DE102012217224B3

DE102012217224B3 - Measurement device for measuring rotational torque curve of e.g. knob for air conditioning apparatus installed in motor car, has input unit having guide which guides compensating element with bending of torque-transmitting element

Info

Publication number: DE102012217224B3
Application number: DE201210217224
Authority: DE
Inventors: Matthias Leininger
Original assignee: SYSTEC GES fur AUTOMATISIERUNG SYSTEME und TECH DOKUMENTATION MBH; Systec Gesellschaft fur Automatisierung Systeme und Technische Dokumentation Mbh
Current assignee: SYSTEC GES fur AUTOMATISIERUNG SYSTEME und TECH DOKUMENTATION MBH; Systec Gesellschaft fur Automatisierung Systeme und Technische Dokumentation Mbh
Priority date: 2012-09-25
Filing date: 2012-09-25
Publication date: 2014-02-13
Anticipated expiration: 2032-09-26

Abstract

The measurement device (1) has electric drive motor (3) for rotating an object holder (15), and torque sensor (7) for measuring torque of motor. An input unit (16) is arranged between torque sensor and object holder, for compensating misalignment between engine-side rotational axis (9) and object-side rotational axis (17). A guide (19) is used for guiding the compensating element (20) with a bending of the torque-transmitting element (26), so that the object holder is displaced to the engine-side rotational axis by using the input unit. The input unit is provided with flexible torque-transmitting element for transmitting torque to the object holder. The guide having three guide rods (21-23), is attached between attachment element (18) and compensating element.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung eines Drehmoment-Verlaufs eines zu prüfenden Objekts.The invention relates to a measuring device for measuring a torque curve of an object to be tested.

Bedienelemente für Kraftfahrzeuge stellen in der Automobilindustrie typische zu prüfende Objekte dar. Derartige Bedienelemente, wie beispielsweise Drehknöpfe für Klimaanlagen, weisen ein Rastwerk auf, das aus Qualitätsgründen einen definierten Soll-Drehmoment-Verlauf als Widerstandsmoment haben muss.Control elements for motor vehicles represent typical objects to be tested in the automobile industry. Such operating elements, such as, for example, knobs for air conditioning systems, have a detent mechanism which, for reasons of quality, must have a defined desired torque profile as a resistance torque.

Aus der DE 10 2010 038 980 A1 ist eine Messvorrichtung zur Messung eines Drehmoment-Verlaufs eines Drehknopfes bekannt, die das Ausgleichen von radialen Fluchtungsfehlern zwischen einer motorseitigen Drehachse und einer objektseitigen Drehachse ermöglicht. Hierzu weist ein Objekthalter drei Haltearme auf, die an einem Traggestell um zugehörige Schwenkachsen verschwenkbar angeordnet sind und jeweils einen objektseitigen Halteabschnitt und einen motorseitigen Spannabschnitt ausbilden. Zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern sind die Spannabschnitte jeweils federnd an einem Lagerungsring angeordnet, der radial zu der motorseitigen Drehachse verlagerbar ist, sodass ein radialer Ausgleich zwischen der motorseitigen und der objektseitigen Drehachse möglich ist. Die bekannte Messvorrichtung weist zwar eine hohe Messgenauigkeit auf, jedoch besteht anwenderseitig bzw. kundenseitig der Wunsch, die Winkelgeschwindigkeit bei der Messung weiter zu erhöhen, sodass die bekannte Messvorrichtung die Anforderungen an die Messgenauigkeit bei den vergleichsweise höheren Winkelgeschwindigkeiten nicht mehr erfüllt.From the DE 10 2010 038 980 A1 a measuring device for measuring a torque curve of a rotary knob is known, which allows the compensation of radial misalignment between an engine-side axis of rotation and an object-side axis of rotation. For this purpose, an object holder has three holding arms, which are arranged pivotably on a supporting frame about associated pivot axes and each form an object-side holding portion and a motor-side clamping portion. To compensate for misalignment, the clamping sections are each arranged resiliently on a bearing ring, which is displaceable radially to the motor-side axis of rotation, so that a radial compensation between the motor-side and the object-side axis of rotation is possible. Although the known measuring device has a high accuracy of measurement, there is a desire on the part of the user or customer to further increase the angular velocity during the measurement, so that the known measuring device no longer meets the requirements for measurement accuracy at the comparatively higher angular velocities.

Aus der DE 103 33 397 B4 ist eine Drehmoment-Messvorrichtung für Elektromotoren bekannt. Die Messvorrichtung umfasst eine Halteeinrichtung für einen zu prüfenden Elektromotor, der wiederum einen Stator und einen Rotor aufweist. Mit dem Rotor ist eine Antriebseinrichtung der Messvorrichtung koppelbar. Die Antriebseinrichtung weist dafür eine Fixierungseinrichtung zur drehfesten Verbindung mit dem Rotor auf. Sie umfasst ferner einen Antriebsmotor, wobei dessen Motorwelle mit einem Drehmomentsensor gekoppelt ist. Die Fixierungseinrichtung ist außerdem drehfest mit einer Welle verbunden, die durch die Antriebseinrichtung antreibbar ist. Eine oder mehrere Ausgleichskupplungen können in die Welle eingesetzt sein. Diese Ausgleichskupplungen ermöglichen einen Ausgleich eines eventuellen Achsversatzes der Welle zu der Drehachse des Rotors. Die Messgenauigkeit dieser Messvorrichtung ist oftmals nicht ausreichend.From the DE 103 33 397 B4 a torque measuring device for electric motors is known. The measuring device comprises a holding device for an electric motor to be tested, which in turn has a stator and a rotor. A drive device of the measuring device can be coupled to the rotor. For this purpose, the drive device has a fixing device for the rotationally fixed connection to the rotor. It further comprises a drive motor, wherein the motor shaft is coupled to a torque sensor. The fixing device is also rotatably connected to a shaft which is drivable by the drive means. One or more compensating couplings may be inserted in the shaft. These compensating couplings allow compensation of any shaft offset of the shaft to the axis of rotation of the rotor. The measuring accuracy of this measuring device is often insufficient.

