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Die Erfindung betrifft eine Drehmomentmesswelle umfassend eine auf einer Wellenachse der Drehmomentmesswelle angeordnete, auf Torsion beanspruchbare und zumindest einen koaxial zur Wellenachse angeordneten rotationssymmetrischen Oberflächenbereich aufweisende Messwelle sowie an der Messwelle angeordnete Messmittel zum Messen einer Torsion der Messwelle.
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Gattungsgemäße Drehmomentmesswellen sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt.
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Beispielsweise offenbart die
US 2002/0050177 A1 einen in einen Antriebswellenstrang integrierbaren Drehmomentmessdetektor mit einem ersten einen Sensor umfassenden Drehmomentdetektorteil zum Detektieren von Torsionen und mit einem zweiten einen Sensor umfassenden Drehmomentdetektorteil zum Detektieren von geringeren Torsionen als mit dem ersten Drehmomentdetektorteil detektierbar sind, um selbst kleinere Torsionen effektiv und zuverlässig messen zu können.
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Aus der
DE 10 2010 034 638 A1 ist eine Drehmomentmesswelle mit einem ersten Messbereich mit einer hohen Empfindlichkeit sowie einer geringen Drehsteifigkeit und mit einem zweiten Messbereich mit einer geringen Empfindlichkeit sowie einer hohen Drehsteifigkeit bekannt. Zur Erhöhung der Drehsteifigkeit umfasst diese Drehmomentmesswelle des Weiteren fluchtend zu einem zentralen Messstab angeordnete Federelemente und Anschläge hierfür, wobei sich diese Federelemente bei fortschreitender Torsion der Drehmomentmesswelle an den Anschlägen abstützen können, um die Drehsteifigkeit der Drehmomentmesswelle zu erhöhen und somit eine hohe Messempfindlichkeit bei einer großen Bandbreite ermöglicht ist.
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Ferner ist aus der
DE 10 2011 116 561 A1 eine Drehmomentmesswelle mit einem zwischen zwei Flanschen angeordneten Torsionskörper bekannt, welcher in Richtung seiner Längserstreckung unterschiedlich stark ausgebildet ist und eine ersten und eine zweite Messzone aufweist, wobei sowohl die erste Messzone als auch die zweite Messzone über den gesamten Belastungsbereich der Drehmomentmesswelle mit einem zwischen den Flanschen anliegenden Drehmoment belastbar sind, wodurch die verschiedenen Messzonen baulich einfacher realisierbar sind.
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In der
DD 250 996 A1 ist ein mehrstufiger Drehmoment-Torsionswandler für Drehmomentmesseinrichtungen beschrieben, mittels welchem unterschiedliche Messbereiche eingestellt werden sollen. Hierzu weist der mehrstufige Drehmoment-Torsionswandler eine Torsionseinheit und eine torsionssteife Kupplungseinheit auf, wobei die Torsions- und Kupplungseinheit einerseits mittels Kupplungsklauen miteinander wirkverbunden und andererseits mittels einer Distanzhülse zueinander längsverstellbar ausgebildet sind.
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In der
DE 35 28 364 A1 ist ein Reaktionsdrehmomentaufnehmer in Form eines auf Torsion beanspruchbaren Torsionsrohres offenbart, welches von zwei Flanschen begrenzt ist. Der Reaktionsdrehmomentaufnehmer weist des Weiteren ein an dem Torsionsrohr angebrachtes mechanisch-elektrisch arbeitendes Wandlersystem auf, welches im Wesentlichen aus symmetrisch an dem Torsionsrohr angebrachten Dehnungsmessstreifen besteht, wobei auf der Innenseite des Torsionsrohrs im Bereich des aktiven Teils der Gitter der Dehnungsmessstreifen eine umlaufende Ausnehmung ausgebildet ist. Mit dieser umlaufenden Ausnehmung soll erreicht werden, dass Torsionsrohr nur in dem Bereich geschwächt ist, welcher für die Wandler bestimmt ist.
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Des Weiteren ist aus der
DE 40 09 286 A1 ein Messelement mit einer flach bauenden DMS-Anordnung aus zumindest einem metallischen Dehnungsmessstreifen und zugehörigen metallischen Kontaktflächen bekannt, welches sich durch eine flache Membran auszeichnet, die einstückig mit einem entlang dem Rand der Membran verlaufenden, verdickten Flansch ausgebildet ist, der zur Befestigung des Messelements an einem Körper dient, dessen Torsion gemessen werden soll, wobei die DMS-Anordnung auf einer Seite der Membran fest angebracht ist.
