DE102010045448A1

DE102010045448A1 - Anordnung zur Erfassung des von einer Welle durchgeleiteten Drehmoments und Getriebe

Info

Publication number: DE102010045448A1
Application number: DE102010045448A
Authority: DE
Inventors: Antonius Bader
Original assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Current assignee: SEW Eurodrive GmbH and Co KG
Priority date: 2010-09-15
Filing date: 2010-09-15
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: DE102010045448B4

Abstract

Anordnung zur Erfassung des von einer Welle durchgeleiteten Drehmoments und Getriebe, wobei das Drehmoment in einem ersten Wellenabschnitt eingeleitet, durch zumindest einen zweiten Wellenabschnitt durchgeleitet, und an einem dritten Wellenabschnitt herausgeleitet wird, wobei der zweite Wellenabschnitt axial zwischen dem ersten und dem dritten Wellenabschnitt angeordnet ist, wobei die Welle eine sich in Richtung der Wellenachse erstreckende Ausnehmung, insbesondere eine Bohrung, aufweist, welche axial den ersten und/oder dritten Wellenabschnitt durchdringt, so dass ein in der Bohrung angeordneter Stab an einer ersten Stelle drehfest mit der Welle verbunden ist und sich axial zumindest über einen Teilbereich des zweiten Wellenabschnittes erstreckt, insbesondere wobei eine Messeinrichtung – zur Erfassung der vom durchgeleiteten Drehmo vorgesehen ist und/oder zur Erfassung einer radialen Auslenkung des Stabes aus seiner in der Ausnehmung mittigen Lage, insbesondere wobei die Auslenkung durch ein im dritten Wellenabschnitt auf die Welle eingebrachtes Quermoment verursacht ist:

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Erfassung des von einer Welle durchgeleiteten Drehmoments und ein Getriebe.
Es ist bekannt, ein von Wellen durchgeleitetes Drehmoment mittels auf dem Wellenumfang aufgeklebten Dehnungsmessstreifen zu erfassen, wobei die Dehnungsmessstreifen in demjenigen axialen Bereich der Welle vorgesehen werden, durch welchen das Drehmoment durchgeleitet wird. Eine Erfassung des Drehmoments innerhalb eines schmierölbefüllten. Getriebegehäuses ist allerdings aufwendig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Drehmomenterfassung in einfacher Weise weiterzubilden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anordnung zur Erfassung des von einer Welle durchgeleiteten Drehmoments nach den in Anspruch 1 und bei dem Getriebe nach den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst.
Wichtige Merkmale der Erfindung bei der Anordnung zur Erfassung des von einer Welle durchgeleiteten Drehmoments sind, dass das Drehmoment in einem ersten Wellenabschnitt eingeleitet, durch zumindest einen zweiten Wellenabschnitt durchgeleitet, und an einem dritten Wellenabschnitt herausgeleitet wird,
wobei der zweite Wellenabschnitt axial zwischen dem ersten und dem dritten Wellenabschnitt angeordnet ist,
wobei die Welle eine sich in Richtung der Wellenachse erstreckende Ausnehmung, insbesondere eine Bohrung, aufweist,
welche axial den ersten und/oder dritten Wellenabschnitt durchdringt, so dass ein in der Bohrung angeordneter Stab an einer ersten Stelle drehfest mit der Welle verbunden ist und sich axial zumindest über einen Teilbereich des zweiten Wellenabschnittes erstreckt,
insbesondere wobei eine Messeinrichtung
– zur Erfassung der vom durchgeleiteten Drehmoment abhängigen Verdrehung zwischen Stab und Welle vorgesehen ist und/oder
zur Erfassung einer radialen Auslenkung des Stabes aus seiner in der Ausnehmung mittigen Lage, insbesondere wobei die Auslenkung durch ein im dritten Wellenabschnitt auf die Welle eingebrachtes Quermoment verursacht ist.
Von Vorteil ist dabei, dass die Messung des Drehmoments ermöglicht ist, indem die Messmittel und Auswertemittel völlig separat vom Innenraum des Getriebes angeordnet sind. Schmieröl des Getriebeinnenraums ist dabei völlig sicher abgedichtet vom Raumbereich der Messmittel, wobei unter Messmittel insbesondere der Stab zu verstehen ist. Hierbei ist wichtig, dass die B-Seite der Welle aus dem Getriebegehäuse herausgeführt ist und mittels eines Wellendichtrings gegen das Getriebegehäuse abgedichtet ist.