Die DE 10 2007 006 922 A1 offenbart ein spannungsoptisches Verfahren zur Ermittlung einer Belastung. Zum Stand der Technik ist in dieser Druckschrift angegeben, dass Drehmoment-Messwellen bekannt seien, die in einem Gehäuse mit zwei Kugellagern untergebracht sind und zum Einbau in einen Wellenstrang neben einer Rutschkupplung noch zwei Metall-Faltenbalgkupplungen aufweisen. Dadurch sei ein Ausgleich etwaiger axialer und radialer Verlagerungen möglich. Ferner ist in dieser Druckschrift angegeben, dass Faltenbalgkupplungen Winkel- und Radialverlagerungen bis zu einem gewissen Grad ausgleiche, welche beim Zusammenbau eines Wellenstrangs entstehen.The DE 10 2007 006 922 A1 discloses a stress-optical method for determining a load. The prior art is stated in this document that torque measuring shafts are known, which are housed in a housing with two ball bearings and for installation in a shaft assembly next to a slip clutch still have two metal Faltenbalgkupplungen. As a result, a compensation of any axial and radial displacements is possible. Furthermore, it is stated in this document that bellows couplings compensate for angular and radial displacements to a certain extent, which arise during assembly of a shaft train.

Aus der DE 195 42 255 A1 ist eine Vorrichtung zur Verminderung der störenden Wirkung äußerer Querkräfte bei einer elektrischen Drehmoment-Messeinrichtung bekannt. Die Drehmoment-Messeinrichtung umfasst einen Kopf und einen Fuß sowie einen dazwischen angeordneten Torsionskörper. Der Torsionskörper hat einen Messkörper mit einem Messwertaufnehmer. In dem Messkörper ist außerdem ein Biegeelement angeordnet, welches den Winkel- und Seitenversatz zwischen Kopf und Fuß aufnimmt. Es vereinfacht sich nach dieser Druckschrift der Aufbau des Messkörpers, wenn statt zweier Gelenke ein Metallbalg eingesetzt wird, der als einzelnes Biegeelement nicht nur einen Biegewinkel, sondern auch seitlichen Versatz aufnehmen kann.From the DE 195 42 255 A1 a device for reducing the disturbing effect of external lateral forces in an electrical torque-measuring device is known. The torque measuring device comprises a head and a foot and a torsion body arranged therebetween. The torsion body has a measuring body with a transducer. In the measuring body, a bending element is also arranged, which receives the angular and lateral offset between the head and foot. It simplifies according to this document, the structure of the measuring body when instead of two joints, a metal bellows is used, which can accommodate not only a bending angle, but also lateral offset as a single bending element.

In Kapitel 5.2 der Veröffentlichung von Schicker, R., Wegener, G.: „Drehmoment richtig messen”, Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, 2002 sind verschiedene Ausgleichselemente für einen Wellenstrang offenbart. Biegeelastische Einfach- und Doppelgelenkkupplungen können gemäß dieser Veröffentlichung geometrische Fehler ausgleichen. Gelenkkupplungen können radialen Winkelversatz ausgleichen und erlauben darüber hinaus auch einen geringen Axialversatz. Sie erzeugen auch Rückstellkräfte bzw. -momente. Der Einsatz von zwei Einfachgelenkkupplungen ermöglicht außerdem auch einen Ausgleich von Parallelversatz.In chapter 5.2 of the publication by Schicker, R., Wegener, G .: "Measuring Torque Correctly", Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, 2002 various compensation elements for a shaft train are disclosed. Bend elastic single and double link couplings can compensate for geometric errors according to this publication. Articulated couplings can compensate for radial angular misalignment and also allow low axial misalignment. They also generate restoring forces or moments. The use of two single-joint couplings also makes it possible to compensate for parallel misalignment.

Aus der DE 199 35 195 C1 ist eine Vorrichtung zur Messung des Drehmoments einer Welle in einem Antrieb bekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine Kraftmesseinrichtung mit einer Messwelle. Die Kraftmesseinrichtung ist zwischen einem Elektromotor und einem Getriebe angeordnet.From the DE 199 35 195 C1 a device for measuring the torque of a shaft in a drive is known. This device comprises a force measuring device with a measuring shaft. The force measuring device is arranged between an electric motor and a transmission.

In der Veröffentlichung „smartflex^® – Die perfekte Wellenkupplung” der Chr. Mayr GmbH & Co. KG ist eine Metallbalgkupplung für den elastischen Ausgleich eines Wellenversatzes offenbart. Dort ist angegeben, dass die Metallbalgkupplungen in Zweigelenk-Ausführung einen axialen, radialen und winkligen Wellenversatz-Ausgleich erlauben.The publication "smartflex ^® - the perfect shaft coupling" by Chr. Mayr GmbH & Co. KG discloses a metal bellows coupling for the elastic compensation of shaft misalignments. There it is stated that the two-jointed metal bellows couplings allow axial, radial and angular shaft misalignment compensation.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Messvorrichtung der gattungsgemäßen Art, derart weiterzubilden, dass bei zumindest gleichbleibender Messgenauigkeit eine vergleichsweise schnellere Messung des Drehmoment-Verlaufs eines zu prüfenden Objekts möglich ist.The invention is therefore based on the object, a measuring device of generic type, such that with at least constant accuracy of measurement a comparatively faster measurement of the torque curve of an object to be tested is possible.

