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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Drehmomentmessung für Kompressoren, umfassend einen Sensor zur Erfassung des Drehmoments und eine Signalverarbeitungseinheit zur Wandlung des Sensorsignals in ein Ausgabesignal.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Drehmomentmessung für Kompressoren, bei welchem mittels eines Sensors ein Sensor-Signal für das Drehmoment erfasst wird und wobei dieses Sensor-Signal zu einer Signalverarbeitungseinheit übertragen und in dieser in ein Ausgabesignal gewandelt und ausgegeben wird.
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Als ein rotierender Antrieb wird in dieser Beschreibung beispielsweise eine Brennkraftmaschine oder ein Elektromotor verstanden, bei welchem mittels einer Umwandlung von Energie eine Drehbewegung der Welle des Antriebs erzeugt wird.
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Unter dem Begriff der Maschine wird ein Gerät mit beweglichen Teilen verstanden, welche mittels eines Antriebs in Bewegung versetzt werden können. Insbesondere wird als eine Maschine ein Kompressor verstanden, wie er beispielsweise in einem Klimasystem eines Fahrzeugs eingesetzt wird. In diesem Fall ist es üblich, die Welle des Klimakompressors wie auch die Welle der Brennkraftmaschine mit einer Antriebsscheibe auszurüsten und eine Kraftübertragung mittels eines über beide Antriebsscheiben gelegten Riemens zu ermöglichen.
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Hierbei sind Ausführungen bekannt, bei denen der Klimakompressor über eine Kupplung betrieben wird. Durch eine Betätigung dieser Kuppelung kann die Kraftübertagung von der Brennkraftmaschine zum Klimakompressor unterbrochen werden, beispielsweise für den Fall, dass keine Kühlleistung angefordert wird, weil die Umgebungstemperatur einen entsprechend niedrigen Wert aufweist.
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Beispielsweise in einem Fahrzeug oder auf einem Prüfstand kann es notwendig sein, das Drehmoment eines Antriebs oder eines Klimakompressors zu messen.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, Drehmomentmessnaben zur Drehmomentmessung einzusetzen, bei denen die sogenannten Dehnungsmessstreifen (DMS) auf die Welle des Kompressors appliziert werden müssen. Für diesen Einbau einer derartigen Messeinrichtung ist eine Demontage des Kompressors notwendig.
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Ein Nachteil dieser Lösung nach dem Stand der Technik liegt darin, dass eine Demontage des Kompressors zum Einbau der Messeinrichtung erforderlich ist. Zur Durchführung eines derartigen Einbaus sind mehrere Arbeitsschritte notwendig. Zum einen muss vor dem Ausbau des Kompressors das Kältemittel aus dem Klimakreislauf abgesaugt werden. Des Weiteren muss der Antriebsriemen, welcher den Kompressor antreibt, entspannt und ausgebaut werden. Nachfolgend kann dann der Kompressor aus dem Fahrzeug ausgebaut werden.
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Da die Dehnungsmessstreifen auf die Welle des Kompressors appliziert werden, muss der Kompressor zerlegt werden. Auf der ausgebauten Welle werden die Dehnungsmessstreifen als Sensoren der Messeinrichtung angebracht. Die Anschlussleitungen der Messeinrichtung müssen aus dem Kompressor heraus geführt werden (Leckage). Nachfolgend kann der Zusammenbau und Einbau des Kompressors erfolgen. Nachfolgend wird der Klimakreislauf evakuiert bzw. die Anlage neu befüllt.