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Durch die
DE 195 25 231 A1 ist ein Drehmomentsensor mit zwei in axialem Abstand angeordneten Flanschen offenbart, wobei die Flansche über mehrere sich axial erstreckende Stege miteinander verbunden sind und wobei die Stege Scherkraft-Messwertaufnehmer in Form von Dehnungsmessstreifen aufweisen. Dabei weisen die Stege wenigstens eine im Wesentlichen auf einer gemeinsamen, zu den Flanschen koaxialen Zylinderfläche liegende Fläche auf, wobei die Dehnungsmessstreifen auf dieser Fläche angeordnet sind, wodurch der Drehmomentsensor eine gute Messgenauigkeit mit einer großen Unempfindlichkeit gegen Störkräfte verbinden soll.
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Aus der
DE 199 36 293 A1 ist ein Drehmomentsensor mit einem ersten und einem zweiten Flansch bekannt, die axial voneinander beabstandet sind und die über ein Momentenübertragungselement miteinander verbunden sind, wobei das Momentenübertragungselement geschwächte Bereiche aufweist, welche wenigstens eine gemeinsame zu den Flanschen koaxiale Mantelfläche besitzen, auf welcher Scherkraftmesswertaufnehmer angeordnet sind. Das Momentenübertragungselement zeichnet sich durch einen geschlossenen, die Flansche verbindenden rohrförmigen Abschnitt auf, wodurch der Drehmomentsensor eine kompakte Bauweise erhält.
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In der
DE 10 2007 005 894 A1 ist ein Drehmomentmessflansch mit einem im Wesentlichen zylinderförmigen Messbereich beschrieben, in welchem Messausnehmungen angeordnet sind, und mit Messwertaufnehmern, welche Spannungen und/oder Verformungen im Messbereich messen, wobei wenigstens zwei Messausnehmungen unterschiedlich geformt sind, wodurch mit einem einzigen Drehmomentmessflansch mehrere höhere bzw. mehrere verschieden aufgelöste Messbereiche bereitgestellt werden können.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2008 028 826 A1 eine Drehmomentmesseinrichtung mit einem Drehmomentmessflansch und einer Auswertung bekannt, bei welcher die Auswertung Mittel zur Speicherung einer zu einem Freilaufmoment proportionalen Größe und Mittel zur Kompensation eines Messwertes mit der gespeicherten Größe aufweist, um insbesondere die Messung von Artefakten zu minimieren.
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Des Weiteren zeigt die Offenbarung der
DE 196 40 717 A1 eine drehsteife Drehmomentmessnabe zur statischen und dynamischen Erfassung von Drehmomenten. Diese Drehmomentmessnabe besteht im Wesentlichen aus zwei drehsymmetrischen Scheiben, welche in möglichst großem Abstand R von der Rotationsachs an ihrem Umfang durch axial ausgerichtete Kraftaufnehmer kraftschlüssig miteinander verbunden sind, wobei die Kraftaufnehmer auf die Erfassung von scherenden Tangentialkräften dimensioniert sind.
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Zudem lehrt die
WO 2009/155049 A2 noch eine Drehmomentübertragungs- und -überwachungseinrichtung mit einem ersten und einem zweiten Flanschteil zum Anordnen der Drehmomentübertragungs- und -überwachungseinrichtung in einem Antriebsstrang, wobei die beiden durch einen Spalt voneinander beabstandete Flanschteile mit einem Mittelteil miteinander verbunden sind. Auf den Mantelflächen der beiden Flanschteile ist ein zylinderförmiges den Spalt überbrückendes Band angeordnet, welches umfangsseitig eine Verzahnung aufweist, deren einzelne Zahnelemente sich bei einer Torsion des Mitteilteils und einer dadurch resultierenden Relativverschiebung der beiden Flanschteile zueinander verändern. Diese Veränderungen werden durch einen radial weiter außen vorgesehenen Sensor detektiert, wodurch die Stärker des Drehmoments bestimmt werden kann.
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Nachteilig bei den insbesondere vorgenannten Drehmomentmesswellen ist es, dass sie entweder einen relativ komplizierten konstruktiven Aufbau besitzen und/oder nicht für einen Einsatz bis in einem Hochdrehzahlbereich hinein von extrem schnell rotierenden Wellen oder dergleichen geeignet sind.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, gattungsgemäße Drehmomentmesswellen derart weiterzuentwickeln, dass sie selbst noch unter einer hohen Drehzahlbelastung und auch unter extrem schlechten äußeren Betriebsbedingungen betriebssicher zuverlässige Messwerte liefern.
