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Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Erfassung von Kräften und Drehmomenten an einer Antriebsvorrichtung. Unter Kräften und Drehmomenten an einer Antriebsvorrichtung werden hier Kräfte und Drehmomente verstanden, die auf die Antriebsvorrichtung wirken oder von der Antriebsvorrichtung ausgeübt werden.
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Derartige Kräfte und Drehmomente stellen wichtige Messgrößen an Antriebsvorrichtungen dar. Dies gilt insbesondere für Antriebsvorrichtungen von Riemengetrieben, beispielsweise von Schiebetüren. In diesem Fall kann über die Lagerreaktionen an einer Antriebshalterung auf statische und dynamische Riemenkräfte rückgeschlossen werden. Diese wiederum können für die Installation eines Riemens, die Zustandsüberwachung und die Erkennung sicherheitskritischer Zustände genutzt werden.
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Kräfte und Drehmomente an einem Motor können allgemein als Lagerreaktionen am Stator des Motors bzw. an einer Aufhängung des Motors gemessen werden. Zur Momentenmessung ist dazu das Prinzip der Pendelmaschine bekannt. Dabei wird der Stator des Motors drehbar gelagert und ein von ihm erzeugtes Drehmoment wird mittels einer Kraftmessdose gemessen.
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Daneben sind feststehende Messflansche zur Drehmomentmessung bekannt, die zwischen einem Motor und einer Motorhalterung montiert werden. Diese Messflansche beruhen auf der Auswertung von Dehnungsmesstreifen auf einem definierten Verformkörper. Ein derartiger Messflansch muss mehrere Zentimeter lang sein, damit eine ausreichend große Verformung eintritt. Solche Messvorrichtungen lassen sich aufgrund ihrer Abmessungen und Kosten nur bedingt in Antriebsvorrichtungen wie Antriebsvorrichtungen von Riemengetrieben integrieren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine insbesondere hinsichtlich des Platzbedarfs und Kostenaufwands verbesserte Messvorrichtung zur Erfassung von Kräften und Drehmomenten an einer Antriebsvorrichtung, insbesondere an einer Antriebsvorrichtung eines Riemengetriebes, anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Erfassung von Kräften und Drehmomenten an einer Antriebsvorrichtung umfasst zwei beweglich und elastisch miteinander verbundene Hauptkomponenten, von denen eine Hauptkomponente fest mit der Antriebsvorrichtung verbindbar ist und die andere Hauptkomponente fest mit einem Referenzobjekt verbindbar ist. Ferner umfasst die Messvorrichtung mehrere mit einer ersten Hauptkomponente verbundene, von der ersten Hauptkomponente zur zweiten Hauptkomponente gerichtete und relativ zur zweiten Hauptkomponente bewegliche Messzeiger sowie eine Sensorvorrichtung zur Erfassung von Lageänderungen der Messzeiger relativ zu der zweiten Hauptkomponente und eine Auswerteeinheit zur Ermittlung von Kräften und Drehmomenten an der Antriebsvorrichtung anhand von der Sensorvorrichtung erfasster Messwerte.
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Mit einer derartigen Messvorrichtung können von der Antriebsvorrichtung erzeugte oder auf die Antriebsvorrichtung wirkende Kräfte und Drehmomente auf eine Hauptkomponente der Messvorrichtung durch deren feste Verbindung mit der Antriebsvorrichtung übertragen werden. Durch die elastische und bewegliche Verbindung dieser Hauptkomponente mit der anderen Hauptkomponente erzeugen die Kräfte und Drehmomente an der Antriebsvorrichtung Bewegungen der Hauptkomponenten relativ zueinander, wenn die andere Hauptkomponente fest mit einem räumlich fixierten Referenzobjekt verbunden ist. Die Hauptkomponenten bewegen sich dabei soweit relativ zueinander, bis die elastische Verbindung der Hauptkomponenten das jeweils einwirkende Drehmoment und die jeweils einwirkende Kraft kompensiert. Daher sind die relativen Bewegungen der Hauptkomponenten ein Maß für die Kräfte und Drehmomente an der Antriebsvorrichtung. Diese relativen Bewegungen werden durch die Sensorvorrichtung erfasst, indem die Sensorvorrichtung Lageänderungen der mit der ersten Hauptkomponente verbundenen Messzeiger relativ zur zweiten Hauptkomponente detektiert. Mittels der Auswerteeinheit werden diese erfassten Lageänderungen zur Ermittlung der sie verursachenden Kräfte und Drehmomente ausgewertet. Bei geeigneter Anordnung und Länge der Messzeiger und Erfassung der Lageänderung von Messzeigerenden der Messzeiger kann diese Lageänderung um ein Vielfaches größer als die relative Bewegung der Hauptkomponenten sein. Die Verwendung von Messzeigern ermöglicht daher vorteilhaft eine einfache und genaue Erfassung der relativen Bewegung der Hauptkomponenten und damit der sie verursachenden Kräfte und Drehmomente an einer Antriebsvorrichtung.