Diese Aufgabe wird durch eine Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass durch die Anordnung einer Ausgleichseinheit zwischen dem Drehmomentsensor und dem Objekthalter zum Ausgleichen von radialen Fluchtungsfehlern zwischen der motorseitigen Drehachse und der objektseitigen Drehachse eine vergleichsweise größere Torsionssteifigkeit und ein vergleichsweise geringeres Massenträgheitsmoment der Messvorrichtung bzw. des von dieser gebildeten Messstrangs ermöglicht wird, sodass die Messung des Drehmoment-Verlaufs eines zu prüfenden Objekts trotz einer vergleichsweise großen Winkelgeschwindigkeit im Wesentlichen nicht durch dynamische Effekte beeinträchtigt wird. Somit kann durch die erfindungsgemäße Messvorrichtung auch bei Winkelgeschwindigkeiten von mindestens 80°/Sekunde, insbesondere von mindestens 90°/Sekunde und insbesondere von mindestens 100°/Sekunde die geforderte hohe Messgenauigkeit erzielt werden.This object is achieved by a measuring device having the features of claim 1. According to the invention, it has been recognized that the arrangement of a compensation unit between the torque sensor and the object holder for compensating for radial misalignments between the motor-side axis of rotation and the object-side axis of rotation allows a comparatively greater torsional rigidity and a comparatively lower mass moment of inertia of the measuring device or of the measuring strand formed by it. so that the measurement of the torque curve of an object to be tested, despite a comparatively large angular velocity, is essentially not affected by dynamic effects. Thus, the required high measurement accuracy can be achieved by the measuring device according to the invention even at angular velocities of at least 80 ° / second, in particular of at least 90 ° / second and in particular of at least 100 ° / second.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 1 gewährleistet eine hohe Torsionssteifigkeit und ein geringes Massenträgheitsmoment des Messstrangs und insbesondere der Ausgleichseinheit, wodurch die geforderte Messgenauigkeit auch bei hohen Winkelgeschwindigkeiten gewährleistet ist. Durch das biegsame Drehmomentübertragungselement wird trotz des möglichen Ausgleichs von Fluchtungsfehlern eine hohe Torsionssteifigkeit erzielt, sodass die Übertragung des Drehmoments die Messgenauigkeit nicht aufgrund einer Torsion des Drehmomentübertragungselements beeinträchtigt. Durch die Führung und das damit geführte Ausgleichselement wird der radiale und der axiale Freiheitsgrad bereitgestellt, um Fluchtungsfehler derart auszugleichen, dass diese zu keiner Beeinträchtigung des Messergebnisses führen. Die Führung und das Ausgleichselement rotieren bei der Messung nicht, sodass ein geringes Massenträgheitsmoment erzielt wird. Hierdurch wird auf einfache Weise eine hohe Messgenauigkeit bei vergleichsweise hohen Winkelgeschwindigkeiten erzielt. Die Führung ist insbesondere als Parallelführung ausgebildet, die bei einer radialen Verlagerung des Objekthalters zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern eine Verkippung des Objekthalters verhindert.A measuring device according to claim 1 ensures a high torsional rigidity and a low moment of inertia of the measuring strand and in particular the compensation unit, whereby the required measuring accuracy is ensured even at high angular velocities. The flexible torque transmitting element achieves high torsional rigidity despite the possible compensation of misalignment, so that the transmission of torque does not affect the measurement accuracy due to torsion of the torque transmitting element. The guide and the compensation element guided therewith provide the radial and axial degrees of freedom in order to compensate misalignment such that they do not lead to any impairment of the measurement result. The guide and the compensation element do not rotate during the measurement, so that a low mass moment of inertia is achieved. As a result, a high measurement accuracy is achieved in a simple manner at comparatively high angular velocities. The guide is designed in particular as a parallel guide, which prevents a tilting of the object holder with a radial displacement of the object holder to compensate for misalignment.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 1 gewährleistet außerdem auf einfache Weise eine Parallelführung des Ausgleichselements. Vorzugsweise weist die Führung genau drei Führungsstäbe auf, die in Form eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind.A measuring device according to claim 1 also ensures in a simple manner a parallel guidance of the compensating element. Preferably, the guide has exactly three guide rods, which are arranged in the form of an equilateral triangle.