Wichtig ist auch, dass der Stab im Hohlraum der Welle geschützt angeordnet ist. Bei der Erfindung ist kein Sensor, wie beispielsweise Dehnungsmessstreifen, mit der Welle verbunden, beispielsweise auch nicht aufgeklebt. Denn die Verdrehung wird zwischen Stabende und Wellenende bestimmt.
Weiter von Vorteil ist bei der Erfindung, dass ein in einer Anlage installiertes Getriebe ohne Drehmomenterfassung aufrüstbar ist mit der Drehmomenterfassung. Dabei ändern sich die Maße zur Abtriebsseite nicht. Ebenso ist keine Änderung zu einem das Getriebe antreibenden Motor notwendig. Nur am B-seitigen Wellenende ist ein Raumbereich notwendig für die Messeinrichtung. Im Wesentlichen ist nur die Abtriebswelle des aufzurüstenden Getriebes auszutauschen und es sind die Messmittel vorzusehen. Weitere Teile des Getriebes müssen nicht geändert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich die Bohrung von einem axialen Endbereich der Welle aus beginnend mittig zur Wellenachse in Wellenachsrichtung, insbesondere von einer Stirnseite der Welle aus in den zweiten Wellenabschnitt hinein. Von Vorteil ist dabei, dass mittels des Stabes der drehmomentdurchleitende Wellenabschnitt sozusagen axial überbrückbar ist und somit die Verdrehung der Welle detektierbar ist, indem die relative Verdrehung an einer ersten Stelle in der Ausnehmung, beispielhaft am Boden der Bohrung, wenn diese als Sacklochbohrung ausgeführt ist, zu einer zweiten axialen Stelle der Welle detektierbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die erste Stelle im Bereich des zweiten oder dritten Wellenabschnitts drehfest mit der Welle verbunden. Somit wird an dieser axialen Stelle eine starre drehfeste Verbindung mit einem im Wesentlichen als Messkörper fungierenden Teil, nämlich dem Stab, ermöglicht, das keine drehmomentdurchleitende Funktion aufweist. Auf diese Weise ist die Drehstellung der Welle im Bereich der ersten Stelle mittels eines Sensors, beispielsweise einer Messeinrichtung, vergleichbar mit der Drehstellung der Welle an einer anderen axialen Stelle. Drehmoment wird zwar durch den Wellenabschnitt zwischen der ersten Stelle und der Vergleichsstelle durchgeleitet, nicht aber durch das Teil. Somit ist die Verdrehung zwischen dem Teil und der Welle drehmomentabhängig.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung erstreckt sich der Stab durch den ersten Wellenabschnitt teilweise oder ganz. Von Vorteil ist dabei, dass ein starkes Messsignal erreichbar ist, also ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Stab an der ersten Stelle spielfrei mit der Welle verbunden und/oder der Stab ist vorgespannt und spielbehaftet an der ersten Stelle mit der Welle verbunden. Von Vorteil ist dabei, dass die Verdrehung fehlerarm detektierbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Stab ein kreisrundes, ein vierkantiges oder polygonales Profil auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfache Herstellung und eine hohe Starrheit des Stabes erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Messeinrichtung zur Erfassung der vom durch den zweiten Wellenabschnitt durchgeleiteten Drehmoment abhängigen Verdrehung zwischen Stab und Welle am von der ersten Stelle abgewandten axialen Endbereich des Stabes mittels einer Messeinrichtung angeordnet, insbesondere ist also am von der ersten Stelle abgewandten axialen Endbereich des Stabes der relative Verdrehwinkel zwischen Stab und Welle erfassbar mittels der Messeinrichtung. Von Vorteil ist dabei, dass die Messeinrichtung an der Stirnseite der Welle platzierbar ist, wobei diese Stirnseite trennbar und somit abdichtbar ist von der Außenfläche der Welle im zweiten Wellenabschnitt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am von der ersten Stelle abgewandten axialen Endbereich des Stabes ein Messkörper angeordnet, welcher entweder direkt mit der Welle oder über ein Messeinrichtungsteil mit der Welle verbunden ist und eine geringere Verdrehsteifigkeit, insbesondere Verdrehsteifigkeit pro axialer Längeneinheit aufweist, als der Stab, insbesondere so dass der relative Verdrehwinkel zwischen Stab und Welle am Messkörper erfassbar ist von