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Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Hauptkomponenten durch mehrere elastisch verformbare Verbindungselemente beweglich und elastisch miteinander verbunden sind.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfache und durch die Anordnung der Verbindungselemente geeignet konstruierbare elastische Verbindung der beiden Hauptkomponenten.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die beiden Hauptkomponenten im Wesentlichen plattenartig ausgebildet sind, wobei die Ausdehnung jeder Hauptkomponente in einer axialen Richtung geringer als in zu der axialen Richtung senkrechten Richtungen ist.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht vorteilhaft eine flache und somit platzsparende Ausführung der Messvorrichtung.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine der Hauptkomponenten eine axiale Ausnehmung aufweist und die andere Hauptkomponente in dieser Ausnehmung angeordnet ist.
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Durch diese Ausgestaltung der Erfindung können die beiden Hauptkomponenten im Wesentlichen in einer Ebene angeordnet werden, so dass die Messvorrichtung besonders flach und platzsparend ausgeführt werden kann.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Längsachse jedes Messzeigers wenigstens annähernd senkrecht zur axialen Richtung verläuft.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung ist darauf ausgerichtet, vornehmlich Bewegungen der Messzeiger senkrecht zur axialen Richtung zu erfassen und auszuwerten. Dies ist vorteilhaft, da eine Antriebsvorrichtung vornehmlich Kräfte und Drehmomente erzeugt oder Kräften und Drehmomenten ausgesetzt ist, die senkrecht zur axialen Richtung auf sie wirken.
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Eine Weitergestaltung der vorgenannten Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein Messzeiger um die axiale Richtung drehbar mit der ersten Hauptkomponente verbunden ist und mittels eines an der zweiten Hauptkomponente angeordneten Lagers um die axiale Richtung drehbar und in Richtung der Längsachse des Messzeigers verschiebbar geführt ist.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine Kopplung wenigstens eines Messzeigers an beide Hauptkomponenten derart, dass eine Auslenkung des Messzeigers relativ zu der zweiten Hauptkomponente gegenüber einer Kopplung des Messzeigers an nur die erste Hauptkomponente verstärkt wird. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Erhöhung der Messgenauigkeit der Messung einer relativen Lageänderung der Hauptkomponenten.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass wenigstens zwei Messzeiger in verschiedenen Richtungen von der ersten Hauptkomponente zur zweiten Hauptkomponente gerichtet sind.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht vorteilhaft, relative Bewegungen der Hauptkomponenten und damit Kräfte an der Antriebsvorrichtung in verschiedenen Richtungen, insbesondere in jeder zur axialen Richtung senkrechten Richtung, sowie Drehungen der Hauptkomponenten gegeneinander und damit Drehmomente an der Antriebsvorrichtung zu erfassen.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht zwei Messzeigerpaare von wenigstens annähernd antiparallel gerichteten Messzeigern vor, wobei jeder Messzeiger eines Paares wenigstens annähernd senkrecht zu jedem Messzeiger des anderen Paares gerichtet ist.