Bei der Messvorrichtung gemäß der DE 10 2010 038 980 A1 erfolgt der Ausgleich von Fluchtungsfehlern zwischen der motorseitigen Drehachse und der objektseitigen Drehachse durch den Objekthalter selbst, der hierdurch einen vergleichsweise komplizierten Aufbau aufweist, wodurch der Messstrang ein vergleichsweise großes Massenträgheitsmoment und eine vergleichsweise geringe Torsionssteifigkeit hat. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Messvorrichtung die Ausgleichseinheit zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern zwischen der motorseitigen Drehachse und der objektseitigen Drehachse von dem Objekthalter selbst entkoppelt ist, kann die Ausgleichseinheit konstruktiv einfacher und dementsprechend mit einem geringeren Massenträgheitsmoment und einer höheren Torsionssteifigkeit ausgebildet werden. Die Ausgleichseinheit weist insbesondere ein Massenträgheitsmoment von höchstens 150 gcm², insbesondere von höchstens 125 gcm² und insbesondere von höchstens 100 gcm² auf. Darüber hinaus weist die Ausgleichseinheit eine Torsionssteifigkeit von mindestens 30 Nm/rad, insbesondere von mindestens 40 Nm/rad und insbesondere von mindestens 50 Nm/rad auf.In the measuring device according to the DE 10 2010 038 980 A1 the compensation of misalignment between the motor-side axis of rotation and the object-side axis of rotation by the object holder itself, which thereby has a comparatively complicated structure, whereby the measuring strand has a comparatively large moment of inertia and a comparatively low torsional stiffness. Characterized in that in the measuring device according to the invention, the compensation unit for compensating misalignment between the motor-side axis of rotation and the object-side axis of rotation is decoupled from the object holder itself, the compensation unit can be structurally simpler and accordingly formed with a lower mass moment of inertia and a higher torsional rigidity. In particular, the compensation unit has an inertia of at most 150 gcm ² , in particular of at most 125 gcm ² and in particular of at most 100 gcm ² . In addition, the compensation unit has a torsional rigidity of at least 30 Nm / rad, in particular of at least 40 Nm / rad and in particular of at least 50 Nm / rad.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 2 gewährleistet eine hohe Messgenauigkeit bei vergleichsweise hohen Winkelgeschwindigkeiten, da der Ausgleich von Fluchtungsfehlern durch eine radiale Verlagerung des Objekthalters in Folge des axialen Freiheitsgrads nicht zu Zwangskräften bzw. zu einer Krafteinleitung bzw. Momenteneinleitung in den Drehmomentsensor führt. Durch den axialen Freiheitsgrad kann der Abstand zwischen dem Drehmomentsensor und dem Objekthalter in Richtung der Drehachsen, also in axialer Richtung an die jeweilige radiale Verlagerung des Objekthalters angepasst werden, sodass die Messung des Drehmoment-Verlaufs im Wesentlichen ohne die Einleitung unerwünschter Kräfte und Momenten erfolgen kann. Hierdurch wird eine hohe Messgenauigkeit erzielt.A measuring device according to claim 2 ensures a high accuracy of measurement at relatively high angular velocities, since the compensation of misalignments by a radial displacement of the object holder as a result of the axial degree of freedom does not lead to constraining forces or to a force or torque introduction into the torque sensor. Due to the axial degree of freedom, the distance between the torque sensor and the object holder in the direction of the axes of rotation, so in the axial direction to the respective radial displacement of the object holder can be adjusted so that the measurement of the torque curve can be done substantially without the introduction of unwanted forces and moments , As a result, a high measurement accuracy is achieved.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 3 gewährleistet ein geringes Massenträgheitsmoment. Das Befestigungselement ist insbesondere plattenförmig ausgebildet und an dem Drehmomentsensor befestigt.A measuring device according to claim 3 ensures a low moment of inertia. The fastening element is in particular plate-shaped and attached to the torque sensor.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 4 gewährleistet das Bereitstellen des radialen Freiheitsgrads und des axialen Freiheitsgrads bei geringem Massenträgheitsmoment. Das Ausgleichselement ist relativ zu dem Befestigungselement nicht drehbar, sodass dieses zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern und bei der Messung des Drehmoment-Verlaufs nicht um die objektseitige Drehachse rotiert. Das Ausgleichselement ist insbesondere plattenartig ausgebildet.A measuring device according to claim 4 ensures the provision of the radial degree of freedom and the axial degree of freedom at low moment of inertia. The compensating element is not rotatable relative to the fastening element, so that it does not rotate about the object-side axis of rotation in order to compensate for misalignments and in the measurement of the torque profile. The compensating element is formed in particular plate-like.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 5 gewährleistet auf einfache Weise die Lagerung des Ausgleichselements. A measuring device according to claim 5 ensures the storage of the compensating element in a simple manner.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 6 gewährleistet auf einfache Weise eine drehbare Lagerung des Ausgleichselements relativ zu dem Objekthalter.A measuring device according to claim 6 ensures in a simple manner a rotatable mounting of the compensating element relative to the object holder.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 7 gewährleistet auf einfach Weise eine axial verschiebbare Lagerung des Ausgleichselements. Vorzugsweise ist das Radiallager an dem Gleitlager gelagert.A measuring device according to claim 7 ensures in a simple manner an axially displaceable mounting of the compensating element. Preferably, the radial bearing is mounted on the sliding bearing.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 8 gewährleistet auf einfache Weise einen Ausgleich von Fluchtungsfehlern bei gleichzeitig hoher Torsionssteifigkeit der Ausgleichseinheit.A measuring device according to claim 8 ensures in a simple manner a compensation of misalignment while high torsional stiffness of the compensation unit.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 9 gewährleistet eine hohe Messgenauigkeit, da die radiale Verlagerung des Ausgleichselements im Wesentlichen zu keiner Verkippung des Objekthalters führt, sodass die motorseitige Drehachse und die objektseitige Drehachse ihre Winkellage zueinander beibehalten und insbesondere parallel zueinander bleiben. Das Ausgleichselement wird bei einer radialen Verlagerung somit nicht verkippt, sondern wird bei gleichbleibender Winkellage lediglich linear verlagert. Durch die Parallelführung wird insbesondere das Auftreten von Zwangskräften im Messstrang vermieden, wodurch eine hohe Messgenauigkeit erzielt wird.A measuring device according to claim 9 ensures a high accuracy of measurement, since the radial displacement of the compensating element leads substantially to no tilting of the object holder, so that the motor-side axis of rotation and the object-side axis of rotation maintain their angular position to each other and in particular remain parallel to each other. The compensating element is thus not tilted in a radial displacement, but is only linearly displaced at a constant angular position. Due to the parallel guidance, in particular the occurrence of constraining forces in the measuring strand is avoided, whereby a high measuring accuracy is achieved.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 10 gewährleistet auf einfache Weise eine Parallelführung.A measuring device according to claim 10 ensures in a simple manner a parallel guide.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 11 gewährleistet auf einfache Weise eine gelenkige Verbindung der mindestens drei Führungsstäbe mit dem Befestigungselement und dem Ausgleichselement zur Ausbildung der Parallelführung. Die Gummielemente sind selbstrückstellend ausgebildet und nehmen nach einer Auslenkung selbsttätig ihre ursprüngliche Stellung ein.A measuring device according to claim 11 ensures in a simple manner an articulated connection of the at least three guide rods with the fastening element and the compensating element for forming the parallel guide. The rubber elements are self-resetting and take after a deflection automatically their original position.

Eine Messvorrichtung nach Anspruch 12 gewährleistet ein geringes Massenträgheitsmoment und eine hohe Torsionssteifigkeit des Messstrangs. Dadurch, dass der Ausgleich von Fluchtungsfehlern nicht mittels des Objekthalters erfolgt, ist dieser vergleichsweise einfach aufgebaut. Das Klemmelement ist insbesondere ringförmig und elastisch ausgebildet, sodass auf einfache Weise eine Drehmomentübertragung auf das zu prüfende Objekt möglich ist. Durch den einfachen Aufbau weist der Objekthalter ein geringes Massenträgheitsmoment und eine hohe Torsionssteifigkeit auf.A measuring device according to claim 12 ensures a low mass moment of inertia and a high torsional rigidity of the measuring strand. The fact that the compensation of misalignment is not done by means of the object holder, this is relatively simple. The clamping element is in particular annular and elastic, so that in a simple way a torque transfer to the object to be tested is possible. Due to its simple construction, the object holder has a low mass moment of inertia and a high torsional rigidity.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Es zeigen:Further features, advantages and details of the invention will become apparent from the following description of an embodiment. Show it:

1 eine perspektivische Ansicht einer Messvorrichtung zur Messung eines Drehmoment-Verlaufs eines zu prüfenden Objekts, 1 a perspective view of a measuring device for measuring a torque curve of an object to be tested,

2 eine Frontansicht der Messvorrichtung in 1, 2 a front view of the measuring device in 1 .

