung in Form einer Bohrung 36,
die in dem zweiten Flansch 24 ausgebildet ist, durch den
zweiten Flansch 24 hindurch betätigbar, wobei
die Betätigung über eine Schraube (nicht dargestellt)
erfolgen kann, die in ein dem Klemmring 34 zugewandtes
Gewindeloch (nicht dargestellt) der Drehmomentmesseinrichtung 20 einschraubbar
ist und mit einem mittleren Abschnitt in einer den Klemmring 34 durchsetzenden Öffnung 46 angeordnet
ist.
-
Der
zweite Flansch 24 ist im wesentlichen in Form einer Kreisscheibe
ausgebildet und weist zur Schaffung einer Zentriermöglichkeit
eine vorragende kreisringförmige Verbindungsfläche 48 auf,
die für die Verbindung mit einer Welle oder einem beliebigen anderen
Bauteil, wie z. B. dem Bauteil einer Maschine, vorgesehen ist. Für
eine einfache Verbindung zu weiteren Baugruppen sind Bohrungen 50 vorgesehen.
-
An
der dem zweiten Flansch 24 abgewandten Seite der Drehmomentmesseinrichtung 20 ist
ein Telemetriering 52 vorgesehen, der die von den Dehnmessstreifen
bereitgestellten Messsignale in an sich bekannter Weise an eine
von der Drehmomentmesseinrichtung 20 räumlich
getrennten Stelle überträgt.
-
Die
in 4 und 5 dargestellte Drehmomentmesseinrichtung 60 entspricht
im Wesentlichen der Drehmomentmesseinrichtung 10 nach 1 und kann
dementsprechend genutzt werden. Auch die Drehmomentmesseinrichtung 60 weist
einen ersten Flansch 62 und einen zweiten Flansch 64 auf,
wobei der erste Flansch 62, entsprechend des Ausführungsbeispiels
nach 1, an einer Antriebswelle eines Elektromotors
mittels eines entsprechenden Klemmringes, der insbesondere von jedem
Anwender entsprechend seiner Erfordernisse ohne Weiteres angepasst
werden kann, befestigt werden kann. In diesem Zusammenhang versteht
es sich, dass natürlich auch andere Befestigungsarten zur
Anwendung kommen können.
-
Zwischen
den beiden Flanschen 62 und 64 sind Dehnmessstreifen 66 (exemplarisch
beziffert) an einer Drehmomentmesswelle 68 in Ausnehmungen 70 (exemplarisch
beziffert) angeordnet. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind,
wie insbesondere bei den übrigen Ausführungsbeispielen,
die vorliegend erläutert sind, die Dehnmessstreifen 66 ausschließlich
radial außen in den durch die Ausnehmungen gebildeten Membranen
vorgesehen. Es wurde herausgefunden, dass sich hierdurch die Messgenauigkeit
erheblich erhöhen lässt. Andererseits ist es auch
denkbar, Dehnmessstreifen kumulativ bzw. alternativ hierzu an anderer
Stelle, beispielsweise radial innen liegend, vorzusehen.
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Als
Schutz für die Dehnmessstreifen und – ggf. – eine
in deren Nähe vorgesehener Elektronik ist an dem Flansch 64 eine
Schutzabdeckung 72 in Form einer einstückigen
geschlossenen Hülse 74 vorgesehen, die bei diesem
Ausführungsbeispiel auf den Flansch 64 aufgeschrumpft
ist. Eine derartige geschlossene Hülse kann äußerst
symmetrisch an dem Flansch angebracht werden, so dass etwaige ein
Messergebnis verfälschende Unwuchten insbesondere auch
unter sehr hohen Drehzahlen weitestgehend vermieden werden können.
Dieses gilt insbesondere auch für ein Aufschrumpfen als
Befestigungsart, wobei hier auch andere Befestigungsarten, wie beispielsweise
ein Verschweißen, Verlöten, Vernieten oder Verschrauben,
zur Anwendung kommen können.
-
Auf
der geschlossenen Hülse 74 ist bei diesem Ausführungsbeispiel
ein Drehzahlkranz 76 vorgesehen, mittels welchen die Drehzahl
der Drehmomentmesseinrichtung 60 ermittelt werden kann.