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Bei dieser Ausgestaltung sind somit vier Messzeiger vorgesehen, die wenigstens annähernd in die vier unterschiedlichen „Himmelsrichtungen” einer Ebene gerichtet sind. Dadurch können besonders einfach und zuverlässig relative Verschiebungen und Drehungen der Hauptkomponenten und damit Kräfte und Drehmomente an der Antriebsvorrichtung in dieser Ebene erfasst und voneinander unterschieden werden, insbesondere in einer zur axialen Richtung senkrechten Ebene.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jeder Messzeiger eine Messzone aufweist und die Sensorvorrichtung für jede Messzone einen dieser Messzone zugeordneten Messzonensensor aufweist, wobei die Messzonen und Messzonensensoren derart ausgebildet sind, dass eine Lageänderung einer Messzone relativ zu dem der Messzone zugeordneten Messzonensensor mittels dieses Messzonensensors berührungslos erfassbar ist.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht, die Auslenkungen der Messzeiger unabhängig voneinander und mittels Messzonensensoren zu erfassen, die jeweils einem Messzeiger zugeordnet sind und Lageänderungen einer Messzone des jeweiligen Messzeigers erfassen. Die Verwendung eines Messzonensensors für jeden Messzeiger ermöglicht dabei vorteilhaft, Lageänderungen beispielsweise auch dann noch zu erfassen, wenn einer der Messzonensensoren ausfällt. Die berührungslose Erfassung der Lageänderungen ermöglicht ferner vorteilhaft eine weitgehend reibungs- und verschleißfreie Erfassung der Lageänderungen.
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Weitergestaltungen der vorgenannten Ausgestaltung sehen als Messzonensensoren wenigstens einen induktiven Sensor und/oder wenigstens einen kapazitiven Sensor und/oder wenigstens einen optischen Sensor vor. Dabei ist jeder induktive Sensor einer elektrisch leitfähigen Messzone zugeordnet, jeder kapazitive Sensor ist einer eine Kapazität des kapazitiven Sensors beeinflussenden Messzone zugeordnet, und jeder optische Sensor ist zur optischen Erfassung einer Bewegung der Messzone, welcher er zugeordnet ist, ausgebildet.
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Diese Weitergestaltungen der Erfindung ermöglichen vorteilhaft die Verwendung kommerziell verfügbarer berührungsloser induktiver, kapazitiver und/oder optischer Sensoren als Messzonensensoren und damit eine kostengünstige Realisierung der Sensorvorrichtung.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die fest mit der Antriebsvorrichtung verbindbare Hauptkomponente als ein Lagerschild der Antriebsvorrichtung ausgebildet ist.
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Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht die Integration der Messvorrichtung in ein Lagerschild der Antriebsvorrichtung und dadurch eine besonders bauraumsparende Realisierung der Messvorichtung, da sich der Bauraumbedarf einer Antriebsvorrichtung mit einer im Lagerschild integrierten Messvorrichtung kaum von dem Bauraumbedarf der Antriebsvorrichtung mit einem Lagerschild ohne die Messvorrichtung unterscheidet.
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Die Erfindung sieht ferner insbesondere vor, eine erfindungsgemäße Messvorrichtung zur Erfassung von auf eine Antriebsvorrichtung eines Riemengetriebes, insbesondere eines Riemengetriebes einer Schiebetür, wirkenden Kräften und Drehmomenten zu verwenden.