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Aus der
US 2009/0 115 629 A1 ist eine Anordnung zur Erfassung von Messdaten mit einem sich bewegenden und einem stationären Teil bekannt. Beschrieben ist ein sich bewegender oder rotierender Körper und ein stationärer Körper, welche mittels einer drahtlosen Kommunikationsverbindung miteinander zur Datenübertragung verbunden sind. Die Kommunikationsverbindung umfasst eine RF-Fernmesstechnik. Dabei stellt der stationäre Körper Energie in einer drahtlosen Art und Weise für den rotierenden Körper bereit. Der sich bewegende Körper kann entsprechende, rotierende Sensoren zur Bestimmung von Größen wie einem Drehmoment, einer Drehzahl, einer Winkelstellung, einer Kraft und dergleichen beinhalten und überträgt die erfassten Messwerte des Sensors über die Kommunikationsverbindung an den stationären Körper. Der stationäre Körper kann auch mit einem Verarbeitungsmodul über ein Kommunikationsmedium in Wechselwirkung treten. Das Kommunikationsmedium kann ein Ethernet oder ein äquivalentes Medium sein. In der
US 2009/0 115 629 A1 ist ein Dehnmessstreifen beispielsweise zur Messung eines Drehmoments offenbart, welcher zwischen einem ersten und einem zweiten Flansch auf einem zwischen den Flanschen angeordneten rohrartigen Verbindungsstück, welches auch als zentraler Schaft oder Welle beschrieben wird, angeordnet ist.
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Aus der
GB 2 286 055 A ist eine drehmomentbegrenzende Kupplung bekannt, welche eine erste Kupplungsplatte, die verschiebbar und nicht-drehbar an dem Antriebsbauteil aufgekeilt ist und eine zweite Kupplungsplatte aufweist, die gegenüber dem Antriebsbauteil drehbar und über Splinte mit einem Kupplungsring verbunden ist. Die Kupplungsplatten sind ausrückbar miteinander durch drehmomentübertragende Kugeln verbunden, die lösbar in Ausnehmungen der Kupplungsplatten einrastbar sind und durch eine Käfigplatte geführt werden. Der Kupplungsring ist über drei weitere Splinte mit einem Außenteil einer Drehmomentanzeigevorrichtung verbunden. Die Drehmomentanzeigevorrichtung umfasst ein Außenteil, das ringförmig ist und ein Innenteil, das ebenfalls ringförmig ist. Das Außenteil hat drei axial sich erstreckende Öffnungen, in denen die drei Passstifte aufgenommen sind, um das Außenteil mit dem Verbindungsring zu verbinden. Das Innenteil ist mit sechs Öffnungen versehen, in denen sechs Passstifte zum Verbinden des Innenteils mit dem äußeren Bauteil aufgenommen sind. Das Außenteil und das Innenteil sind miteinander durch ein Paar diametral gegenüberliegender drehmomentübertragender Elemente verbunden. Weiterhin ist offenbart, dass ein Dehnungsmessmittel, das eine konventionelle Dehnungsmessbrücke umfasst, an jedes der drehmomentübertragenden Elemente angeschlossen ist, wobei die Dehnungsmesser so ausgeführt sind, dass sich ihr Widerstand mit der Formveränderung der Elemente als Folge des übertragenen Drehmoments verändert.
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Die
DE 28 46 583 A1 offenbart eine Übertrageranordnung, bei der ein Speisestrom induktiv von einem feststehenden Maschinenteil auf einen drehbaren Maschinenteil und mindestens ein Meßsignal von dem drehbaren zu dem feststehenden Maschinenteil übertragen wird. Dabei ist die Übertrageranordnung nahe dem Stirnende des drehbaren Maschinenteils in unmittelbarer Nähe eines Drehlagers angeordnet, wobei sie von einem mit dem feststehenden Maschinenteil verbundenen Gehäuse umschlossen ist, und wobei die Übertrageranordnung gegenüber dem drehbaren Maschinenteil durch ein abdichtendes Lager abgestützt ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung sowie ein Verfahren zur kontaktlosen Drehmomentmessung für Kompressoren anzugeben, welche mit einem geringen Aufwand in ein bestehendes System eingebracht werden kann und eine zuverlässige Drehmomentmessung ermöglicht.
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Die Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst, die zur Drehmomentmessung für Kompressoren geeignet ist. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Vorgesehen ist es, eine Drehmomentmesseinrichtung in eine senderseitige und eine empfängerseitige Signalverarbeitungseinheit aufzuteilen. Die senderseitige Signalverarbeitungseinheit wird auf einer Trägerplatte aufgebaut, welche mit einer Kupplungsdruckplatte verbunden ist, welche mit einer mit einer Welle eines Kompressors in Verbindung steht. Zu diesem Zweck wird die vorhandene Kupplungsdruckplatte einer Maschine gegen eine erfindungsgemäß modifizierte Kupplungsdruckplatte und Trägerplatte ausgetauscht.