Diese Ausführungsform ermöglicht es insbesondere, den
Drehzahlkranz 76 individuell, beispielsweise entsprechend
einzelner Kundenwünsche, anzupassen, was baulich einfacher
realisiert werden kann, als den Flansch 62 beispielsweise
entsprechend zu bearbeiten.
-
Ggf.
können auf der geschlossenen Hülse 74 bzw.
auf der Schutzabdeckung 72 auch weitere Baugruppen der
Drehmomentmesseinrichtung 60 vorgesehen sein, wie beispielsweise
induktive Stromkoppler oder optische Datenüberträger,
wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel erfolgt jedoch die Messwertübertragung über
elektrische Zuleitungen, die durch Kabeldurchführungen 78 führen,
so dass auf diese Weise die Datenübertragung axial außerhalb
der beiden Flansche 62, 64 stattfinden kann. Hierbei
sind die Kabeldurchführungen 78 als im Wesentlichen
koaxial angeordnete Bohrungen realisiert, so dass die Gesamtsteifigkeit
und Lebensdauer, wenn überhaupt, nur unwesentlich beeinträchtigt
wird.
-
Bohrungen 80 und 82 (jeweils
exemplarisch beziffert) ermöglichen eine Befestigung der
Drehmomentmesseinrichtung an andere Baugruppen, beispielsweise an
Triebwellen, als an An- oder Abtrieben, oder an Klemmringen oder ähnlichem.
Darüber hinaus weist der Flansch 64 noch Betätigungsbohrungen 84 auf,
durch welche hindurch ein Werkzeug zu der Bohrung 80 geführt
werden kann, um dort eine Schraube oder eine sonstige Befestigungseinrichtung
zu betätigen. Je nach konkreter Umsetzung vorliegender
Erfindung kann die Betätigungsbohrung 84 derart
ausgelegt sein, dass etwaige Befestigungseinrichtungen dort verliersicher
innerhalb der beiden Flansche gefangen werden. Andererseits können
die Betätigungsbohrungen 84 auch ausreichend groß gewählt
sein, dass auch Befestigungseinrichtungen selbst durchgesteckt werden
können. Ggf. können auch weitere Betätigungsbohrungen
vorgesehen sein, um auch weitere Baugruppen, wie beispielsweise
Klemmringe und ähnliches, die von dem Flansch 64 aus
gesehen hinter dem Flansch 62 angeordnet sind, zu betätigen.
-
Zwischen
der geschlossenen Hülse 74 bzw. der Schutzabdeckung 72 verbleibt
ein Spalt 86, so dass die Schutzabdeckung 72 die
Drehmomentmessung nicht beeinträchtigt. Übersteigen
etwa auftretende Biegemomente zwischen den beiden Flanschen 62 und 64 jedoch
einen gewissen Wert, so kommt die Hülse 74 mit
dem Flansch 62 in Kontakt, was weitere Biegevorgänge
erheblich erschwert. Hierdurch wird die Drehmomentmesswelle 68 geschützt.
Die Berührung zwischen Hülse 74 und Flansch 62 kann
auch, wie bereits vorstehend erläutert, als Signal eines
zu großen Biegemoments genutzt werden, was beispielsweise
durch eine entsprechende Widerstandsmessung durchgeführt
werden kann.
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Die
in 6 und 7 dargestellte Drehmomentmesseinrichtung 61 entspricht
im Wesentlichen der Drehmomentmesseinrichtung 60 nach 4 und 5,
so dass identische bzw. identisch wirksame Baugruppen auch identische
beziffert sind, und kann dementsprechend ebenfalls entsprechend
der in 1 dargestellten Drehmomentmesseinrichtung 10 genutzt
werden.
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Auch
die Drehmomentmesseinrichtung 61 weist einen ersten Flansch 62 und
einen zweiten Flansch 64 auf, wobei der erste Flansch 62,
entsprechend der Ausführungsbeispiele nach 1, 4 und 5,
befestigt werden kann.
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Zwischen
den beiden Flanschen 62 und 64 sind Dehnmessstreifen 66 (exemplarisch
beziffert) an einer Drehmomentmesswelle 68 in Ausnehmungen 70 (exemplarisch
beziffert) angeordnet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel
sind die Dehnmessstreifen 66 ausschließlich radial
außen in den durch die Ausnehmungen gebildeten Membranen
vorgesehen.