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Die Aufgabe der Erfindung wird von einer Drehmomentmesswelle umfassend eine auf einer Wellenachse der Drehmomentmesswelle angeordnete, auf Torsion beanspruchbare und zumindest einen koaxial zur Wellenachse angeordneten rotationssymmetrischen Oberflächenbereich aufweisende Messwelle sowie an der Messwelle angeordnete Messmittel zum Messen einer Torsion der Messwelle gelöst, wobei sich die Drehmomentmesswelle erfindungsgemäß durch eine in radialer Richtung innerhalb der Messwelle, exzentrisch zur Wellenachse angeordnete Materialschwächung auszeichnet.
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Dadurch, dass sich die Materialschwächung innerhalb der Messwelle befindet, sind sowohl an der äußeren rotationssymmetrischen Außenoberfläche der Messwelle als auch an der inneren rotationssymmetrischen Innenoberfläche, falls es sich bei der Messwelle um eine Hohlwelle handelt, keine zusätzlichen Abdichtungselemente erforderlich. Insofern ist die Messwelle an den rotationssymmetrischen Oberflächen absolut dicht, so dass aus Richtung der rotationssymmetrischen Oberflächenbereiche der Messwelle keine Verschmutzungen in die Materialschwächung eindringen können.
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Insbesondere an Getriebemessständen oder dergleichen ist oftmals mit größeren Verschmutzungen zu rechnen.
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Eine an diesen Kopfseiten angebrachte Abdeckung kann hingegen selbst bei hohen Drehzahlen der Drehmomentmesswelle baulich einfach und zuverlässig an der Messwelle gehaltert werden.
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Die vorliegende Materialschwächung kann hierbei etwa axial aus Richtung der Kopfseiten der Messwelle in die Messwelle problemlos eingearbeitet werden. Beispielsweise kann die Materialschwächung mittels eines Laserverfahrens, eines Erosionsverfahren oder dergleichen innerhalb der Messwelle erzeugt werden.
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Die Kopfseite der Messwelle bildet hierbei das axiale Ende der Messwelle und sie verläuft vorzugsweise rechtwinkelig zur Wellenachse der Drehmomentmesswelle.
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Die Kopfseiten der Messwelle entsprechen den Stirnseiten der Drehmomentmesswelle.
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Die im Sinne innerhalb der Messwelle angeordnete Materialschwächung verläuft vorzugsweise etwa ausgehend von der ersten Kopfseite der Messwelle in die Messwelle hinein, und bevorzugt bis zu einer der ersten Kopfseite gegenüberliegenden zweiten Kopfseite der Messwelle durch die Messwelle hindurch.
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Die vorliegend verwendete Messwelle ist bevorzugt zylindermantelförmig ausgestaltet, wodurch sie baulich unproblematisch bereitgestellt werden kann.
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Weitere gegebenenfalls auch unabhängig hiervon vorteilhafte Ausgestaltungen finden sich in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Die Drehmomentmesswelle kann baulich sehr einfach realisiert werden, wenn die Materialschwächung zumindest eine in radialer Richtung innerhalb der Messwelle, exzentrisch zur Wellenachse angeordnete Ausnehmung in der Messwelle umfasst.
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Eine derartige Ausnehmung kann im einfachsten Fall eine Bohrung, Ausschabung, erodierte Ausnehmung oder dergleichen sein, welche sich in Richtung der Wellenachse durch die Messwelle erstreckt.
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Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn in der Ausnehmung ein Versteifungselement angeordnet ist. Hierdurch lässt sich das Verhalten der Ausnehmung und insbesondere auch der Materialschwächung unter Drehmoment gezielt beeinflussen. Dass Versteifungselement kann vorzugsweise der Materialschwächung gegenüberliegend angeordnet sein, so dass hierdurch etwaige Spannungsverläufe in die Materialschwächung konzentriert werden können.
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Insbesondere ist es denkbar, dass das Versteifungselement bei Torsion mit den Rändern der Ausnehmung in Kontakt gerät. Hierdurch kann sich die Messwelle bei einer Torsion automatisch versteifen, so dass auch größere auf die Drehmomentmesswelle einwirkende Momente von der Messwelle aufgenommen werden können.
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Vorzugsweise sind die Kontaktflächen zwischen dem Versteifungselement und den Rändern der Ausnehmung bzw. Materialschwächung jeweils gewölbt, wodurch eine äußerst günstige Kräfteverteilung und ggf. ein möglichst ruckfreier Kontaktverlauf erzielt werden kann, wie später noch erläutert ist.