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Auf dieser modifizierten Kupplungsdruckplatte ist neben mindestens einem Sensor, welcher beispielsweise als Dehnmessstreifen ausgeführt ist, mindestens eine senderseitige Signalverarbeitungseinheit angeordnet. In dieser Signalverarbeitungseinheit erfolgt eine Umwandlung des Sensor-Signals in ein Funksignal. Dieses Funksignal wird über eine Sendeantenne, welche ebenfalls auf der Kupplungsdruckplatte angeordnet ist, abgestrahlt.
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Somit kann das in der rotierenden senderseitigen Signalverarbeitungseinheit erzeugte Funksignal mittels einer Sender- und einer Empfängerantenne zu einer stationär angeordneten empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit drahtlos übertragen werden. In der empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit wird aus dem Funksignal das Sensor-Signal zurückgewonnen und kann in Form eines analogen oder digitalen Signals oder Werts ausgegeben werden.
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Durch den Aufbau der empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit auf einer Trägerplatte, welche mit einer Kupplungsdruckplatte verbunden ist, kann die originale Kupplungsdruckplatte beispielsweise eines Klimakompressors gegen den erfindungsgemäßen Aufbau ausgetauscht werden, ohne die Funktionsweise der Kupplung zu beeinträchtigen.
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Somit wird der Aufwand für das Aufbringen von Sensoren auf der Welle des Klimakompressors vermieden. Die Erfindung eignet sich somit sowohl für einen Einsatz an einem Mess- und Prüfstand wie auch für eine Nachrüstung in Fahrzeugen.
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Vorteilhaft ist es, mehrere Sensoren in Form von Dehnungsmessstreifen zur Messung des Drehmoments anzubringen, wobei diese mit einer oder mehreren zugehörigen senderseitigen Signalverarbeitungseinheiten verbunden sind. Zur Anbringung der Sensoren wird die Kupplungsdruckplatte entsprechend ausgeführt, so dass beispielsweise drei Bereiche bereitgestellt werden, in denen die Dehnungsmessstreifen platziert werden können.
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Besonders vorteilhaft ist es, die rotierende senderseitige Signalverarbeitungseinheit, welche beispielsweise Baugruppen wie einen Verstärker, einen Spannungs-Frequenzwandler, einen Modulator sowie einen HF-Verstärker und eine Antenne umfassen kann, durch ein Verfahren der induktiven Energieübertragung mit Spannung zu versorgen. Bei derartigen Verfahren wird ein magnetisches Wechselfeld erzeugt, mit welchen in der zu versorgenden Baugruppe eine Spannung induziert wird. Die senderseitige Signalverarbeitungseinheit verfügt über ein entsprechendes Mittel, wie einen Leistungsgenerator, zur Bereitstellung einer internen Betriebsspannung.
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Zur Ermittlung des Drehmoments erfolgt eine Messung der Formänderung eines sogenannten Federkörpers, welcher als Kupplungsdruckplatte ausgeführt sein kann. Diese Formänderung, aus deren Stärke nachfolgend auf ein Drehmoment geschlossen wird, wird mittels geeigneter Sensoren gemessen. Für den Einsatz eignen sich beispielsweise Dehnungsmessstreifen. Alternativ kann eine Formänderung auch mittels piezoelektrischer oder magnetoelastischer Sensoren ermittelt werden.
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Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Drehmomentmessung für Kompressoren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 6 gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Gemäß der Erfindung wird eine Formänderung des Federkörpers, ausgeführt als Kupplungsdruckplatte, mittels Dehnungsmessstreifen ermittelt. Das von einem Dehnungsmessstreifen erzeugte Sensor-Signal wird einer Signalverarbeitung in der senderseitigen Signalverarbeitungseinheit zugeführt, in deren Ergebnis ein Funksignal, welches einen Wert für das Sensor-Signal beinhaltet, gebildet und abgestrahlt wird. Bei dieser Signalverarbeitung wird das Sensor-Signal beispielsweise verstärkt, aus einer Spannung in eine Frequenz gewandelt und kann moduliert werden.