der Messeinrichtung mittels eines auf dem Messkörper vorgesehenen Dehnungsmessstreifens. Von Vorteil ist dabei, dass mittels des Messkörpers ein Transformator für die Verdrehung schaffbar ist, also eine Vergrößerung der Auslenkung in Umfangsrichtung erreichbar ist. Denn der welche Messkörper erfährt eine hohe Torsion auf geringer axialer Länge. Somit sind an der Außenseite des Messkörpers Dehnungsmessstreifen anbringbar und die Torsion des Messkörpers bestimmbar. Hieraus wiederum lässt sich auf den Verdrehwinkel des Stabes gegen die Welle, welche durch die Torsion der Welle im zweiten Wellenabschnitt bewirkt wird, rückschließen.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Messkörper bei mit dem Stab einstückiger Ausführung als Stababschnitt mit geringerem Durchmesser ausgeführt oder bei zweistückiger Ausführung aus elastischerem Material als der Stab. Von Vorteil ist dabei, dass bei einstückiger Ausführung eine einfache Herstellung und bei zweistückiger Ausführung eine hochgenaue Erfassung ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Stützlager zwischen Stab und Welle vorgesehen. Von Vorteil ist dabei, dass eine Verringerung der Fehler erreichbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Messeinrichtung einen mit der Welle drehfest verbundenen, also ersten Messeinrichtungsteil und einen hierzu stationär angeordneten, also zweiten Messeinrichtungsteil auf. Von Vorteil ist dabei, dass eine berührungslose Übertragung anwendbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind Energie und/oder Signale berührungslos übertragbar zwischen erstem und zweitem Messeinrichtungsteil. Von Vorteil ist dabei, dass am drehenden Wellenteil eine Erfassung der physikalischen Größe ermöglicht ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist am B-seitigen Stabende der Messkörper oder eine Strichscheibe angeordnet. Von Vorteil ist dabei, dass eine hochgenaue Verdrehwinkelbestimmung ausführbar ist.
Wichtige Merkmale bei dem Getriebe mit einer vorgenannten Anordnung sind, dass die Messeinrichtung zur Erfassung der Verdrehung zwischen Stab und Welle und/oder zur Erfassung einer Auslenkung des Stabes an einer Stelle, insbesondere an einer zweiten Stelle, außerhalb des Getriebeinnenraums angeordnet ist,
insbesondere außerhalb des Raumbereichs der abtreibenden Stufe des Getriebes angeordnet ist,
insbesondere wobei der Innenraum oder Raumbereich abgedichtet ist zur Umgebung oder zum Raumbereich, in welchem die Messeinrichtung angeordnet ist.
Von Vorteil ist dabei, dass die Messwerterfassung samt Stab und Messeinrichtung außerhalb des Getriebegehäuses angeordnet ist und somit abgetrennt und abgedichtet von dem schmierölbefüllten Innenraum, der die abtreibende Stufe umfasst, wobei das Schmieröl auch den Außenbereich der Welle im zweiten Wellenabschnitt zumindest teilweise benetzt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Welle gelagert im Getriebe, wobei die Welle beidseitig aus dem Getriebegehäuse herausragt,
insbesondere wobei das erste herausragende Ende zur Verbindung mit einem anzutreibenden drehbar gelagerten Teil einer anzutreibenden Vorrichtung verbindbar ist,
insbesondere wobei das andere herausragende Ende zum Anbringen der Messeinrichtung, insbesondere eines Messeinrichtungsteils vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass keine wesentliche Funktionsänderung durch die Herausführung des Wellenendes bewirkt wird. Das etwas höhere Trägheitsmoment der Abtriebswelle durch deren herausführende Verlängerung dämpft Drehzahlschwankungen ab.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Welle die abtreibende Welle des Getriebes, also keine Zwischenwelle des Getriebes. Von Vorteil ist dabei, dass das an eine anzutreibende Vorrichtung abgegebene Drehmoment erfassbar ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Getriebe schmierölbefüllt. Von Vorteil ist dabei, dass die Messwerterfassung abgedichtet und getrennt vom Schmierölbereich ist.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
Die Erfindung wird nun anhand von Abbildungen näher erläutert:
In der 1 ist ein erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt.