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Es versteht sich, dass das Versteifungselement unterschiedlich realisiert sein kann. Beispielsweise ist es als ein aus axialer Richtung in die Ausnehmung einsteckbares Stabelement ausgestaltet.
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Besonders gute Versteifungseffekte und Kraftverläufe können erzielt werden, wenn das Versteifungselement einstückig mit der Messwelle ausgebildet ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Ausnehmung die Messwelle durchstößt. Dieses bedingt einen besonders einfachen Aufbau der Anordnung, der insbesondere auch hohen Drehzahlen gerecht werden kann.
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Verläuft die Ausnehmung die Messwelle hierbei speziell parallel zur Wellenachse, kann einerseits die Drehmomentmesswelle konstruktiv einfach realisiert werden, da die genaue Position etwaiger Messwertaufnehmer nicht ganz so kritisch ist. Andererseits können die Messergebnisse sehr einfach analysiert bzw. reproduziert werden.
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Um andererseits insbesondere verschiedene Messempfindlichkeiten an der Drehmomentmesswelle realisieren zu können, kann die Ausnehmung hingegen auch windschief oder in einem Winkel zur Wellenachse ausgerichtet sein.
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Die Ausnehmung kann gut gegenüber äußeren Einflüssen, wie etwa Verschmutzungen, geschützt werden, wenn die Ausnehmung an wenigstens einem Ende, vorzugsweise an beiden Enden, der Messwelle eine Abdeckung aufweist.
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Als Abdeckung kann im Sinne der Erfindung beispielsweise ein die Kopfseite der Messwelle vollständig überdeckendes Kappenelement, ein innerhalb eines endseitigen Absatzrings angeordnetes Kappenelement, ein in die jeweilige Ausnehmung eingestecktes Stopfenteil oder dergleichen zum Einsatz kommen, je nachdem wie die Drehmomentmesswelle im Konkreten ausgestaltet ist.
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Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Materialschwächung in Richtung auf den rotationssymmetrischen Oberflächenbereich gewölbt ausgebildet ist, wodurch in Bezug auf den zylinderförmigen Oberflächenbereich eine besonders gleichmäßige Kraftverstärkung zum Scheitel einer entsprechenden Wölbung hin erzielt werden kann.
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Vorteilhafterweise ist zwischen der Materialschwächung und dem rotationssymmetrischen Oberflächenbereich ein Messsteg angeordnet, der senkrecht zu seiner axialen Ausrichtung parallel zur Wellenachse eine Minimalbreite ausweist und sich hiervon ausgehend stetig, vorzugsweise auch in zweiter Ordnung stetig, bis zu einer Umfangserstreckung der Ausnehmung, also bis zu einer Maximalerstreckung der Ausnehmung in Umfangsrichtung der Drehmomentmesswelle, verbreitert.
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Ferner erstreckt kann sich dieser Messsteg vorzugsweise weiter über die gesamte radiale Dicke der Messwelle erstrecken, was gegebenenfalls eine Unstetigkeit oder einen Knick, also eine Unstetigkeit in erster Ordnung, an der Umfangserstreckung der Ausnehmung aber dann in großer und mithin unkritischer Tiefe bedeutet.
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Mittels eines stetigen Übergangs bis zu einer bestimmten Tiefe können Kraftspitzen bei gleichmäßiger Kraftverteilung auf das Zentrum des Messstegs konzentriert werden.
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Der Messsteg kann durch die gewölbte Materialschwächung in Rotationsrichtung der Messwelle konstruktiv einfach also einen veränderlichen Querschnitt aufweisen. Dieser so ausgebildete Messsteg ist idealerweise zwischen der Materialschwächung und dem Dehnmessstreifen angeordnet.
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Zweckmäßigerweise ist der Messsteg einstückig mit der Messwelle ausgebildet, so dass die Herstellung der Drehmomentmesswelle insgesamt einfach realisiert werden kann und etwaige Kraftspitzen an unerwünschter Stelle vermieden werden können.
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Um die Messempfindlichkeit der vorliegenden Drehmomentmesswelle noch weiter zu präzisieren, sieht eine bevorzugte Ausführungsvariante wenigstens zwei, vorzugsweise wenigstens vier, in radialer Richtung innerhalb der Messwelle, jeweils exzentrisch zur Wellenachse und untereinander symmetrisch zur Wellenachse angeordnete Materialschwächungen vor.