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Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen:
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1 eine Seitenansicht einer Antriebsvorrichtung und einer Messvorrichtung zur Erfassung von Kräften und Drehmomenten an der Antriebsvorrichtung,
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2 eine Antriebsvorrichtung und eine Messvorrichtung zur Erfassung von Kräften und Drehmomenten an der Antriebsvorrichtung in einer Ansicht von vorne,
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3 schematisch eine unbelastete Messvorrichtung zur Erfassung von Kräften und Drehmomenten an einer Antriebsvorrichtung in einer Ansicht von vorne,
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4 schematisch eine Messvorrichtung zur Erfassung von Kräften und Drehmomenten an einer Antriebsvorrichtung bei einem einwirkenden Drehmoment in einer Ansicht von vorne,
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5 schematisch eine Messvorrichtung zur Erfassung von Kräften und Drehmomenten an einer Antriebsvorrichtung bei einer seitlich einwirkenden Kraft in einer Ansicht von vorne,
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6 schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel eines Messzeigers und eines Messzonensensors zur Erfassung von Lageänderungen des Messzeigers,
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7 schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel eines Messzeigers und eines Messzonensensors zur Erfassung von Lageänderungen des Messzeigers,
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8 schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel eines Messzeigers und eines Messzonensensors zur Erfassung von Lageänderungen des Messzeigers,
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9 schematisch ein viertes Ausführungsbeispiel eines Messzeigers und eines Messzonensensors zur Erfassung von Lageänderungen des Messzeigers, und
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10 schematisch ein fünftes Ausführungsbeispiel eines Messzeigers und eines Messzonensensors zur Erfassung von Lageänderungen des Messzeigers.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 und 2 zeigen schematisch eine Antriebsvorrichtung 1 für ein Riemengetriebe und eine Messvorrichtung 3 zur Erfassung von Kräften und Drehmomenten an der Antriebsvorrichtung 1. Dabei zeigt 1 eine Seitenansicht der Antriebsvorrichtung 1 und der Messvorrichtung 3, während 2 eine Ansicht von vorne zeigt.
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Die Antriebsvorrichtung 1 umfasst einen Motor 5 mit einer Motorwelle 7, eine an der Motorwelle 7 angeordnete Riemenscheibe 9 und einen Motorflansch 11, an dem die Messvorrichtung 3 befestigt ist. Die Drehachse 12 der Motorwelle 7 definiert eine axiale Richtung. Die Riemenscheibe 9 und die Messvorrichtung 3 sind an sich axial gegenüber liegenden Seiten des Motors 5 angeordnet. 1 zeigt außerdem ein Referenzobjekt 13, an dem die Messvorrichtung 3 befestigt ist, und eine optionale zwischen der Messvorrichtung 3 und dem Referenzobjekt 13 angeordnete Abstandsplatte 15. Das Referenzobjekt 13 ist beispielsweise eine Wand oder eine räumlich fixierte Halterung für die Messvorrichtung 3 und die Antriebsvorrichtung 1.
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2 zeigt auch einen über die Riemenscheibe 9 antreibbaren Riemen 17 des Riemengetriebes.
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3 zeigt die unbelastete Messvorrichtung 3 schematisch in einer Ansicht von vorne. Die Messvorrichtung 3 umfasst zwei jeweils plattenartig ausgebildete Hauptkomponenten 19, 21, deren axiale Ausdehnungen jeweils geringer als ihre Ausdehnungen in jeder zu der axialen Richtung senkrechten Richtung sind. Eine äußere Hauptkomponente 19 weist eine kreisförmige axiale Ausnehmung 23 auf, in der die andere, innere Hauptkomponente 21 planparallel zur äußeren Hauptkomponente 19 angeordnet ist. Die innere Hauptkomponente 21 ist scheibenförmig ausgebildet und hat einen kleineren Durchmesser als die Ausnehmung 23. Die beiden Hauptkomponenten 19, 21 sind über elastische Verbindungselemente 25 beweglich miteinander verbunden. Diese Verbindungselemente 25 sind als vier elastische Verbindungsstege ausgebildet, die jeweils in der Ausnehmung 23 zwischen den beiden Hauptkomponenten 19, 21 verlaufen.
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Die äußere Hauptkomponente 19 ist fest mit dem Referenzobjekt 13 verbindbar. Die innere Hauptkomponente 21 ist fest mit der Antriebsvorrichtung 1 verbindbar. Dazu weist jede Hauptkomponente 19, 21 beispielsweise mehrere axiale Verbindungslöcher 27 zur Aufnahme dazu korrespondierender Befestigungselemente 29 auf, mittels derer die äußere Hauptkomponente 19 an dem Referenzobjekt 13 und die innere Hauptkomponente 21 an der Antriebsvorrichtung 1 befestigt werden können. Beispielsweise sind die Befestigungselemente 29 Schraubelemente zur Befestigung der äußeren Hauptkomponente 19 über die Abstandsplatte 15 an dem Referenzobjekt 13 und der inneren Hauptkomponente 21 an dem Motorflansch 11.