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Das hochfrequente Funksignal wird von einer Sendeantenne abgestrahlt und von einer Empfängerantenne empfangen. In einer mit der Empfängerantenne verbundenen empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit wird das hochfrequente Funksignal einer weiteren Signalverarbeitung unterzogen, in deren Ergebnis ein analoger Spannungswert oder eine digitaler Wert für das zu messende Drehmoment ausgegeben wird. Bei dieser Signalverarbeitung wird das hochfrequente Funksignal beispielsweise demoduliert, aus einer Frequenz in eine Spannung gewandelt, einer Filterung unterzogen und verstärkt. Optional kann auch eine Analog-Digital-Wandlung erfolgen, um ein digitales Ausgangssignal bereitzustellen.
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Vorgesehen ist es, die senderseitige Signalverarbeitungseinheit mit einer sich drehenden Kupplungsdruckplatte zu verbinden. Erfindungsgemäß wird der Sensor zur Erfassung des Drehmoments auf einer Kupplungsdruckplatte und die senderseitige Signalverarbeitungseinheit auf einer Trägerplatte bereitgestellt, wobei die Trägerplatte mit der Kupplungsdruckplatte verbunden ist, welche mit einer Welle eines Kompressors verbunden bereitgestellt wird. Durch diese Verbindung rotiert auch die senderseitige Signalverarbeitungseinheit, beispielsweise mit der Drehzahl der Kupplungsdruckplatte. Zur sicheren Versorgung der senderseitigen Signalverarbeitungseinheit mit einer Betriebsspannung ist eine induktive Übertragung der Energie zur senderseitigen Signalverarbeitungseinheit vorgesehen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- 1: eine Anordnung zur Drehmomentmessung gemäß dem Stand der Technik,
- 2: einen Kompressor mit einer Antriebsscheibe und einer Kupplungsplatte aus dem Stand der Technik,
- 3: eine Ausführung der erfindungsgemäßen Drehmomentmesseinrichtung in einer perspektivischen Darstellung,
- 4: eine Ausführung der Erfindung in einer Explosivdarstellung,
- 5: eine Darstellung der Drehmomentmesseinrichtung im Zusammenwirken mit externen Baugruppen und
- 6: einen beispielhaften Signalverlauf bei der Messung eines Drehmoments mit der Drehmomentmesseinrichtung.
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In der 1 ist ein Beispiel für eine Anordnung 1 zur kontaktlosen Drehmomentmessung für rotierende Antriebe oder Maschinen aus dem Stand der Technik dargestellt, welche auch als Drehmomentmesseinrichtung 1 bezeichnet werden kann. Zwischen einem rotierenden Antrieb, wie einem Motor 2, und einer Maschine, wie einem Kompressor 3, ist eine herkömmliche Drehmomentmesseinrichtung 1 im Bereich einer vom Motor 2 angetriebenen Welle 4 angeordnet. Die Welle 4 ist in zwei dargestellten Lagerblöcken 5 gelagert und weist an einem Ende eine Antriebsscheibe 6 auf. Mittels eines Riemens 7 wird die vom Motor 2 erzeugte Drehbewegung über die erste Antriebsscheibe 6 auf die zweite Antriebsscheibe 8 übertragen und treibt derart den Kompressor 3 an.
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In Systemen, in denen der Motor 2 direkt mit der Antriebsscheibe 6 verbunden ist, ist zum nachträglichen Einbau einer Drehmomentmesseinrichtung 1 ein hoher baulicher Aufwand notwendig, um entweder zu der in der 1 gezeigten Lösung zu gelangen oder die Drehmomentmesseinrichtung 1 mit der nicht näher dargestellten Welle des Kompressors 3 zu verbinden.
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Ein Nachteil der in der 1 gezeigten Lösung besteht außerdem für den Fall, dass das Drehmoment am Kompressor 3 gemessen werden soll, darin, dass die Drehmomentmessung nicht am Kompressor 3 direkt erfolgt, sondern an der Welle 4 des Motors 2. Beeinträchtigungen des Drehmoments beispielsweise durch den Antriebsriemen 7 können derart nicht erfasst werden und das Messergebnis verfälschen.