3 eine teilweise geschnittene Ansicht der Messvorrichtung in 3 a partially sectioned view of the measuring device in

1, 1 .

4 eine vergrößerte Darstellung der Messvorrichtung in 3 im Bereich einer Ausgleichseinheit, 4 an enlarged view of the measuring device in 3 in the area of a compensation unit,

5 eine prinzipielle Darstellung der Ausgleichseinheit in 4 bei der Prüfung eines Objekts in einem fluchtenden Zustand der objektseitigen Drehachse und der motorseitigen Drehachse, und 5 a schematic representation of the compensation unit in 4 when examining an object in an aligned state of the object-side rotation axis and the motor-side rotation axis, and

6 eine prinzipielle Darstellung der Ausgleichseinheit in 4 bei der Prüfung eines Objekts in einem nicht fluchtenden Zustand der objektseitigen Drehachse und der motorseitigen Drehachse. 6 a schematic representation of the compensation unit in 4 in the examination of an object in a non-aligned state of the object-side axis of rotation and the motor-side axis of rotation.

Eine Messvorrichtung 1 weist ein U-förmiges Grundgestell 2 auf, an dem ein elektrischer Antriebsmotor 3 mit einem Drehwinkelsensor 4 angeordnet ist. Der Antriebsmotor 3 ist als Servomotor ausgebildet und weist eine Antriebsmotorwelle 5 auf, die um eine zugehörige Antriebsmotor-Drehachse 6 drehantreibbar ist. Der Drehwinkelsensor 4 dient zur Messung eines Drehwinkels φ des Antriebsmotors 3 um die Antriebsmotor-Drehachse 6 und zur genauen Regelung des Antriebsmotors 3. Der Drehwinkelsensor 4 ist beispielsweise als Encoder ausgebildet und weist mindestens 200.000 Striche pro Umdrehung auf, sodass die Winkelgeschwindigkeit des Antriebsmotors 3 exakt regelbar ist.A measuring device 1 has a U-shaped base frame 2 on, on which an electric drive motor 3 with a rotation angle sensor 4 is arranged. The drive motor 3 is designed as a servo motor and has a drive motor shaft 5 on, which is an associated drive motor axis of rotation 6 is rotary drivable. The rotation angle sensor 4 is used to measure a rotation angle φ of the drive motor 3 around the drive motor rotation axis 6 and for the precise control of the drive motor 3 , The rotation angle sensor 4 is designed as an encoder and has at least 200,000 strokes per revolution, so that the angular velocity of the drive motor 3 is exactly controllable.

Zur Messung des von dem Antriebsmotor 3 abgegebenen Drehmoments M dient ein Drehmomentsensor 7. Der Antriebsmotor 3 und der Drehmomentsensor 7 sind an den Schenkeln des U-förmigen Grundgestells 2 derart angeordnet, dass die Antriebsmotorwelle 5 und eine Drehmomentmesswelle 8 miteinander fluchten. Die zu der Drehmomentmesswelle 8 gehörige Drehmomentsensor-Drehachse 9 und die Antriebsmotor-Drehachse 6 sind somit im Wesentlichen deckungsgleich.To measure the of the drive motor 3 output torque M is a torque sensor 7 , The drive motor 3 and the torque sensor 7 are on the legs of the U-shaped base frame 2 arranged such that the drive motor shaft 5 and a torque measuring shaft 8th aligned with each other. The to the torque measuring shaft 8th associated torque sensor axis of rotation 9 and the drive motor rotation axis 6 are thus essentially congruent.

Die Antriebsmotorwelle 5 und die Drehmomentmesswelle 8 sind mittels eines ersten biegsamen Drehmomentübertragungselements 10 miteinander verbunden. Das Drehmomentübertragungselement 10 ist als Faltenbalgkupplung ausgebildet und dient zum Ausgleich etwaiger Fluchtungsfehler zwischen der Antriebsmotor-Drehachse 6 und der Drehmomentsensor-Drehachse 9. Das Drehmomentübertragungselement 10 ist in einem durch die Schenkel des U-förmigen Grundgestells 2 definierten Innenraum 11 des Grundgestells 2 angeordnet, wobei die Antriebsmotorwelle 5 und die Drehmomentmesswelle 8 durch in den Schenkeln ausgebildete Durchbrechungen 12, 13 in den Innenraum 11 geführt sind. Der Aufbau der Drehmomentmesswelle 8 ist bekannt und üblich. Die Drehmomentsensor-Drehachse 9 ist nachfolgend als motorseitige Drehachse 9 bezeichnet.The drive motor shaft 5 and the torque measuring shaft 8th are by means of a first flexible torque transmitting element 10 connected with each other. The torque transmitting element 10 is designed as a bellows coupling and serves to compensate for any misalignment between the drive motor axis of rotation 6 and the torque sensor rotation axis 9 , The torque transmitting element 10 is in through the legs of the U-shaped base frame 2 defined interior 11 of the base frame 2 arranged, wherein the drive motor shaft 5 and the torque measuring shaft 8th through openings formed in the thighs 12 . 13 in the interior 11 are guided. The structure of the torque measuring shaft 8th is known and usual. The torque sensor rotation axis 9 is below as the motor-side axis of rotation 9 designated.