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Die Messvorrichtung 3 umfasst ferner vier Messzeiger 31, die jeweils mit der äußeren Hauptkomponente 19 verbunden, von der äußeren Hauptkomponente 19 zur inneren Hauptkomponente 21 gerichtet und relativ zur inneren Hauptkomponente 21 beweglich sind. Jeweils zwei der vier Messzeiger 31 bilden dabei ein Messzeigerpaar sich gegenüber liegender Messzeiger 31, die im in der 3 dargestellten unbelasteten Zustand der Messvorrichtung 3 zueinander antiparallel sowie jeweils senkrecht zur axialen Richtung und zu jedem Messzeiger 31 des anderen Messzeigerpaares gerichtet sind. Die Messzeiger 31 sind in 3 nur schematisch dargestellt. Detailliertere Ausführungsbeispiele von Messzeigern 31 sind in den 6 bis 10 dargestellt.
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Jeder Messzeiger 31 ist um die axiale Richtung drehbar mit der äußeren Hauptkomponente 19 verbunden, beispielsweise mittels eines (nicht näher dargestellten) Drehgelenks 33, in dem ein erstes Messzeigerende 31.1 des Messzeigers 31 um die axiale Richtung drehbar gelagert ist. Außerdem ist jeder Messzeiger 31 mittels eines an der inneren Hauptkomponente 21 angeordneten (nicht näher dargestellten) Lagers 35 um die axiale Richtung drehbar und in Richtung einer Längsachse des Messzeigers 31 verschiebbar geführt. In dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft jeder Messzeiger 31 von einem an der äußeren Hauptkomponente 19 angeordneten Drehgelenk 33 über ein an dem äußeren Umfang der inneren Hauptkomponente 21 angeordnetes Lager 35 in eine Messzeigerausnehmung 37 in der inneren Hauptkomponente 21, so dass ein freies zweites Messzeigerende 31.2 des Messzeigers 31 in dieser Messzeigerausnehmung 37 beweglich ist. Alternativ können die Messzeiger 31 auch gegenüber der inneren Hauptkomponente axial versetzt angeordnet sein, so dass die Messzeigerausnehmungen 37 entfallen können.
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Die Messvorrichtung 3 umfasst weiterhin eine in 3 nicht dargestellte Sensorvorrichtung 39 zur Erfassung von Lageänderungen der Messzeiger 31 relativ zu der inneren Hauptkomponente 21 und eine in der 3 ebenfalls nicht dargestellte Auswerteeinheit 41 zur Ermittlung von Kräften und Drehmomenten an der Antriebsvorrichtung 1 anhand von der Sensorvorrichtung 39 erfasster Messwerte, siehe dazu die 6 bis 10. Die Sensorvorrichtung 39 ist vorzugsweise an der inneren Hauptkomponente 21 angeordnet, kann jedoch auch an der Antriebsvorrichtung 1, beispielsweise in zu den Messzeigerausnehmung 37 korrespondierenden Bereichen, angeordnet sein. Die innere Hauptkomponente 21 kann als ein Lagerschild zur Aufnahme eines Motorwellenlagers der Motorwelle 7 ausgebildet sein.
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4 zeigt die Messvorrichtung 3 bei einem auf die innere Hauptkomponente 21 einwirkenden Drehmoment schematisch in einer Ansicht von vorne, in der das Drehmoment gemäß dem dargestellten gebogenen Pfeil im mathematisch positiven Drehsinn um die axiale Richtung auf die innere Hauptkomponente 21 wirkt. Das Drehmoment wird durch den mit der inneren Hauptkomponente 21 verbundenen Motor 5 selbst erzeugt oder durch ein auf den Motor 5 beispielsweise über den Riemen 17 einwirkendes Drehmoment bewirkt.