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Als
Schutz für die Dehnmessstreifen und – ggf. – eine
in deren Nähe vorgesehener Elektronik ist bei diesem Ausführungsbeispiel
an dem Flansch 64 eine radial innerhalb der Flanschen 62, 64 zwischen diesen
angeordnete Schutzabdeckung 72 in Form zweier Halbschalen 75 vorgesehen,
die bei diesem Ausführungsbeispiel über jeweils
zwei Befestigungsschrauben 88 mit dem Flansch 64 verbunden
sind. Selbstverständlich können die Halbschalen
auch an dem Flansch 62 befestigt sein oder andere Befestigungsarten
genutzt werden. Ebenso können noch weitere Befestigungspunkte
als lediglich zwei, oder gar lediglich ein Befestigungspunkt, vorgesehen sein.
Auch können die beiden Halbschalen 75 nach ihrem
Einsetzen zwischen die beiden Flansche 62, 64 miteinander
verbunden werden, was beispielsweise durch Heftschweißungen
erfolgen kann. Ebenso ist es denkbar, mehr als zwei Halbschalen
vorzusehen. Bei diesem Ausführungsbeispiel verbleiben zwischen
den beiden Halbschalen 75 Spalte (nicht beziffert, aber
in 6 ersichtlich), durch welche ggf. Signalleitungen
oder sonstige Kabel nach radial außen geführt
werden können. Auch kann durch diese Spalte eine Signalübertragung,
beispielsweise eine optische Signalübertragung, vorgesehen
sein, wozu ggf. in der Schutzabdeckung 74, auch bei anderen
Ausführungsbeispielen, noch weitere Öffnungen,
beispielsweise Bohrungen, vorgesehen sein können. Die vorstehende
Ausgestaltung der Schutzabdeckung 72 hat den Vorteil, dass
diese radial weiter innen liegt, so dass durch die auf die Schutzabdeckung 72 wirkende
Fliehkraft bedingte Verspannungen keinen so großen Einfluss
haben können. Allerdings bedingt die Verwendung von Halbschalen
und die punktweise Befestigung ein erhöhtes Risiko derartiger
Unwuchten, gegenüber dem vorstehend erläuterten
Ausführungsbeispiel. Durch die Verwendung eines sehr leichten
Materials für die Halbschalen 75 kann diesem Risiko
jedoch begegnet werden.
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Ggf.
können auf den Halbschalen 75 bzw. auf der Schutzabdeckung 72 auch
weitere Baugruppen der Drehmomentmesseinrichtung 60 vorgesehen
sein, wie beispielsweise induktive Stromkoppler oder optische Datenüberträger,
wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel erfolgt jedoch die Messwertübertragung über
elektrische Zuleitungen, die durch Kabeldurchführungen 78 führen,
so dass auf diese Weise die Datenübertragung axial außerhalb
der beiden Flansche 62, 64 stattfinden kann. Hierbei
sind die Kabeldurchführungen 78 als im Wesentlichen
koaxial angeordnete Bohrungen realisiert, so dass die Gesamtsteifigkeit
und Lebensdauer, wenn überhaupt, nur unwesentlich beeinträchtigt
wird.
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Bohrungen 80 und 82 (jeweils
exemplarisch beziffert) ermöglichen eine Befestigung der
Drehmomentmesseinrichtung an andere Baugruppen, beispielsweise an
Triebwellen, als an An- oder Abtrieben, oder an Klemmringen oder ähnlichem.
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Darüber
hinaus weist der Flansch 64 noch Betätigungsbohrungen 84 auf,
durch welche hindurch ein Werkzeug zu der Bohrung 80 geführt
werden kann, um dort eine Schraube oder eine sonstige Befestigungseinrichtung
zu betätigen. Andererseits kann auf die Betätigungsbohrungen 84 ggf.
verzichtet werden, da der Zwischenraum zwischen den beiden Flanschen 62, 64 bei
diesem Ausführungsbeispiel auch von außen zugänglich
ist. Andererseits kann durch die Bohrungen 84, oder auch
durch weitere Betätigungsöffnungen ein einfacher
entsprechender Zugang auch unter sehr beengten baulichen Verhältnissen
gewährt werden.