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In der 2 ist eine beispielhafte Maschine 3, ausgeführt als ein Kompressor 3 mit einer auf der Welle des Kompressors 3 befestigten zweiten Antriebsscheibe 8 und einer Kupplungsscheibe 9, dargestellt. Der Kompressor 3 ist beispielsweise Bestandteil einer Klimaanlage in einem Fahrzeug und wird mittels eines nicht dargestellten Antriebsriemens 7 angetrieben. Dieser Antriebsriemen 7 kann mit einer ersten Antriebsscheibe 6 in Verbindung stehen, welche von einem Antrieb 2, wie einer Brennkraftmaschine 2, angetrieben wird. Im Beispiel in der 2 verfügt der Kompressor 3 über eine nicht näher dargestellte Kupplung, über welche der Kompressor 3 für den Fall, dass seine Funktion nicht benötigt wird, ausgekuppelt werden kann. Somit muss die Brennkraftmaschine keine Energie zur Bewegung des Kompressors 3 aufbringen, und Kraftstoff wird eingespart.
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Das in der 3 gezeigte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Drehmomentmesseinrichtung 1 führt die Erfindung anhand einer Kupplungsdruckplatte 9 bzw. deren Ersatz aus.
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Die erfindungsgemäße Anordnung 1 zur kontaktlosen Drehmomentmessung für rotierende Antriebe 2 oder Maschinen 3 kann direkt an einer Antriebsscheibe 8 eines Kompressors 3 angebracht werden und ermöglicht somit eine Messung des Drehmoments des Kompressors 3 ohne Beeinflussung durch einen Antriebsriemen 7 oder andere Elemente.
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Hierzu ist vorgesehen, die Drehmomentmesseinrichtung 1 beispielsweise als Austauschteil für eine vorhandene Kupplungsdruckplatte 9 mit nur einer oder wenigen Schrauben zu applizieren. Die Bauhöhe der originalen Kupplungsdruckplatte 9 wird nur minimal überschritten, daher kann die Erfindung auf engstem Bauraum Anwendung finden.
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Die 3 zeigt ein derartiges Austauschteil in einer perspektivischen Darstellung. Die Kupplungsdruckplatte 9 ist mit Sensoren ausgestattet, welche als Dehnungsmessstreifen 10 ausgeführt sind. Die Kupplungsdruckplatte 9 ist mittels Befestigungselementen 13 mit einer Trägerplatte 11 sowie einer Deckplatte 12 verbunden. Die Kupplungsdruckplatte 9 ist auch mit einem Flansch 14 mittels Befestigungselementen 13 verbunden. Dieser Flansch 14 wird mit der Welle des Kompressors 3 verbunden.
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Die von den Dehnungsmessstreifen 10 gewonnenen Sensorsignale in Form veränderlicher Widerstandswerte werden in einer zugehörigen senderseitigen Signalverarbeitungseinheit 15 verarbeitet.
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Vorgesehen ist es, die Drehmomentmessung als eine kontaktlose Messung auszuführen. Somit entfallen Verschleißteile, wie beispielsweise Schleifringe, zur Übertragung von Messwerten, Daten und Spannungen. Hierzu verfügt eine oder jede Signalverarbeitungseinheit 15 über eine Sendeeinheit zur Erzeugung eines Sendesignals und eine nicht dargestellte Sendeantenne zur Abstrahlung dieses Sendesignals.
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Dieses Sendesignal wird von einer Empfängerantenne 16 empfangen und in einer empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit 17 verarbeitet. Eine derartige Verarbeitung kann beispielsweise ein Umsetzen der empfangenen Signalfrequenz in einen niedrigeren Frequenzbereich, eine Dekodierung des Empfangssignals, eine Umwandlung des empfangenen Signals (Frequenz in Spannung) und eine Aufbereitung des Signals zur Ausgabe (Analog-zu-Digital-Wandlung) sein. Selbstverständlich finden derartige Signalverarbeitungen auch in der senderseitigen Signalverarbeitungseinheit 15 statt, wobei die Richtung der Signalwandlung umgekehrt sein kann (Spannung in Frequenz / Digital-zu-Analog-Wandlung).
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Für die Übertragung der Messdaten der Drehmomentmesseinrichtung 1 können beliebige bekannte Übertragungsverfahren und Protokolle aus dem Stand der Technik genutzt werden.