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Durch das Drehmoment wird die innere Hauptkomponente 21 gegenüber der äußeren Hauptkomponente 19 um die axiale Richtung soweit verdreht, bis das einwirkende Drehmoment durch ein von den elastischen Verbindungselementen 25 erzeugtes Gegenmoment kompensiert wird. Der Drehwinkel dieser Verdrehung ist daher ein Maß für die Größe des einwirkenden Drehmoments. Durch die Kopplung der Messzeiger 31 an die innere Hauptkomponente 21 über die Lager 35 bewirkt die Verdrehung der inneren Hauptkomponente 21 korrespondierende Lageänderungen der Messzeiger 31 relativ zur inneren Hauptkomponente 21. Dabei werden die sich gegenüber liegenden Messzeiger 3 jedes Messzeigerpaares entgegengesetzt zueinander ausgelenkt. Die größten Auslenkungen erfahren dabei die freien zweiten Messzeigerenden 31.2 der Messzeiger 31.
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5 zeigt die Messvorrichtung 3 bei einer auf die innere Hauptkomponente 21 einwirkenden Kraft schematisch in einer Ansicht von vorne, in der die Kraft senkrecht zur axialen Richtung gemäß dem dargestellten Pfeil wirkt. Die Kraft wirkt beispielsweise auf den mit der inneren Hauptkomponente 21 verbundenen Motor 5 über den Riemen 17 ein.
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Durch die einwirkende Kraft wird die innere Hauptkomponente 21 gegenüber der äußeren Hauptkomponente 19 verschoben bis die einwirkende Kraft durch eine von den elastischen Verbindungselementen 25 erzeugte Gegenkraft kompensiert wird. Die Größe dieser Verschiebung ist daher ein Maß für die Größe der einwirkenden Kraft. Sich gegenüber liegende Messzeiger 3 jedes Messzeigerpaares werden relativ zur inneren Hauptkomponente 21 in diesem Fall in die gleiche Richtung ausgelenkt.
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Die 4 und 5 zeigen, dass eine Messung der Auslenkungen der zweiten Messzeigerenden 31.2 relativ zur inneren Hauptkomponente 21 mittels der Sensorvorrichtung 39 es ermöglicht, Drehungen und Verschiebungen der inneren Hauptkomponente 21 gegenüber der äußeren Hauptkomponente 19 senkrecht zur axialen Richtung quantitativ zu erfassen. Aus den gemessenen Auslenkungen der zweiten Messzeigerenden 31.2 lassen sich dann mittels der Auswerteeinheit 41 die zugehörigen Drehmomente und Kräfte ermitteln. Zwischen einer Drehung und einer Verschiebung der inneren Hauptkomponente 21 gegenüber der äußeren Hauptkomponente 19 kann dabei durch eine Auswertung der Richtungen der Auslenkungen sich gegenüber liegender Messzeiger 31 jedes Messzeigerpaares unterschieden werden. Allgemeiner lassen sich durch eine Auswertung der Auslenkungen der zweiten Messzeigerenden 31.2 beliebige Bewegungen der inneren Hauptkomponente 21 gegenüber der äußeren Hauptkomponente 19 senkrecht zur axialen Richtung in einen Drehungs- und einen Verschiebungsanteil zerlegen und daraus jeweils das einwirkende Drehmoment und die einwirkende seitliche Kraft ermitteln.
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Ein zu dem oben anhand der 1 bis 5 beschriebenen Ausführungsbeispiel alternatives zweites Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die äußere Hauptkomponente 19 mit der Antriebsvorrichtung 1 verbindbar ist und die innere Hauptkomponente 21 mit dem Referenzobjekt 13 verbindbar ist.
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Ein drittes Ausführungsbeispiel sieht vor, dass die Messzeiger 31 nicht von der äußeren Hauptkomponente 19 zu der inneren Hauptkomponente 21, sondern von der inneren Hauptkomponente 21 zu der äußeren Hauptkomponente 19 verlaufen und die Auslenkungen der Messzeiger 31 relativ zu der äußeren Hauptkomponente 19 erfasst und ausgewertet werden. Die Sensorvorrichtung 39 ist dabei vorzugsweise an der äußeren Hauptkomponente 19 angeordnet. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel ist die äußere Hauptkomponente 19 entweder mit dem Referenzobjekt 13 oder mit der Antriebsvorrichtung 1 verbindbar. Entsprechend ist die innere Hauptkomponente 21 entweder mit der Antriebsvorrichtung 1 oder mit dem Referenzobjekt 13 verbindbar.