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Zwischen
den Halbschalen 75 bzw. der Schutzabdeckung 72 verbleibt
auch bei diesem Ausführungsbeispiel ein Spalt 86,
so dass die Schutzabdeckung 72 die Drehmomentmessung nicht
beeinträchtigt. Übersteigen etwa auftretende Biegemomente
zwischen den beiden Flanschen 62 und 64 jedoch
einen gewissen Wert, so kommt wenigstens eine der Halbschalen 75 mit
dem Flansch 62 über den Spalt 86 hinweg
in Kontakt, was weitere Biegevorgänge erheblich erschwert.
Hierdurch wird die Drehmomentmesswelle 68 geschützt.
Die Berührung zwischen den Halbschalen 75 und
dem Flansch 62 kann auch, wie bereits vorstehend erläutert,
als Signal eines zu großen Biegemoments genutzt werden, was
beispielsweise durch eine entsprechende Widerstandsmessung durchgeführt
werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist der Spalt 86 im
Wesentlichen radial ausgerichtet, so dass die Schutzabdeckung 72 im
Wesentlichen koaxial an den Flansch 62 anschlägt,
wenn die Biegemomente zu groß werden. Hierdurch kann die
Schutzabdeckung 72, auch unabhängig von den übrigen
Merkmalen vorliegender Erfindung, Biegekräften sehr wirkungsvoll
begegnen.
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Bei
der Drehmomentmesseinrichtung 90 nach 8 und 9 kann
ebenfalls eine Schutzabdeckung, wie sie vorstehend beschrieben ist,
vorgesehen sein. Andererseits weist diese Ausführungsbeispiel
radial innen liegende, nach radial außen weisende Öffnungen 92 auf,
die bei diesem Ausführungsbeispiel durch radial gerichtete
Bohrungen gebildet sind, welche von außen bis in einen
innen liegenden Hohlraum 94 reichen und mittels eingesetzter,
hier nicht dargestellter Schrauben verschlossen werden können.
Anstelle eines Verschlusses durch Schrauben können die
Bohrungen auch mittels Klebstoff oder aber Lot oder eines Schweißpunktes
verschlossen werden, wobei die Schrauben durch verschieden tiefes
Eindrehen als Wuchtmittel und zur Beeinflussung der lokalen Biegesteifigkeit
vorteilhaft genutzt werden können. Der Hohlraum 94 dieses Ausführungsbeispiels
ist an einer Seite durch eine Wandung 96 des Flansches 64 verschlossen,
während die andere Seite beispielsweise durch eine massive
Welle, welche an den Flansch 62 angesetzt werden kann,
verschlossen werden kann.
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Axial
außen ist an dem Flansch 64 noch ein runder Ansatz 97 vorgesehen,
welcher als Positionierhilfe für eine an den Flansch 64 anzusetzende Baugruppe
dienen kann, wobei es sich versteht, dass ein als Positionierhilfe
dienender Ansatz 97 oder eine entsprechende Ausnehmung axial
außen an einem Flansch der Drehmomentmesseinrichtung auch
unabhängig von den übrigen Merkmalen vorliegender Erfindung
vorteilhaft ist.
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Es
versteht sich, dass die Öffnungen 92 auch als
Kabeldurchführungen dienen können, wenn dieses
beispielsweise für den elektrischen Anschluss der Dehnmessstreifen,
die bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise radial
außen in den Ausnehmungen 70 auf den entsprechenden
Messmembranen 42 angeordnet sind, zu elektrischen Komponenten
im Inneren des Hohlraums 94 vorteilhaft ist. Diese gilt
umgekehrt auch für etwaige Dehnmessstreifen, die an der
zylinderförmigen Wandung des Hohlraums 94 radial
innen angebracht sind und mit elektrischen Komponenten außerhalb
des Hohlraums 94 verbunden werden sollen.