Zum Halten eines zu prüfenden Objekts 14 weist die Messvorrichtung 1 einen Objekthalter 15 auf, der über eine Ausgleichseinheit 16 mit dem Drehmomentsensor 7 verbunden ist. Die Ausgleichseinheit 16 dient zum Ausgleichen von Fluchtungsfehlern zwischen der motorseitigen Drehachse 9 und einer von dem Objekthalter 15 definierten Objekthalter-Drehachse 17. Die Objekthalter-Drehachse 17 ist nachfolgend als objektseitige Drehachse bezeichnet. Zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern ist der Objekthalter 15 mittels der Ausgleichseinheit 16 radial zu der motorseitigen Drehachse 9 verlagerbar. Hierzu ist die Ausgleichseinheit 16 zwischen dem Drehmomentsensor 7 und dem Objekthalter 15 angeordnet.To hold an object to be tested 14 points the measuring device 1 an object holder 15 up, over a compensation unit 16 with the torque sensor 7 connected is. The compensation unit 16 serves to compensate for misalignment between the motor-side axis of rotation 9 and one of the object holder 15 defined object holder rotation axis 17 , The object holder rotation axis 17 is hereinafter referred to as the object-side axis of rotation. To compensate for misalignment is the object holder 15 by means of the compensation unit 16 radially to the motor-side axis of rotation 9 displaced. This is the compensation unit 16 between the torque sensor 7 and the object holder 15 arranged.

Die Ausgleichseinheit 16 weist ein plattenförmiges Befestigungselement 18 auf, das an dem Drehmomentsensor 7 drehfest angeordnet bzw. befestigt ist. Das Befestigungselement 18 ist mittels einer als Parallelführung ausgebildeten Führung 19 mit einem Ausgleichselement 20 verbunden. Das Ausgleichselement 20 ist entsprechend dem Befestigungselement 18 plattenförmig ausgebildet. Die Parallelführung 19 weist drei in Richtung der Drehachsen 9, 17 angeordnete Führungsstäbe 21 bis 23 auf, die jeweils mittels selbstrückstellenden Gummielementen 24, 25 gelenkig an dem Befestigungselement 18 und dem Ausgleichselement 20 angeordnet sind. Die Führungsstäbe 21 bis 23 sind in Form eines gleichseitigen Polygons bzw. gleichseitigen Dreiecks angeordnet.The compensation unit 16 has a plate-shaped fastening element 18 on, the at the torque sensor 7 rotatably arranged or fixed. The fastener 18 is by means of a trained as a parallel guide 19 with a compensation element 20 connected. The compensation element 20 is according to the fastener 18 plate-shaped. The parallel guidance 19 points three in the direction of the axes of rotation 9 . 17 arranged guide rods 21 to 23 on, each by means of self-resetting rubber elements 24 . 25 hinged to the fastener 18 and the compensation element 20 are arranged. The guide rods 21 to 23 are arranged in the form of an equilateral polygon or equilateral triangle.

Zur Übertragung des Drehmoments M des Antriebsmotors 3 zu dem Objekthalter 15 ist zwischen dem Drehmomentsensor 7 und dem Objekthalter 15 ein biegsames und torsionssteifes zweites Drehmomentübertragungselement 26 angeordnet. Das Drehmomentübertragungselement 26 ist relativ zu der Parallelführung 19 derart angeordnet, dass die Drehachsen 9, 17 im Wesentlichen im Schwerpunkt des durch die Führungsstäbe 21 bis 23 gebildeten gleichseitigen Dreiecks angeordnet sind. Das Drehmomentübertragungselement 26 ist motorseitig mit der Drehmomentmesswelle 8 und objektseitig mittels einer Antriebswelle 27 mit dem Objekthalter 15 verbunden. Das Drehmomentübertragungselement 26 ist zwischen dem Befestigungselement 18 und dem Ausgleichselement 20 angeordnet und weist zwei in Reihe geschaltete Faltenbalgkupplungen 28, 29 auf, die mittels einer Verbindungswelle 30 miteinander verbunden sind. Zur Durchführung des Drehmomentübertragungselements 26 bzw. der Antriebswelle 27 weisen das Befestigungselement 18 und das Ausgleichselement 20 jeweils eine zugehörige Durchbrechung 31, 32 auf.For transmitting the torque M of the drive motor 3 to the object holder 15 is between the torque sensor 7 and the object holder 15 a flexible and torsionally stiff second torque transmitting element 26 arranged. The torque transmitting element 26 is relative to the parallel guide 19 arranged such that the axes of rotation 9 . 17 essentially in the center of gravity of the guide rods 21 to 23 formed equilateral triangle are arranged. The torque transmitting element 26 is motor side with the torque measuring shaft 8th and on the object side by means of a drive shaft 27 with the object holder 15 connected. The torque transmitting element 26 is between the fastener 18 and the compensation element 20 arranged and has two series bellows couplings 28 . 29 on, by means of a connecting shaft 30 connected to each other. To carry out the torque transmission element 26 or the drive shaft 27 have the fastener 18 and the compensation element 20 in each case an associated opening 31 . 32 on.

Das Ausgleichselement 20 ist mittels der Parallelführung 19 im Wesentlichen drehfest mit dem Befestigungselement 18 verbunden, jedoch relativ zu dem Objekthalter 15 drehbar und in axialer Richtung, also in Richtung der Drehachsen 9, 17 verschiebbar an der Antriebswelle 27 gelagert. Hierzu ist ein Radiallager 33 in der Durchbrechung 32 angeordnet, wobei in dem Radiallager 33 relativ zu dem Ausgleichselement 20 drehbar ein Gleitlager 34 angeordnet ist. Das Gleitlager 34 ist auf der Antriebswelle 27 angeordnet, sodass das Ausgleichselement 20 relativ zu dem Objekthalter 15 drehbar und axial verschiebbar gelagert ist. Das Ausgleichselement 20 ist somit in radialer Richtung und in axialer Richtung relativ zu der motorseitigen Drehachse 9 verlagerbar, wobei die Parallelführung 19 zum Führen des Ausgleichselements 20 bei einer Verbiegung des Drehmomentübertragungselements 26 dient.The compensation element 20 is by means of the parallel guide 19 substantially rotationally fixed with the fastener 18 connected, but relative to the object holder 15 rotatable and in the axial direction, ie in the direction of the axes of rotation 9 . 17 slidable on the drive shaft 27 stored. This is a radial bearing 33 in the opening 32 arranged, being in the radial bearing 33 relative to the compensating element 20 rotatable a plain bearing 34 is arranged. The plain bearing 34 is on the drive shaft 27 arranged so that the compensation element 20 relative to the object holder 15 is mounted rotatably and axially displaceable. The compensation element 20 is thus in the radial direction and in the axial direction relative to the motor-side axis of rotation 9 displaceable, wherein the parallel guide 19 for guiding the compensating element 20 at a bend of the torque transmitting element 26 serves.