Dabei ist in einem Gehäuse 4 ein Getriebe angeordnet, wobei ein Endrad 5 auf einer Welle 3 drehfest verbunden ist. Dieses Endrad 5 ist Teil der abtreibenden Verzahnungsstufe des Getriebes. Die Welle 3 ist somit abtreibende Welle des Getriebes.
An ihrem ersten axialen Ende, also dem axialen Wellenende 1 ist eine vom Getriebe anzutreibende Vorrichtung verbindbar, indem beispielhaft ein drehbar gelagertes Teil der anzutreibenden Vorrichtung formschlüssig, beispielhaft mit Passfederverbindung, mit der Welle 3 in diesem axialen Endbereich verbunden wird. Die Passfedernut der Passfederverbindung ist in 1 anschließend an das Wellenende 1 angedeutet.
Der genannte Verbindungbereich ist von der restlichen Welle 3 mittels einer Wellenschulter 2 abgegrenzt.
Somit wird das Antriebsmoment für die anzutreibende Vorrichtung vom Verbindungsbereich des Endrades 5 axial durch die Welle 3 bis zum Verbindungsbereich mit dem drehbar gelagerten, mit der Welle 3 drehfest verbindbaren Teil der anzutreibenden Vorrichtung hindurchgeleitet. Die Welle erfährt hierbei eine Torsion, die vom durchgeleiteten Drehmoment abhängt.
Zur Messung der Torsion, die auch einen Rückschluss auf das durchgeleitete Drehmoment erlaubt, ist in der Welle eine Bohrung, insbesondere Sacklochbohrung, vorgesehen. Die Bohrung ist mittig ausgeführt und mit einem derart kleinen Durchmesser, dass die verbleibende Restwandstärke ein ausreichendes oder nur geringfügig reduziertes Drehmomentdurchleitevermögen aufweist.
Die Bohrung beginnt in der dem Wellenende 1 abgewandten Stirnfläche der Welle 3 und setzt sich in denjenigen axialen Bereich fort, welcher zwischen dem Verbindungsbereich des Endrades mit der Welle und dem Verbindungsbereich des drehbar gelagerten Teils der anzutreibenden Vorrichtung vorgesehen ist. Somit setzt sich die Bohrung fort in denjenigen axialen Beriech der Welle 3, durch welchen Drehmoment durchgeleitet wird.
Ein Stab ist in der Bohrung eingebracht und im Bereich der Wellenschulter 2 verbunden mit der Welle 3. Bei Ausführung der Bohrung als Sacklochbohrung ist somit der Stab im Bodenbereich der Bohrung verbunden. Hierzu sind verschiedene Verbindungsarten verwendbar, beispielsweise Schraubverbindung, insbesondere Schraubverbindung mit Gewinde und Kegelschaft. Alternativ ist auch ein Einpressen des Stabes 9 in eine Ausnehmung im Bodenbereich ermöglicht, also eine Presspassverbindung. Weiter alternativ ist auch zusätzlich eine Klebeverbindung vorsehbar.
Der Stab 9 ist mittels eines Stützlagers 10 abgestützt in der Welle, insbesondere in einem derartigen Wellenabschnitt, welcher auf der vom Endrad her gesehen abgewandten Seite vorgesehen ist, also außerhalb des drehmomentdurchleitenden axialen Bereichs.
Das Stützlager 10 verhindert ein Durchhängen des Stabes 9 und überträgt kein Drehmoment zwischen Welle 3 und Stab 9.
Der Stab 9 ist an der dem Wellenende 1 abgewandten Stirnfläche 7 der Welle 3 mit einem Messeinrichtungsteil 11 in Wirkverbindung, welches drehfest auf der Welle angeordnet ist. Somit ist mittels dieses Messeinrichtungsteils 11 die relative Verdrehung des Stabes 9 gegenüber der Welle in diesem Stirnflächenbereich 7 erfassbar. Hierzu ist es ermöglicht, die Verdrehung mittels induktiver, optischer oder sonstiger Wirkweise der Messeinrichtung 11 zu erfassen. Beispielhaft ist ein Inkrementalwinkelgeber verwendbar, der eine hochgenaue Erfassung der Verdrehung ermöglicht. Es sind aber auch Dehnungsmessstreifen, OFW-Sensoren, optische Verfahren mit geschlitzten Scheiben, Resolver oder Näherungssensoren verwendbar.