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Das zur Ausgabe aufbereitete Signal wird von der empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit 17 beispielsweise in einer digitalen Form über ein Anschlusskabel 18 ausgegeben. Das Anschlusskabel 18 kann mit einer nicht dargestellten zentralen Steuereinheit 19 verbunden sein.
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Die Spannungsversorgung kann beispielsweise mit einer Spannung zwischen 9V bis 36 V und mit 220V erfolgen, wobei die Versorgungsspannung für die Drehmomentmessanordnung 1 und den Sender per Induktion über die Antenne 16 erfolgt. Die senderseitige Signalverarbeitungseinheit 15 verfügt über Mittel zur Bereitstellung einer internen Betriebsspannung.
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Der für die Drehmomentmessung notwendige Sensor, wie ein Dehnungsmessstreifen 10, ist in der erfindungsgemäßen Drehmomentmesseinrichtung 1 auf einer Kupplungsdruckplatte 9 angebracht, wie in der 4 im unteren Teil dargestellt ist.
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Zu diesem Zweck ist die erfindungsgemäße Kupplungsdruckplatte 9, wie in der 4 gezeigt, mit drei Bereichen ausgeführt, welche den inneren Teil der Kupplungsdruckplatte 9 mit dem äußeren Teil der Kupplungsdruckplatte 9 verbinden. Im Beispiel sind drei dieser Bereiche ausgebildet, in denen die Dehnungsmessstreifen 10 angeordnet werden.
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Im oberen Teil der 4 sind die Bestandteile der erfindungsgemäßen Anordnung 1 in einer Explosivdarstellung gezeigt. Von links nach rechts dargestellt sind:
- • empfängerseitige Signalverarbeitungseinheit 17 mit Anschlusskabel 18, verbunden mit der Empfangsantenne 16,
- • Trägerplatte 11 mit drei auf dieser befestigten senderseitigen Signalverarbeitungseinheiten 15,
- • Befestigungselemente 13,
- • Kupplungsdruckplatte 9
- • Flansch 14,
- • Deckplatte 12 (oder Kupplungsplatte)
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In der 5 ist die Drehmomentmesseinrichtung 1 im Zusammenwirken mit externen Baugruppen dargestellt. Die rotierende Drehmomentmesseinrichtung 1 ist umgeben von der Empfangsantenne 16, welche mit der empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit 17 verbunden ist. Im dargestellten Beispiel in der 5 ist die Signalverarbeitungseinheit 17 in zwei Bestandteile a und b aufgeteilt. Der Bestandteil 17a stellt eine Halterung für die Empfangsantenne 16 dar, wobei der Bestandteil 17b die für die Signalverarbeitung zuständige Einheit kennzeichnet.
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In einer alternativen Ausführungsform können die Bestandteile 17a und 17b auch in einer einzigen Baugruppe 17 zusammengefasst werden. In beiden Beispielen wird das durch die Drehmomentmesseinrichtung 1 bereitgestellte und zur Ausgabe aufbereitete Ausgangssignal über ein Anschlusskabel 18 zu einer zentralen Steuerung 19 übertragen. In einem Fahrzeug kann eine derartige zentrale Steuerung 19 das üblicherweise vorhandene Steuergerät sein.
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Bei einem Einsatz der Erfindung im Labor oder auf einem Mess- oder Prüfstand kann die zentrale Steuereinheit 19 ein entsprechendes Messequipment oder ein Personal-Computer mit einer entsprechenden Schnittstelle sein. Mittels der zweiten dargestellten Leitung zwischen der empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit 17 und der zentralen Steuerung 19 in der 5 kann eine Betriebsspannung UB an die empfängerseitige Signalverarbeitungseinheit 17 übertragen werden.
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In der 6 ist ein beispielhafter Signalverlauf bei der Messung eines Drehmoments mit der Drehmomentmesseinrichtung 1 dargestellt.
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Der obere Teil der 6 zeigt die in der rotierenden senderseitigen Signalverarbeitungseinheit 1 ablaufenden Vorgänge, während der untere Teil die in der empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit 17 ablaufenden Vorgänge beschreibt.