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Die 6 bis 10 zeigen schematisch verschiedene Ausführungsbeispiele der Messzeiger 31 und der Sensorvorrichtung 39. In allen diesen Ausführungsbeispielen weisen die Messzeiger 31 jeweils eine Messzone 43 auf, die das zweite Messzeigerende 31.2 des jeweiligen Messzeigers 31 bildet. Die Sensorvorrichtung 39 weist für jede Messzone 43 einen dieser Messzone 43 zugeordneten Messzonensensor 45 auf, wobei die Messzonen 43 und Messzonensensoren 45 derart ausgebildet sind, dass eine Lageänderung einer Messzone 43 relativ zu dem der Messzone 43 zugeordneten Messzonensensor 45 mittels dieses Messzonensensors 45 berührungslos erfassbar ist. In allen Ausführungsbeispielen sind die Messzonensensoren 45 jeweils mit der Auswerteeinheit 41 zur Auswertung der erfassten Messwerte verbunden. In den 6 bis 10 sind der Messzeiger 31 und Messzonensensor 45 jeweils in einer Draufsicht gezeigt, in der der Messzonensensor 45 in einer Ebene vor dem Messzeiger 31 liegt und die axiale Richtung senkrecht zur Zeichenebene ist.
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6 zeigt einen als ein induktiver Sensor ausgebildeten Messzonensensor 45, der einer als ein elektrisch leitfähiges Plättchen ausgebildeten Messzone 43 eines Messzeigers 31 zugeordnet ist. Der Messzonensensor 45 umfasst beispielsweise zwei elektrische Spulen 47, die jeweils Komponenten eines Schwingkreises des Messzonensensors 45 sind. Die Spulen 47 sind derart angeordnet, dass sie sich im unbelasteten Zustand der Messvorrichtung 3 an sich gegenüber liegenden Seiten der Längsachse des Messzeigers 31 jeweils gegenüber eines seitlichen Endabschnitts der Messzone 43 befinden. Vorzugsweise wird dabei jeweils etwa die Hälfte einer Spule 47 von der Messzone 43 abgedeckt, während die andere Hälfte der Spule 47 über ein von der Messzone 43 abgedecktes Gebiet hinausragt.
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Eine aus einer Auslenkung des Messzeigers 31 resultierende Lageänderung der Messzone 43 relativ zu den Spulen 47 ändert die Schwingungsamplituden der Schwingkreise gegensinnig. Diese Änderungen werden jeweils von einer Messeinheit 48 des Messzonensensors 45 erfasst, in ein Ausgangssignal umgesetzt und der Auswerteeinheit 41 zugeführt.
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7 zeigt einen als ein erster kapazitiver Sensor ausgebildeten Messzonensensor 45. Der Messzonensensor 45 ist einer Messzone 43 zugeordnet, die als eine Messzeigerelektrode ausgebildet ist. Der Messzonensensor 45 umfasst zwei Messelektroden 51, die derart angeordnet sind, dass sie sich im unbelasteten Zustand der Messvorrichtung 3 an sich gegenüber liegenden Seiten der Längsachse des Messzeigers 31 jeweils gegenüber einem seitlichen Endabschnitt der Messzone 43 befinden und mit der Messzone 43 jeweils einen Kondensator bilden.
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Eine aus einer Auslenkung des Messzeigers 31 resultierende Lageänderung der Messzone 43 relativ zu den Messelektroden 51 ändert die Kapazitäten der von der Messzone 43 und den Messelektroden 51 gebildeten Kondensatoren gegensinnig. Diese Änderungen werden jeweils von einer Messeinheit 49 des Messzonensensors 45 erfasst, in ein Ausgangssignal umgesetzt und der Auswerteeinheit 41 zugeführt. Dazu ist jede Messeinheit 49 elektrisch mit einer Messelektrode 51 und der Messzone 43 verbunden. Die elektrische Verbindung einer Messeinheit 49 mit der Messzone 43 erfolgt vorzugsweise über einen mit der Messzone 43 elektrisch verbundenen Messzeigerkontakt 53 an dem Messzeiger 31.