Durch die Anordnung des Ausgleichselements 20 weist dieses einen radialen Freiheitsgrad zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern zwischen der objektseitigen Drehachse 17 und der motorseitigen Drehachse 9 und einen axialen Freiheitsgrad zur Anpassung eines axialen Abstandes, also eines Abstandes in Richtung der Drehachsen 9, 17, zwischen dem Drehmomentsensor 7 und dem Objekthalter 15 bei einer Verbiegung des Drehmomentübertragungselements 26 auf. Die Parallelführung 19 gewährleistet, dass bei einer Verbiegung des Drehmomentübertragungselements 26 bzw. bei einer entsprechenden radialen Verlagerung des Ausgleichselements 20 zum Ausgleich von Fluchtungsfehlern zwischen den Drehachsen 9, 17 diese ihre Winkellage zueinander beibehalten und insbesondere parallel zueinander bleiben.By the arrangement of the compensation element 20 this has a radial degree of freedom to compensate for misalignment between the object-side axis of rotation 17 and the motor-side rotation axis 9 and an axial degree of freedom for adjusting an axial distance, ie a distance in the direction of the axes of rotation 9 . 17 , between the torque sensor 7 and the object holder 15 at a bend of the torque transmitting element 26 on. The parallel guidance 19 ensures that at a bend of the torque transmitting element 26 or at a corresponding radial displacement of the compensating element 20 to compensate for misalignment between the axes of rotation 9 . 17 they maintain their angular position to each other and in particular remain parallel to each other.

Zum Halten des zu prüfenden Objekts 14 weist der Objekthalter 15 ein Klemmelement 35 auf, das an einem Haltergrundkörper 36 befestigt ist. Das Klemmelement 35 ist beispielsweise als ringförmige und elastische Klemmlippe ausgebildet.To hold the object to be tested 14 points the object holder 15 a clamping element 35 on, on a holder body 36 is attached. The clamping element 35 is designed for example as an annular and elastic clamping lip.

Die Funktionsweise der Messvorrichtung 1 ist wie folgt:
Das zu prüfende Objekt 14 ist beispielsweise als Drehknopf ausgebildet und weist ein erstes Drehteil 37 und ein zugehöriges zweites Drehteil 38 auf, die über ein nicht näher dargestelltes Rastwerk drehbar miteinander verbunden sind. Zur Messung eines Drehmoment-Drehwinkel-Verlaufs M (φ) ist das zweite Drehteil 38 in einer nicht näher dargestellten festen Aufnahme angeordnet, wohingegen das erste Drehteil 37 mittels der Messvorrichtung 1 um eine Objekt-Drehachse 39 gedreht wird. Hierzu wird die Messvorrichtung 1 mit dem Objekthalter 15 auf dem ersten Drehteil 37 angeordnet, wobei das Klemmelement 35 das erste Drehteil 37 ausreichend fest klemmt, dass das vom Antriebsmotor 3 erzeugte Drehmoment M auf das erste Drehteil 37 übertragbar ist. Durch das Klemmen fluchtet die Objekt-Drehachse 39 im Wesentlichen mit der Objekthalter-Drehachse bzw. der objektseitigen Drehachse 17.The functioning of the measuring device 1 is as follows:
The object to be tested 14 For example, is designed as a knob and has a first rotary part 37 and an associated second rotary member 38 on, which are rotatably connected to each other via a detent not shown. For measuring a torque-rotation angle curve M (φ) is the second rotary part 38 arranged in a fixed receptacle, not shown, whereas the first rotary part 37 by means of the measuring device 1 around an object rotation axis 39 is turned. For this purpose, the measuring device 1 with the object holder 15 on the first turned part 37 arranged, wherein the clamping element 35 the first turned part 37 sufficiently firmly clamps that of the drive motor 3 generated torque M on the first rotary part 37 is transferable. By clamping the object axis of rotation is aligned 39 essentially with the object holder rotation axis or the object-side rotation axis 17 ,

Wenn die motorseitige Drehachse 9 optimal mit der objektseitigen Drehachse 17 fluchtet, so muss die Ausgleichseinheit 16 keine Fluchtungsfehler ausgleichen. Dies ist in 5 veranschaulicht. Zum Übertragen des Drehmoments M muss das Drehmomentübertragungselement 26 keine Verbiegung ausführen. Das Ausgleichselement 20 ist dementsprechend relativ zu dem Befestigungselement 18 nicht radial verlagert. Bei der Drehung des ersten Drehteils 37 um den Winkel φ um die objektseitige Drehachse 17 ist somit das von dem Antriebsmotor 3 aufzubringende Drehmoment M mittels des Drehmomentsensors 7 exakt messbar. Durch Auswertung des mittels des Drehwinkelsensors 4 gemessenen Drehwinkels φ und des mittels des Drehmomentsensors 7 gemessenen Drehmoments M kann mittels einer nicht näher dargestellten Steuereinrichtung der Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M (φ) des Objekts 14 ermittelt werden.When the motor-side rotation axis 9 optimal with the object-side axis of rotation 17 Aligns, so must the compensation unit 16 compensate for any misalignment. This is in 5 illustrated. To transmit the torque M, the torque transmission element 26 do not bend. The compensation element 20 is accordingly relative to the fastener 18 not shifted radially. During the rotation of the first rotating part 37 around the angle φ around the object-side axis of rotation 17 is thus that of the drive motor 3 applied torque M by means of the torque sensor 7 exactly measurable. By evaluation of the means of the rotation angle sensor 4 measured rotational angle φ and the means of the torque sensor 7 measured torque M can by means of a control device, not shown, the torque-rotation angle curve M (φ) of the object 14 be determined.