-
Wie
unmittelbar ersichtlich sind die Öffnungen 92 von
den Messmembranen 42 und den Wandungen der entsprechenden
Ausnehmungen 70 beabstandet, so dass hierdurch der Spannungsverlauf der
Messmembranen 42 und etwaiger Dehnmessstreifen oder ähnlicher
Messeinrichtungen, die auf den Messmembranen 42 angeordnet
sind nicht bzw. nur unwesentlich beeinflusst wird. Vielmehr sind
die Öffnungen 92 in den massiv ausgebildeten Bereichen
der jeweiligen Drehmomentmesswelle 68, also entweder umfangsverteilt
zwischen den Ausnehmungen 70 oder – wie bei dem
vorliegenden Ausführungsbeispiel – axial von den
Ausnehmungen 70 beabstandet, in einem ansonsten geschlossenen
rohrförmigen Abschnitt 93, vorgesehen. Dieses
bedingt zwar die bereits vorstehend erläuterten Nachteile, insbesondere
dass wegen der nunmehr nicht geschlossenen, rohrförmigen,
die beiden Flansche verbindenden Abschnitts eine aufwändige
Abdichtung notwendig ist, ermöglicht jedoch eine gezielte
Beeinflussung des Spannungsverlaufs in den massiven Bereichen der
Drehmomentmesswelle 68, ohne den lokalen Spannungsverlauf
in den Messmembranen 42 zu sehr nachteilig zu beeinflussen.
-
Die
in 10 dargestellte Drehmomentmesseinrichtung 21 entspricht
im Wesentlichen der Drehmomentmesseinrichtung 20 nach 3,
so dass identisch wirksame Baugruppen auch identisch beziffert sind.
-
So
weist auch die Drehmomentmesseinrichtung 21 einen ersten
Flansch 22 und einen zweiten Flansch 24 auf, wobei
zwischen den beiden Flanschen 22, 24 eine Drehmomentmesswelle 28 angeordnet
ist. Die Drehmomentmesswelle 28 ist zur Gänze
hohl und im Wesentlichen hohlzylinderförmig ausgebildet
und radial außerhalb auf Höhe einer schematisch
dargestellten Triebwelle 18 angeordnet, welche über
den ersten Flansch 22 mit der Drehmomentmesseinrichtung 20 verbunden
ist. An der radial äußeren Oberfläche
sind mehrere Ausnehmungen 40 vorgesehen, um dünnwandige
Messmembranen 42 auszubilden, die sich infolge von Spannungen
leicht verformen lassen, einhergehend mit der Schaffung einer sehr
empfindlichen Messmöglichkeit für ein auf die
Drehmomentmesseinrichtung 20 übertragenes Drehmoment
in Verbindung mit den Dehnmessstreifen. An der radial äußeren
Oberfläche der Messmembranen 42 ist auch bei diesem
Ausführungsbeispiel eine Vielzahl an Dehnmessstreifen angeordnet.
An der radial inneren Oberfläche der Drehmomentmesswelle 28 kann
in einer alternativen Ausführungsform alternativ oder kumulativ
zu den vorgenannten Dehnmessstreifen eine Vielzahl von hier nicht
dargestellten Dehnmessstreifen angebracht sein.
-
Zwischen
dem zweiten Flansch 24 und der Drehmomentmesswelle 28 ist
eine Zwischenwelle 30 vorgesehen, die axial auf derselben
Höhe wie die Drehmomentmesswelle 28 auf einem
anderen Radius angeordnet ist, wobei sich hierbei der Begriff „zwischen” nicht
auf die räumliche Anordnung bezieht, sondern den Kraft-
bzw. Drehmomentfluss betrifft. Zwischen der Drehmomentmesswelle 28 und
der Zwischenwelle 30 ist ein Verbindungsflansch 32 vorgesehen,
der eine radiale Beabstandung der Zwischenwelle 30 von
der Drehmomentmesswelle 28 bereitstellt.
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Der
erste der beiden Flansche 22 weist ein Befestigungselement 34 in
Form eines konisch ausgebildeten Klemmrings 34 auf, der
zur Befestigung des ersten Flanschs 22 an der Triebwelle 18 auf
den ersten Flansch 22 aufschiebbar ist, um über übliche Keilwirkung
eine feste Verbindung zwischen dem ersten Flansch 22 und
der Triebwelle 18 zu schaffen. Das Befestigungselement 34 ist über
eine Betätigungsöffnung in Form einer Bohrung 36,
die in dem zweiten Flansch 24 ausgebildet ist, durch den
zweiten Flansch 24 hindurch betätigbar, wobei
die Betätigung über eine Schraube (nicht dargestellt)
erfolgen kann, die in ein dem Klemmring 34 zugewandtes
Gewindeloch (nicht dargestellt) der Drehmomentmesseinrichtung 20 einschraubbar
ist und mit einem mittleren Abschnitt in einer den Klemmring 34 durchsetzenden Öffnung 46 angeordnet
ist.