Vorteiligerweise weist der drehmomentdurchleitende Bereich der Welle eine Länge von mehr als 10 Millimeter oder 150 Millimeter auf. Somit ist bei einem Wellendurchmesser von mindestens 20 Millimeter ein einfach und kostengünstig zu detektierende Verdrehung vorhanden. Besonders vorteilhaft und einfach hat sich die Erfassung bei drehmomentdurchleitenden Bereichen erwiesen, die eine Länge von mehr als 200 oder 500 Millimeter aufweisen.
Die Versorgung des Messeinrichtungsteils 11 erfolgt berührungslos mittels des Messeinrichtungsteils 12, welches stationär angeordnet und mit dem Gehäuse 4 starr verbunden ist. Dabei ist vorzugsweise eine induktive Übertragung der elektrischen Energie vorteilhaft und einfach ausführbar. Dies ermöglicht auch die Übertragung der Messdaten durch höherfrequent aufmodulierte Stromanteile. Die Messeinrichtung 11 ist drehfest verbunden mit der Welle 3 und somit mitdrehend. Die induktive Übertragung eignet sich somit besonders, da die Drehbewegung die Energieübertragung und Datenübertragung nicht stört.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist das Stützlager 10 im oder am Messeinrichtungsteil 11 integriert ausgebildet.
Da gemäß 1 zwischen Stab 9 und B-seitiger Stirnfläche der Welle 3 nur eine statische Verdrehung auftritt, sind auch Hebelmechanismen, optische Winkelvervielfachung, Noniusprinzipien zur Vergrößerung des Messsignals einsetzbar.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die B-seitige Verdrehung des Stabes zur Welle 3 über einen Messkörper detektiert wird. Hierzu ist der Messkörper an seinem dem Stab 9 zugewandten axialen Endbereich mit diesem verbunden und am anderen axialen Endbereich über die Messeinrichtung 11 oder alternativ direkt mit der Welle 3 verbunden. Auf dem Messkörper 20 ist zumindest ein Dehnungsmessstreifen oder OFW-Sensor angeordnet zur Erzeugung eines Messsignals. Der Messkörper 20 ist hierbei derart dünnwandiger als der Stab 9 ausgeführt, dass er eine sehr viel kleinere Verdrehsteifigkeit aufweist als der Stab. Daher ist ein Messsignal mit gutem Signal-Rauschverhältnis erzeugbar.
Der Messkörper 20 ist auch als dünnwandigerer Stababschnitt herstellbar. Alternativ ist er aber auch aus anderem Material als der Stab herstellbar, so dass er eine im Vergleich zum Stab 9 sehr geringe Verdrehsteifigkeit aufweist. Somit vergrößert sich sozusagen die zwischen Stab 9 und Welle 3 bestehende Verdrehung.
Der Messkörper 20 ist entweder als dünner Stab oder auch mit Lamellen oder Speichen ausführbar, so dass die Verdrehsteifigkeit weiter reduzierbar ist.
In 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem eine Strichscheibe 30 mit dem B-seitigen axialen Stabende verbunden ist. Mittels des Messeinrichtungsteils 31, welche drehfest auf der Welle angeordnet ist, wird die Verdrehung, also der relative Verdrehwinkel zwischen Stab 9 und Welle 3 bestimmt. Das Messeinrichtungsteil 31 ist dabei axial gegenüberstehend zur Strichscheibe angeordnet und benötigt somit axialen Bauraum, ist aber in radialer Richtung nur mit geringem Bauraumbedarf ausführbar. Die Energieversorgung und Messsignalübertragung erfolgt zwischen dem Messeinrichtungsteil 31 und dem Messeinrichtungsteil 32, welches stationär angeordnet ist, also mit dem Gehäuse 4 starr verbunden ist, berührungslos. Hierbei ist vorteiligerweise im Messeinrichtungsteil 32 eine erste Spulenwicklung und im Messeinrichtungsteil 31 eine zweite Spulenwicklung angeordnet, wobei die beiden Spulenwicklungen induktiv miteinander gekoppelt angeordnet sind. Auf diese Weise ist einerseits in die erste Spulenwicklung ein Primärstrom einprägbar, so dass das Messeinrichtungsteil 31 aus dem entsprechenden Sekundärstrom versorgbar ist. Andererseits ist durch Aufmodulieren eines höher frequenten Stromanteils auf den sekundärseitigen Strom, also den Strom der zweiten Spulenwicklung, eine Datenübertragung, insbesondere Übertragung des Messwertes oder Messsignals, ermöglicht. Das Messeinrichtungsteil 31 weist eine entsprechende elektronische Schaltung auf.