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Sind die Materialschwächungen jeweils identisch ausgestaltet, kann einerseits die Messwelle baulich einfacher bereitgestellt werden. Andererseits liefert eine diesbezüglich rotationssymmetrisch ausgestaltete Messwelle weniger aufwändig auszuwertende Messwerte sowie die Möglichkeit mehrere Messwerte untereinander zu vergleichen.
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Die Anzahl an Bauteilen der Drehmomentmesswelle und damit auch deren konstruktiver Aufwand kann weiter reduziert werden, wenn die Messwelle einstückig ausgebildet ist.
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Messwellentorsionen an der vorliegenden Drehmomentmesswelle können konstruktiv einfach und präzise gemessen werden, wenn die Messmittel Dehnmessstreifen umfassen.
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Kumulativ bzw. alternativ hierzu können die Messmittel an dem rotationssymmetrischen Oberflächenbereich, vorzugsweise im Bereich der Materialschwächungen bzw. des Messstegs, aufgebracht sein. Auch dieses ermöglicht entsprechend einfach und präzise zu messen
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Beispielsweise sind die Dehnmessstreifen radial weiter außen oder innen im Bereich der Materialschwächungen angebracht.
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Idealerweise sind die Dehnmessstreifen auf den jeweiligen Messsteg aufgebracht.
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Die vorliegende Drehmomentmesswelle kann auf unterschiedliche Weise mit rotierenden Bauteilen wirkverbunden werden. Baulich besonders einfach und zuverlässig kann die Drehmomentmesswelle in einen Hochdrehzahlstrang von entsprechend hochfrequent rotierenden Bauteilen integriert werden, wenn an wenigstens einem Ende, vorzugsweise an beiden Enden, der Messwelle ein Flansch angebracht oder einstückig mit dieser Messwelle ausgebildet ist.
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Insofern bezieht sich die vorliegende Erfindung speziell auf eine rotationsymmetrische Drehmomentmesswelle, welche für hohe Umdrehungen um Ihre Wellenachse ausgelegt ist. Insofern können Torsionsmessungen während der Rotation der Drehmomentmesswelle vorgenommen werden, wobei die vorliegende Drehmomentmesswelle während einer Messung beispielsweise mit einer Umdrehung zwischen 500 U/min und 20.000 U/min rotieren kann. Insofern eignet sich die hier beschriebene Drehmomentmesswelle insbesondere für den stationären Einsatz an einem Getriebemessstand oder dergleichen.
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Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen erläutert, die insbesondere auch in anliegender Zeichnung dargestellt sind. In der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Drehmomentmesswelle mit einer Vielzahl an in radialer Richtung innerhalb der Messwelle, exzentrisch zur Wellenachse angeordneten Materialschwächungen und radial außen angeordneten Dehnmessstreifen;
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2 schematisch eine Seitenansicht der Drehmomentmesswelle aus der 1;
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3 schematisch eine perspektivische Ansicht einer weiteren Drehmomentmesswelle mit einer Vielzahl an in radialer Richtung innerhalb der Messwelle, exzentrisch zur Wellenachse angeordneten Materialschwächungen und radial innen angeordneten Dehnmessstreifen; und
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4 schematisch eine Seitenansicht der Drehmomentmesswelle aus der 3.
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Die in den 1 und 2 gezeigte Drehmomentmesswelle 1 rotiert insgesamt um eine Wellenachse 2. Die Drehmomentmesswelle 1 weist eine sich entlang auf dieser Wellenachse 2 erstreckende und auf Torsion beanspruchbare Messwelle 3 auf, welche zwei Anschlussflansche 4 und 5 der Drehmomentmesswelle 1 voneinander beabstandet, mittels welchen die Drehmomentmesswelle 1 beispielsweise in einen hochdrehenden Antriebsstrang (nicht gezeigt) oder dergleichen montiert werden kann. Die Wellenachse 2 ist somit sogleich die Rotationsachse (nicht gesondert beziffert) der Drehmomentmesswelle 1. Die Messwelle 3 ist in sich einstückig und mit den beiden Anschlussflanschen 4, 5 einstückig ausgebildet.
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Ferner weist die Messwelle 3 einerseits einen außenliegenden rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 6 auf, welcher im Allgemeinen auch als Mantelfläche 7 bezeichnet wird. Andererseits weist die Messwelle 3 einen innenliegenden rotationssymmetrischen weiteren Oberflächenbereich 8 auf.
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Insofern ist die vorliegende Messwelle 3 dieses Ausführungsbeispiels als eine Hohlwelle 9 ausgebildet. Sie kann bei in einer alternativen Ausführungsform ggf. jedoch auch als Vollwelle massiv ausgebildet sein.