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8 zeigt einen als ein zweiter kapazitiver Sensor ausgebildeten Messzonensensor 45, der wie der in 7 dargestellte erste kapazitive Sensor einer als eine Messzeigerelektrode ausgebildeten Messzone 43 eines Messzeigers 31 zugeordnet ist. Der zweite kapazitive Sensor unterscheidet sich von dem ersten kapazitiven Sensor dadurch, dass er zusätzlich zu zwei wie beim ersten kapazitiven Sensor ausgebildeten und angeordneten Messelektroden 51 eine Auskoppelelektrode 55 aufweist. Die Auskoppelelektrode 55 ist derart angeordnet, dass sie sich im unbelasteten Zustand der Messvorrichtung 3 gegenüber einem mittleren Bereich der Messzone 43 befindet und mit dieser einen weiteren Kondensator bildet.
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Eine aus einer Auslenkung des Messzeigers 31 resultierende Lageänderung der Messzone 43 relativ zu den Messelektroden 51 und der Auskoppelelektrode 55 ändert die Kapazitäten der von der Messzone 43 und den Messelektroden 51 gebildeten Kondensatoren gegenüber der Kapazität des von der Messzone 43 und der Auskoppelelektrode 55 gebildeten Kondensators gegensinnig. Diese Änderungen werden jeweils von einer Messeinheit 49 des Messzonensensors 45 erfasst, in ein Ausgangssignal umgesetzt und der Auswerteeinheit 41 zugeführt. Dazu ist jede Messeinheit 49 elektrisch mit einer Messelektrode 51 und der Auskoppelelektrode 55 verbunden. Dadurch können die elektrischen Verbindungen der Messeinheiten 49 mit dem Messzeiger 31 gegenüber dem in 7 dargestellten ersten kapazitiven Sensor entfallen.
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9 zeigt einen als ein erster optischer Sensor ausgebildeten Messzonensensor 45, der einer flächig ausgebildeten Messzone 43 eines Messzeigers 31 zugeordnet ist. Der erste optische Sensor ist derart angeordnet, dass er sich im unbelasteten Zustand der Messvorrichtung 3 gegenüber einem mittleren Bereich der Messzone 43 befindet. Der optische Sensor erfasst laufend Bilder der Messzone 43 und ermittelt daraus durch Auswertung des optischen Flusses nach dem Prinzip einer optischen Maus die Lageänderungen der Messzone 43 relativ zu seiner eigenen Position. Vorzugsweise beleuchtet der erste optische Sensor dazu die Messzone 43.
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10 zeigt einen als ein zweiter optischer Sensor ausgebildeten Messzonensensor 45, der einer flächig ausgebildeten Messzone 43 eines Messzeigers 31 zugeordnet ist. Der Messzonensensor 45 umfasst zwei Lichtquellen 57, die derart angeordnet sind, dass sie sich im unbelasteten Zustand der Messvorrichtung 3 an sich gegenüber liegenden Seiten der Längsachse des Messzeigers 31 jeweils gegenüber einem seitlichen Endabschnitt der Messzone 43 befinden und diesen Endabschnitt derart beleuchten, dass etwa die Hälfte des von jeder Lichtquelle 57 ausgestrahlten Lichts auf die Messzone 43 trifft und der andere Teil des ausgestrahlten Lichts an der Messzone 43 vorbei geht. Ferner weist der zweite optische Sensor zwei Lichtmengensensoren auf, die eine von jeweils einem beleuchteten Endabschnitt der Messzone 43 reflektierte Lichtmenge erfassen.
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Eine aus einer Auslenkung des Messzeigers 31 resultierende Lageänderung der Messzone 43 relativ zu den Lichtquellen 57 ändert die von den beleuchteten Endabschnitten der Messzone 43 reflektierten Lichtmengen gegensinnig. Diese Änderungen werden jeweils von den Lichtmengensensoren erfasst und der Auswerteeinheit 41 zugeführt.
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Alternativ oder zusätzlich zu den von den Endabschnitten der Messzone 43 reflektierten Lichtmengen können auch die an diesen Endabschnitten vorbei gehenden Lichtmengen entsprechend erfasst und ausgewertet werden.
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Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