In 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem wiederum eine Messeinrichtungsteil 41, welche drehfest auf der Welle 3 angeordnet ist, vorgesehen ist, die aber mit einem nicht wie bei den 1 bis 3 axial gegenüberstehenden sondern radial gegenüberstehenden Messeinrichtungsteil 12 vorgesehen ist. Somit ist axial Bauraum einsparbar.
Außerdem ist die Messeinrichtung innerhalb des Gehäuses angeordnet. Dabei ist eine Zwischenwand 45 vorgesehen, welche die abtreibende Stufe von der eintreibenden Stufe trennt. Ein mit der Rotorwelle des Motors 43 verbundenes Ritzel 42 treibt ein Zahnrad 44 an, das auf einer Zwischenwelle drehfest verbunden ist. Ein weiteres auf dieser Welle verbundenes Zahnrad treibt ein als Endrad fungierendes Zahnrad an, das drehfest mit der Abtriebswelle verbunden ist. Elektrische Leitungen von einer übergeordneten Einheit zum Messeinrichtungsteil 12 sind durch den Deckel 40 geführt.
Die Zwischenwand trennt den schmierölbefüllten Raumbereich der Endstufe des Getriebes ab von demjenigen Raumbereich, in welchem die Messeinrichtung angeordnet ist. Dabei ist zwischen der eintreibenden Stufe und der Messeinrichtung ein genügend großer Abstand ausgeführt.
Mittels des Messeinrichtungsteils 41 ist die den Stab 9 aufnehmende Bohrung verschließbar, so dass umgebendes Schmieröl nicht eindringen kann.
In 5 ist zur Veranschaulichung der Wellendurchmesser da, der Innendurchmesser der Bohrung di und die Drehmomentübertragungslänge a verdeutlicht. In 6 ist die zugehörige Verdrehung verdeutlicht.
Bei da = 200 mm, di = 100 mm, a = 200 mm und einem durchgeleiteten Drehmoment von 50 000 Nm ergibt sich für Stahl eine Verdrehung von einigen Winkelminuten. Somit ist die Messeinrichtungseinheit mit bekannten Wirkprinzipien ausführbar.
In 6 ist eine Stange 70 in radialer Richtung gerichtet und mit dem axialen B-seitigen Ende des Stabes 9 verbunden. Auf diese Weise ist eine Vergrößerung der Auslenkung erreichbar und somit ein noch weiter verbessertes Messsignal.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist statt der Sacklochbohrung eine Durchgangsbohrung vorgesehen.
In weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden statt der festen spielfreien Verbindungen zwischen Welle 3 und Stab 9 spielbehaftete Verbindungen eingesetzt. Beispielsweise wird eine Vierkantverbindung oder sonstige Polygonverbindung zwischen Stab 9 und Welle 3 verwendet. Hierbei ist der Stab vierkantig oder mit polygonalem Profil ausgeführt und in einer entsprechend geformten Ausnehmung im Boden der Sacklochbohrung eingebracht, wobei allerdings ein Verdrehspiel vorhanden ist. Zum Verhindern dieses Verdrehspiel wird der Stab 9 gegenüber der Welle 3 leicht vorgespannt, so dass das Spiel derart stark überwunden ist, dass auch im vorgesehenen Messbereich kein Spiel auftritt. Somit ist dann bei Verwendung eines Dehnungsmessstreifens durch diese Vorspannung bewirkt, dass das Messsignal im ganzen Messbereich unipolar ist, also nur positiv oder nur negativ. Mittels der Vorspannung sind alle für die Messung relevanten Verdrehspiele überwindbar.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist statt des Stabes 9 die Verdrehung optisch detektiert. Hierzu ist der Boden der Sacklochbohrung reflektierend und/oder spiegelnd ausgestaltet und ein Polarisationsfilter axial vor dem Boden angeordnet, insbesondere in möglichst geringem Abstand. Alternativ ist am Boden ein Spiegel mit integrierter Polarisationsfilterwirkung angeordnet. Am B-seitigen Ende der Bohrung ist ebenfalls ein Polarisationsfilter angeordnet. Somit ist die Verdrehung als Intensitätsveränderung eines am Boden der Bohrung reflektierten Lichtstrahls detektierbar.