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In diesem ersten Ausführungsbeispiel sind an dem außenliegenden rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 6 Messmittel 10 zum Messen einer Torsion der Messwelle 3 in Gestalt von insgesamt acht Dehnmessstreifenelementen 11 (siehe insbesondere auch 2, nur exemplarisch beziffert) angebracht. Diese Messmittel 10 sind bezogen auf die Wellenachse 2 in radialer Richtung 12 (hier nur exemplarisch eingezeichnet) radial weiter außen an der Messwelle 3 angeordnet.
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Die Drehmomentmesswelle 1 zeichnet sich besonders dadurch aus, dass exzentrisch zu der Wellenachse 2 insgesamt acht identisch ausgestaltete Materialschwächungen 15 (nur exemplarisch beziffert, siehe insbesondere auch 2) innerhalb der Messwelle 3 angeordnet sind, wobei sich diese Materialschwächungen 15 innerhalb der Messwelle 3 in radialer Richtung 12 erstrecken.
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Hierbei sind die Materialschwächungen 15 derart innerhalb der Messwelle 3 angeordnet, dass sie unterhalb der rotationssymmetrischen Oberflächenbereichen 6 bzw. 8 liegen. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Materialschwächungen 15 die rotationssymmetrischen Oberflächenbereiche 6 bzw. 8 nicht durchstoßen. Vielmehr sind diese rotationssymmetrischen Oberflächenbereiche 6 bzw. 8 von den Materialschwächungen 15 unberührt, so dass sie durchgängig geschlossenflächig ausgebildet sind.
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Die Materialschwächungen 15 umfassen jeweils zumindest eine in radialer Richtung 12 innerhalb der Messwelle 3, exzentrisch zur Wellenachse 2 angeordnete Ausnehmung 16.
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Und zwar ist die Ausnehmung 16 bzw. die diesbezügliche Materialschwächung 15 in Richtung auf den rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 6 bzw. 8 gewölbt ausgebildet.
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Die Ausnehmung 16 bzw. die diesbezügliche Materialschwächung 15 ist derart als bogenförmiger Schlitz 17 ausgeführt, dass sich durch die Bogenform des Schlitzes 17 ein Versteifungselement 18 aus der Messwelle 3 herausbildet, welches bei einer Torsion der Messwelle 3 mit dem bogenförmigen Rand 19 der Ausnehmung 16 bzw. der diesbezüglichen Materiaschwächung 15 in Kontakt gerät, so dass hierdurch eine durch die Torsion initiierte Versteifung der Messwelle 3 erzielt werden kann.
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Insofern erstreckt sich die Ausnehmung 16 bzw. die diesbezügliche Materiaschwächung 15 innerhalb der Messwelle 3 auch u-förmig von dem innenliegenden rotationssymmetrischen weiteren Oberflächenbereich 8 zu dem außenliegenden rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 6.
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Das Versteifungselement 18 ist vorliegend also einstückig mit der Messwelle 3 ausgebildet.
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Die Ausnehmung 16 bzw. die diesbezügliche Materialschwächung 15 erstrecken sich hierbei parallel zur Wellenachse 2 und durchstoßen diese von einem ersten Ende 20 der Messwelle 3 zu einem zweiten Ende 21 der Messwelle 3, wobei das erste Ende 20 an der ersten Stirnseiten (nicht zusätzlich beziffert) der Drehmomentmesswelle 1 und das zweite Ende 21 an der zweiten Stirnseite (nicht zusätzlich beziffert) der Drehmomentmesswelle 1 liegen.
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Dadurch, dass die Ausnehmung 16 bzw. die diesbezügliche Materialschwächung 15 die Messwelle 3 lediglich an deren Enden 20 und 21 durchstoßen und nicht an deren rotationssymmetrischen Oberflächenbereichen 6 bzw. 8, können die Ausnehmung 16 bzw. die diesbezügliche Materialschwächung 15 durch eine einfach an der Drehmomentmesswelle 1 anbringbare Abdeckung (hier nicht gezeigt) abgedeckt sein bzw. werden. Somit kann die Ausnehmung 16 bzw. die diesbezügliche Materialschwächung 15 vor äußeren Einflüssen, wie Flüssigkeiten, Staub oder dergleichen, sehr gut geschützt werden. Ferner kann die jeweilige Abdeckung an den Enden 20 und 21 sehr sicher gehaltert werden, so dass sie selbst bei sehr hohen Umdrehungen der Drehmomentmesswelle 1 betriebssicher an dieser fixiert sind.