-
Der
zweite Flansch 24 ist im wesentlichen in Form einer Kreisscheibe
ausgebildet und weist zur Schaffung einer Zentriermöglichkeit
eine vorragende kreisringförmige Verbindungsfläche 48 und
einen Ansatz 97 auf, die für die Verbindung mit
einer Welle oder einem beliebigen anderen Bauteil, wie z. B. dem Bauteil
einer Maschine, vorgesehen ist. Für eine einfache Verbindung
zu weiteren Baugruppen sind Bohrungen 50 vorgesehen.
-
An
der dem zweiten Flansch 24 abgewandten Seite der Drehmomentmesseinrichtung 20 ist
ein Telemetriering 52 vorgesehen, der die von den Dehnmessstreifen
bereitgestellten Messsignale in an sich bekannter Weise an eine
von der Drehmomentmesseinrichtung 20 räumlich
getrennten Stelle überträgt.
-
Die
Drehmomentmesswelle 28 und ein entsprechender, erster rohrförmiger
Abschnitt 93 ist durch eine Ringnut 44 von einem
an den ersten Flansch 22 angrenzenden Bereich getrennt,
wobei die Ringnut 44 dafür vorgesehen ist, ein
gewisse mechanische Entkopplung der Drehmomentmesswelle 28 von
dem ersten Flansch 22 bereitzustellen. Mit der so bereitgestellten
mechanischen Entkopplung kann die Empfindlichkeit einer vorzunehmenden
Drehmomentmessung wesentlich erhöht werden. Selbige Aufgabe
erfüllen bei diesem Ausführungsbeispiel Öffnungen 92,
die als schräge Bohrungen 98 in einem rohrförmigen,
an den Verbindungsflansch 32 anschließenden Abschnitt 93 vorgesehen
sind. Durch die Bohrungen 98 können auch Kabel
geführt werden, wobei die Bohrungen 98 von einer
Abdeckung 99 abgedeckt sind, welche auch elektrische Einrichtungen,
die zwischen dem Abschnitt 93 und der Abdeckung 99 angeordnet
sind, schützt.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Drehmomentmesseinrichtung
- 12
- Elektromotor
- 14
- Flansch
- 16
- Drehmomentmesswelle
- 18
- Triebwelle
- 20
- Drehmomentmesseinrichtung
- 21
- Drehmomentmesseinrichtung
- 22
- erster
Flansch
- 24
- zweiter
Flansch
- 28
- Drehmomentmesswelle
- 30
- Zwischenwelle
- 32
- Verbindungsflansch
- 34
- Klemmring
- 36
- Bohrung
- 38
- Gegenwelle
- 40
- Ausnehmung
- 42
- Messmembran
- 44
- Ringnut
- 46
- Öffnung
Klemmring
- 48
- Verbindungsfläche
- 50
- Bohrung
- 52
- Telemetriering
- 54
- Abstandsmesseinrichtung
- 56
- Betätigungsbohrung
Klemmring
- 60
- Drehmomentmesseinrichtung
- 61
- Drehmomentmesseinrichtung
- 62
- erster
Flansch
- 64
- zweiter
Flansch
- 66
- Dehnmessstreifen
- 68
- Drehmomentmesswelle
- 70
- Ausnehmungen
- 72
- Schutzabdeckung
- 74
- geschlossene
Hülse
- 75
- Halbschale
- 76
- Drehzahlkranz
- 78
- Kabeldurchführung
- 80
- Bohrung
- 82
- Bohrung
- 84
- Betätigungsbohrung
- 86
- Spalt
- 88
- Befestigungsschrauben
- 90
- Drehmomentmesseinrichtung
- 92
- Öffnungen
- 93
- rohrförmiger
Abschnitt
- 94
- Hohlraum
- 96
- Wandung
- 97
- Ansatz
- 98
- schräge
Bohrung
- 99
- Abdeckung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10304359
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