In einem weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel ist eine Erfassung der A-seitig auf die Welle 3 eingebrachten Quermomente ermöglicht. Hierzu wird vom Messeinrichtungsteil 11 die Auslenkung des Stabes aus der mittigen Lage in der Bohrung der Welle bestimmt.
Bezugszeichenliste

1: Wellenende, axial
2: Wellenschulter
3: Welle
4: Gehäuse
5: Endrad, insbesondere Zahnrad auf der abtreibenden Welle des Getriebes
6: Bohrung
7: B-seitige Stirnseite der abtreibenden Welle
8: Verbindungsbereich zwischen Welle 3 und Stab 9
9: Stab
10: Stützlager
11: Messeinrichtungsteil, drehfest auf der Welle
12: Messeinrichtungsteil, stationär angeordnet, mit dem Gehäuse 4 starr verbunden
20: Messkörper, insbesondere Stababschnitt
21: Dehnungsmessstreifen
30: Strichscheibe
31: Messeinrichtungsteil, drehfest auf der Welle
32: Messeinrichtungsteil, stationär angeordnet, mit dem Gehäuse 4 starr verbunden
41: Messeinrichtungsteil, drehfest auf der Welle
42: Ritzel
43: Motor
44: Zahnrad
45: Zwischenwand
70: Stange

Claims

Anordnung zur Erfassung des von einer Welle durchgeleiteten Drehmoments, wobei das Drehmoment – in einem ersten Wellenabschnitt eingeleitet, insbesondere wobei im ersten Wellenabschnitt eine kraft-, stoff- oder und/oder formschlüssige Verbindung mit der Welle vorgesehen ist zur Einleitung von Drehmoment und/oder wobei ein Zahnrad mit der Welle im ersten Wellenabschnitt verbunden ist, – durch zumindest einen zweiten Wellenabschnitt durchgeleitet, insbesondere im zweiten Wellenabschnitt kein drehmomenteinleitendes oder herausleitendes Teil verbunden ist mit der Welle, – und an einem dritten Wellenabschnitt herausgeleitet wird, insbesondere wobei im dritten Wellenabschnitt eine kraft-, stoff- oder und/oder formschlüssige Verbindung vorgesehen ist zur Drehmomentherausleitung an ein antreibendes Teil wobei der zweite Wellenabschnitt axial zwischen dem ersten und dem dritten Wellenabschnitt angeordnet ist. dadurch gekennzeichnet, dass die Welle eine sich in Richtung der Wellenachse erstreckende Ausnehmung, insbesondere eine Bohrung, aufweist, welche axial den ersten und/oder dritten Wellenabschnitt durchdringt, so dass ein in der Bohrung angeordneter Stab an einer ersten Stelle drehfest mit der Welle verbunden ist und sich axial zumindest über einen Teilbereich des zweiten Wellenabschnittes erstreckt, insbesondere wobei eine Messeinrichtung – zur Erfassung der vom durchgeleiteten Drehmoment abhängigen Verdrehung zwischen Stab und Welle vorgesehen ist und/oder – zur Erfassung einer radialen Auslenkung des Stabes aus seiner in der Ausnehmung mittigen Lage, insbesondere wobei die Auslenkung durch ein im dritten Wellenabschnitt auf die Welle eingebrachtes Quermoment verursacht ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung von einem axialen Endbereich der Welle aus beginnend mittig zur Wellenachse sich in Wellenachsrichtung erstreckt, insbesondere von einer Stirnseite der Welle aus in den zweiten Wellenabschnitt hinein.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stelle im Bereich des zweiten oder dritten Wellenabschnitts drehfest mit der Welle verbunden ist und/oder dass der Stab sich durch den ersten Wellenabschnitt teilweise oder ganz erstreckt.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab an der ersten Stelle spielfrei mit der Welle verbunden ist und/oder dass der Stab vorgespannt und spielbehaftet an der ersten Stelle mit der Welle verbunden ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab ein kreisrundes, ein vierkantiges oder polygonales Profil aufweist und/oder Stab hohl ausgeführt ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Messeinrichtung zur Erfassung der vom durch den zweiten Wellenabschnitt durchgeleiteten Drehmoment abhängigen Verdrehung zwischen Stab und Welle am von der ersten Stelle abgewandten axialen Endbereich des Stabes mittels einer Messeinrichtung angeordnet ist, insbesondere also am von der ersten Stelle abgewandten axialen Endbereich des Stabes der relative Verdrehwinkel zwischen Stab nun Welle erfassbar ist mittels der Messeinrichtung.