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Darüber hinaus ist zwischen der Ausnehmung 16 bzw. der diesbezüglichen Materialschwächung 15 ein Messsteg 22 ausgebildet, welcher zwischen der Ausnehmung 16 bzw. der diesbezügliche Materialschwächung 15 und dem radial weiter außen- und nächstliegenden Dehnmessstreifenelement 11 angeordnet ist.
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In diesem ersten Ausführungsbeispiel geht der Messsteg 22 stoffschlüssig in das Versteifungselement 18 über, so dass der Messsteg 22 und das Versteifungselement 18 einstückig ausgestaltet sind.
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Die zwei Anschlussflansche 4 und 5 weisen noch vielen konzentrisch um die Wellenachse 2 herum angeordnete Anschlussbohrungen 25 auf, durch welche hindurch Schrauben oder dergleichen gesteckt und/oder eingeschraubt werden können, um die Drehmomentmesswelle 1 an hier nicht gezeigte Bauteile des vorstehend erwähnten Antriebsstrang oder dergleichen befestigen zu können.
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Die in den 3 und 4 gezeigte weitere Drehmomentmesswelle 101 ist im Wesentlichen baugleich mit der in den 1 und 2 gezeigten und vorstehend beschriebenen Drehmomentmesswelle 1, jedoch besitzt die weitere Drehmomentmesswelle 101 aufgrund von filigraner ausgebildeten Messstegen 122 eine höhere Messempfindlichkeit als die Drehmomentmesswelle 1. Wegen der Baugleichheit dieser beiden Drehmomentmesswellen 1 und 101 sind nachfolgend im Wesentlichen nur noch die unterschiedlichen Merkmale beschrieben, welche mit um 100 erweiterten Bezugszeichen gekennzeichnet sind, um hierdurch auch Wiederholungen zu vermeiden.
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Der jeweilige filigranere Messsteg 122 der Drehmomentmesswelle 101 ist konstruktiv besonders einfach dadurch erzielt, dass die Messmittel 10 nicht an dem außenliegenden rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 6 sondern an dem innenliegenden rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 8 angebracht sind.
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Diese Messmittel 10 sind hierbei aufgrund des kleineren innenliegenden rotationssymmetrischen Oberflächenbereichs 8 durch entsprechend kleinere Dehnmessstreifenelemente 111 ausgestaltet. Dieser Ort der Anbringung an dem innenliegenden rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 8 hat zudem noch den Vorteil, dass die dort platzierten Dehnmessstreifenelemente 111 mit steigender Umdrehung der Drehmomentmesswelle 101 stärker an den Haftuntergrund, sprich an den innenliegenden rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 8, gepresst werden, wodurch die Gefahr eines unbeabsichtigten Ablösens der Messmittel 10 in diesem zweiten Ausführungsbeispiel besonders gut unterbunden ist.
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Somit befindet sich nun zwischen der Materialschwächung 15 und dem innenliegenden rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 8, an welchem sich die kleineren Dehnmessstreifenelemente 111 angeordnet befinden, der schmaler ausgebildete Messsteg 122, welcher senkrecht zu seiner axialen Ausrichtung 123 parallel zur Wellenachse 2 eine Minimalbreite 124 aufweist und sich hiervon ausgehend stetig bis zu einer Radialerstreckung der Ausnehmung 16 bzw. die diesbezügliche Materialschwächung 15 verbreitert.
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Insofern verbreitert sich der zwischen der Ausnehmung 16 bzw. der diesbezüglichen Materialschwächung 15 durch die Messwelle 3 ausgebildete Messsteg 122 von dem Scheitelpunkt 130 der gewölbten Ausnehmung 16 bzw. der diesbezüglichen Materialschwächung 15 ausgehend in radialer Richtung 12 zu den Dehnmessstreifenelementen 111 beidseits des Scheitelpunkts 130 stetig. Hierdurch kann eine Drehmomentmesswelle 101 mit einer besonders hohen Messempfindlichkeit konstruktiv einfach bereitgestellt werden.
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Jedenfalls sind in beiden Ausführungsbeispielen die Messmittel 10 bzw. die diesbezüglichen Dehnmessstreifenelemente 11 bzw. 111 im Bereich der Materialschwächungen 15 bzw. des Messstegs 22 bzw. 122 an dem jeweiligen rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 6 oder 8 aufgebracht.