Treten dem gegenüber bei der Messung Fluchtungsfehler zwischen der motorseitigen Drehachse 9 und der objektseitigen Drehachse 17 auf, so werden diese von der Ausgleichseinheit 16 ausgeglichen. Dies ist in 6 veranschaulicht. Das Drehmomentübertragungselement 26 muss sich zur Übertragung des Drehmoments M verbiegen, wodurch gleichzeitig das Ausgleichselement 20 radial zu der motorseitigen Drehachse 9 verlagert wird. Aufgrund der Parallelführung 19 verändert das Ausgleichselement 20 seine Winkellage nicht, sondern wird ausschließlich in radialer Richtung und in axialer Richtung linear verlagert. Die Drehachsen 9, 17 bleiben trotz der radialen und axialen Verlagerung des Ausgleichselements 20 somit parallel zueinander. Hierdurch wird der radiale Versatz der Drehachsen 9, 17 ausgeglichen, wobei Zwangskräfte, die die Messgenauigkeit beeinträchtigen könnten, vermieden werden. Somit kann der Drehmoment-Drehwinkel-Verlauf M (φ) trotz Fluchtungsfehlern mit hoher Genauigkeit gemessen werden.If, in contrast to the measurement, misalignment occurs between the motor-side axis of rotation 9 and the object-side rotation axis 17 on, these are from the compensation unit 16 balanced. This is in 6 illustrated. The torque transmitting element 26 must bend to transmit the torque M, which at the same time the compensation element 20 radially to the motor-side axis of rotation 9 is relocated. Due to the parallel guidance 19 changes the compensation element 20 its angular position not, but is linearly displaced only in the radial direction and in the axial direction. The axes of rotation 9 . 17 remain despite the radial and axial displacement of the compensating element 20 thus parallel to each other. As a result, the radial offset of the axes of rotation 9 . 17 balanced, whereby constraining forces, which could affect the measurement accuracy, are avoided. Thus, the torque-rotation course M (φ) can be measured with high accuracy despite misalignment.

Da das Drehmomentübertragungselement 26 zwar biegsam, jedoch torsionssteif ist und die Ausgleichseinheit 16 keine rotierenden Bauteile mit großer Masse und in einem großen Abstand zu den Drehachsen 9, 17 aufweist, weist die Messvorrichtung 1 eine vergleichsweise große Torsionssteifigkeit und ein vergleichsweise geringes Massenträgheitsmoment auf. Hierdurch ist eine Messung des Drehmoment-Drehwinkel-Verlaufs M (φ) mit hoher Messgenauigkeit bei großen Winkelgeschwindigkeiten möglich.Since the torque transmitting element 26 Although flexible, but torsionally stiff and the compensation unit 16 no rotating components with large mass and at a great distance to the axes of rotation 9 . 17 has, has the measuring device 1 a comparatively high torsional rigidity and a comparatively low mass moment of inertia. As a result, a measurement of the torque-rotation angle curve M (φ) with high measurement accuracy at high angular speeds is possible.

Claims

Measuring device for measuring a torque curve of an object to be tested - with an object holder ( 15 ) for holding the object to be tested ( 14 ), - with an electric drive motor ( 3 ) for rotating the object holder ( 15 ), and - with a torque sensor ( 7 ) for the measurement of the drive motor ( 3 ) to be applied to the rotation torque (M), - wherein to compensate for misalignment between an engine-side axis of rotation ( 9 ) and an object-side axis of rotation ( 17 ) a compensation unit ( 16 ) between the torque sensor ( 7 ) and the object holder ( 15 ), the compensation unit ( 16 ) comprises: - a fastening element ( 18 ), - a flexible torque transmitting element ( 26 ) for transmitting the torque (M) to the object holder ( 15 ), - a radially and axially displaceable compensation element ( 20 ), and - one on the fastener ( 18 ) and the compensation element ( 20 ) ( 19 ) for guiding the compensating element ( 20 ) at a bending of the torque transmitting element ( 26 ), whereby the leadership ( 19 ) at least three guide rods ( 21 to 23 ), which articulates on the fastener ( 18 ) and the compensation element ( 20 ), and - wherein the object holder ( 15 ) by means of the compensation unit ( 16 ) radially to the motor-side axis of rotation ( 9 ) is displaceable.

Measuring device according to claim 1, characterized in that the compensation unit ( 16 ) a radial degree of freedom to compensate for misalignments and an axial degree of freedom for adjusting a distance between the torque sensor ( 7 ) and the object holder ( 15 ) in the direction of the axes of rotation ( 9 . 17 ) having.

Measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the fastening element ( 18 ) relative to the torque sensor ( 7 ) is arranged rotationally fixed.

Measuring device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the compensating element ( 20 ) relative to the object holder ( 15 ) Is mounted rotatably and axially displaceable.

Measuring device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flexible torque transmission element ( 26 ) and the object holder ( 15 ) by a drive shaft ( 27 ) and the compensation element ( 20 ) on the drive shaft ( 27 ) is stored.

Measuring device according to claim 4 or 5, characterized in that the compensating element ( 20 ) by means of a radial bearing ( 33 ) is rotatably mounted.

Measuring device according to one of claims 4 to 6, characterized in that the compensating element ( 20 ) by means of a sliding bearing ( 34 ) Is mounted axially displaceable.

Measuring device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the flexible torque transmission element ( 26 ) between the fastener ( 18 ) and the compensation element ( 20 ), and in particular two bellows couplings connected in series ( 28 . 29 ) having.

Measuring device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the guide ( 19 ) is designed as a parallel guide, which is designed such that the axes of rotation ( 9 . 17 ) at a radial displacement of the compensating element ( 16 ) maintain their angular position to each other and in particular remain parallel to each other.

Measuring device according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least three guide rods ( 21 to 23 ) are arranged in the form of an equilateral polygon.

Measuring device according to one of claims 1 to 10, characterized in that for forming an articulated arrangement, the at least three guide rods ( 21 to 23 ) by means of rubber elements ( 24 . 25 ) on the fastening element ( 18 ) and the compensation element ( 20 ) are arranged.

Measuring device according to one of claims 1 to 11, characterized in that the object holder ( 15 ) a holder base body ( 36 ) and a clamping element attached thereto ( 35 ) having.