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am von der ersten Stelle abgewandten axialen Endbereich des Stabes ein Messkörper angeordnet ist, welcher entweder direkt mit der Welle oder über ein Messeinrichtungsteil mit der Welle verbunden ist und eine geringere Verdrehsteifigkeit, insbesondere Verdrehsteifigkeit pro axialer Längeneinheit aufweist, als der Stab, insbesondere so dass der relative Verdrehwinkel zwischen Stab und Welle am Messkörper erfassbar ist von der Messeinrichtung mittels eines auf dem Messkörper vorgesehenen Dehnungsmessstreifens.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messkörper bei mit dem Stab einstückiger Ausführung als Stababschnitt mit geringerem Durchmesser ausgeführt ist oder bei zweistückiger Ausführung aus elastischerem Material als der Stab.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Stützlager zwischen Stab und Welle vorgesehen ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung einen mit der Welle drehfest verbundenen, also ersten Messeinrichtungsteil und einen hierzu stationär angeordneten, also zweiten Messeinrichtungsteil aufweist, und/oder dass Energie und/oder Signale berührungslos übertragbar sind zwischen erstem und zweitem Messeinrichtungsteil, und/oder dass am B-seitigen Stabende der Messkörper oder eine Strichscheibe angeordnet ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab derart mit einer Wandung eines Raumbereichs, insbesondere eines Hohlraumresonators, verbunden ist, dass die Verdrehung zwischen Stab und Welle eine derartige Verformung des Raumbereichs bewirkt, dass eine zum Raumbereich gehörige Resonanzfrequenz von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Mikrowellen- oder Radarwellenstrahlung, verändert wird, wobei die Messeinrichtung zur Erfassung der Resonanzfrequenz und/oder zur Erfassung der von der Verdrehung abhängigen Verstimmung der Resonanzfrequenz geeignet ausgeführt ist, insbesondere wobei hierzu die Messeinrichtung einen frequenzvariablen Sender und einen Intensitätsdetektor für die elektromagnetische Strahlung im Raumberiech aufweist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stab mit der Welle kardanartig verbunden ist, insbesondere also in zwei unterschiedlichen axialen Bereichen des Stabes in unterschiedlicher Richtung biegeweicher ausgeführt sind als in der jeweils hierzu senkrechten Richtung; insbesondere wobei der Stab derart ausgeführt ist, dass – ein erster axialer Abschnitt des Stabes eine in Umfangsrichtung anisotrope Steifigkeitsverteilung, insbesondere einen anisotropen Steifigkeitstensor, aufweist und – ein zweiter, an den ersten Abschnitt angrenzender oder davon beabstandeter axialer Abschnitt des Stabes eine in Umfangsrichtung anisotrope Steifigkeitsverteilung, insbesondere einen anisotropen Steifigkeitstensor, aufweist, wobei die beiden Steifigkeitsverteilungen unterschiedlich sind, insbesondere einen Winkelversatz zueinander von mindestens 60° oder 80° zueinander aufweisen.
Getriebe mit einer Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung zur Erfassung der Verdrehung zwischen Stab und Welle und/oder zur Erfassung einer Auslenkung des Stabes an einer Stelle, insbesondere an einer zweiten Stelle, außerhalb des Getriebeinnenraums angeordnet ist, insbesondere außerhalb des Raumbereichs der abtreibenden Stufe des Getriebes angeordnet ist, insbesondere wobei der Innenraum oder Raumbereich abgedichtet ist zur Umgebung oder zum Raumbereich, in welchem die Messeinrichtung angeordnet ist.
Anordnung nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle gelagert ist im Getriebe, wobei die Welle beidseitig aus dem Getriebegehäuse herausragt, insbesondere wobei das erste herausragende Ende zur Verbindung mit einem anzutreibenden drehbar gelagerten Teil einer anzutreibenden Vorrichtung verbindbar ist, insbesondere wobei das andere herausragende Ende zum Anbringen der Messeinrichtung, insbesondere eines Messeinrichtungsteils vorgesehen ist, und/oder dass die Welle die abtreibende Welle des Getriebes ist, und/oder dass das Getriebe schmierölbefüllt ist.