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Besonders vorteilhaft bei den vorliegenden baugleichen Drehmomentmesswellen 1 und 101 ist es, dass mit einer einzigen Grundkonstruktion der Drehmomentmesswellen 1 und 101 lediglich durch eine einfache Umplatzierung von Messmitteln 10, zwei unterschiedliche Messempfindlichkeiten erzeugt werden können.
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Hierbei ist jeder Ausnehmung 16 bzw. jeder diesbezüglichen Materialschwächung 15 genau ein Dehnmessstreifenelement 11 bzw. 111 zugeordnet.
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Es versteht sich, dass bei einem hier nicht gezeigten Ausführungsbeispiel entsprechende Messmittel 10 sowohl an dem außenliegenden rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 6 als an dem innenliegenden rotationssymmetrischen Oberflächenbereich 8 angeordnet sein können.
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Die Ausnehmung 16 wird bei diesen Ausführungsbeispiel mittels Funkenerosion bereitgestellt, was sich als besonders vorteilhaft erwiesen hat, um eine axial gerichtete Ausnehmung mittels eines filigranen Schlitzes 17 bereitzustellen, so dass auch das Versteifungselement 18 unmittelbar bereitgestellt werden kann. In alternativen Herstellungsverfahren können auch anderer Ablations- bzw. Erosionsverfahren, wie beispielsweise Lasererosion, zur Anwendung kommen.
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Der filigrane Schlitz 17, durch welchen Ausnehmung 16 und Versteifungselement 18 bereitgestellt werden, ermöglicht bei sehr großen Verdrehungen, dass das Versteifungselement 18 an dem gegenüberliegenden Rand zur Anlage kommt, so dass ein größerer Messbereich erfasst werden kann. In alternativen Ausführungsformen ist dieses jedoch nicht zwingend notwendig und es kann ggf. auf einen Kontakt zwischen Versteifungselement 18 und dem gegenüberliegenden Rand auch bei großen Momenten verzichtet werden, wobei dann immer noch das Versteifungselement 18 entsprechend versteifend wirkt. Insofern kann der Schlitz 17 ggf. auch wesentlich breiter ausgestaltet werden.
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Andererseits ist es auch denkbar, auf das Versteifungselement 18 zu verzichten. Ebenso ist es denkbar, die Ausrichtung des Schlitzes 17, dessen Bogenform sich bei den hier dargestellten Ausführungsbeispielen nach radial Außen öffnet umzukehren, so dass radial außen ein dünnen Messsteg bereitgestellt werden kann, was sich insbesondere bei dem ersten Ausführungsbeispiel nach 1 und 2 als vorteilhaft erweisen kann. Ebenso ist es denkbar, die Schlitze 17 bzw. die Ausnehmungen 16 und/oder die Versteifungselemente 18 in Umfangsrichtung unterschiedlich auszugestalten, um auch diese Weise unterschiedliche Messbereiche realisieren zu können.
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Es versteht sich weiter, dass es sich bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel lediglich um beispielhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Drehmomentmesswelle handelt. Insofern beschränkt sich die Ausgestaltung der Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehmomentmesswelle
- 2
- Wellenachse
- 3
- Messwelle
- 4
- erster Anschlussflansch
- 5
- zweiter Anschlussflansch
- 6
- außenliegender rotationssymmetrischer Oberflächenbereich
- 7
- Mantelfläche
- 8
- innenliegender rotationssymmetrischer weiterer Oberflächenbereich
- 9
- Hohlwelle
- 10
- Messmittel
- 11
- Dehnmessstreifenelemente
- 12
- radiale Richtung
- 15
- Materialschwächungen
- 16
- Ausnehmung
- 17
- bogenförmiger Schlitz
- 18
- Versteifungselement
- 19
- bogenförmiger Rand
- 20
- erstes Ende
- 21
- zweites Ende
- 22
- Messsteg (dick)
- 25
- Anschlussbohrungen
- 101
- Drehmomentmesswelle
- 111
- Dehnmessstreifenelemente
- 122
- Messsteg (dünn)
- 123
- axiale Ausrichtung
- 124
- Minimalbreite
- 130
- Scheitelpunkt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2002/0050177 A1 [0003]
- DE 102010034638 A1 [0004]
- DE 102011116561 A1 [0005]
- DD 250996 A1 [0006]
- DE 3528364 A1 [0007]
- DE 4009286 A1 [0008]
- DE 19525231 A1 [0009]
- DE 19936293 A1 [0010]
- DE 102007005894 A1 [0011]
- DE 102008028826 A1 [0012]
- DE 19640717 A1 [0013]
- WO 2009/155049 A2 [0014]