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Folgende Komponenten werden beispielsweise in einer erfindungsgemäßen Anordnung eingesetzt:
- • 1-Kanal-Sender für statische Dehnungs- oder Temperaturmessungen. Die sendeseitige Signalverarbeitungseinheit 15 dient zur Konditionierung von Sensorsignalen und ermöglicht eine drahtlose Übertragung der Messdaten vom bewegten Maschinenteil zur stationären empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit 17 (Telemetrie-Empfänger)
- • Die stationäre empfängerseitige Signalverarbeitungseinheit 17 dient zum Empfangen und Reproduzieren der Messdaten, die von der senderseitigen Signalverarbeitungseinheit 15 (Telemetrie-Sender) übermittelt werden.
- • Ein Leistungsgenerator ist eine zentrale Komponente der Induktiv-Speisung, die zur elektrischen Versorgung der rotierenden Systemkomponenten also der senderseitigen Signalverarbeitungseinheit 15 dient.
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Die Versorgungsspannung für die senderseitige Signalverarbeitungseinheit 15 der Drehmomentmesseinrichtung 1 und den in dieser beinhalteten Sender wird per Induktion über die Antenne 16 gewährleistet. Zu diesem Zweck ist in der senderseitigen Signalverarbeitungseinheit 15 ein Leistungsgenerator 20 angeordnet, welcher die über die Antennen induktiv eingekoppelte Energie in eine Betriebsspannung für die Baugruppen der senderseitigen Signalverarbeitungseinheit 15 wandelt.
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Die Dehnungsmessstreifen 10 können wie im Stand der Technik üblich, als ein Sensor Bestandteil einer Messbrücke sein und stellen ein Sensor-Signal zur Verfügung. Eine Veränderung des Sensorsignals tritt bei einer Dehnung oder Stauchung eines Dehnungsmessstreifens 10 (DMS) ein. Alternativ könnte die senderseitige Signalverarbeitungseinheit 15 auch eine Temperaturänderung aufnehmen, wenn ein Thermoelement als Sensor eingesetzt wird. In diesem Fall ändert sich das Sensorsignal in Abhängigkeit der Klemmstellen-Temperatur.
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Über einen nachgeschalteten Verstärker 21 wird das Sensorsignal verstärkt und auf einen Normpegel konditioniert. Über die Verstärkung ist der zur Verfügung stehende Messbereich des Sensors 10 einstellbar.
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Die erste Modulation im ersten Signalwandler 22 ist eine Spannung-Frequenz-Wandlung und liefert ein gewandeltes Signal, das driftstabil über den gesamten Einsatztemperaturbereich des Senders ist. Die erzeugte Frequenz wird als sogenannte Unterträgerfrequenz bezeichnet.
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Danach folgt eine zweite Wandlung des zu übertragenden Signals mittels einer Frequenzmodulation in einem HF-Modulator 23, wobei der Unterträger bzw. die Unterträgerfrequenz die HF-Trägerfrequenz (HF ... Hochfrequenz) des Systems moduliert.
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Das derart vom HF-Modulator 23 bereitgestellte Sendesignal (HF-Signal) wird über eine Sendeantenne der senderseitigen Signalverarbeitungseinheit 15 abgestrahlt und im stationären Teil der Anordnung 1 von einer Empfangsantenne 16 empfangen.
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Diese Empfangsantenne 16 ist mit dem Eingang eines HF-Demodulators 24 verbunden. Der HF-Demodulator 24 demoduliert das empfangene HF-Signal, um das Unterträger-Signal zurückzuerhalten. Die HF-Trägerfrequenz auf der Sender- und Empfängerseite ist werksseitig eingestellt und abgeglichen. Eine eventuelle Drift auf der Senderseite wird am Empfänger automatisch nachgeführt (AFC, Automatic Frequency Control).
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Danach folgt eine zweite Demodulation in einem zweiten Signalwandler 25, bei welcher eine Frequenz-Spannungs-Wandlung durchgeführt wird, um das Sensor-Signal zu reproduzieren.
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Eine nachfolgende Filterung dieses reproduzierten Signals mittels eines Tiefpasses 26 bereitet das reproduzierte Signal auf. Derart können beispielsweise störende Signalanteile beseitigt werden.
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Abschließend wird das Signal in einem Ausgabeverstärker 27 analog verstärkt. Vorgesehen ist es, die Verstärkung und die Nullpunkteinstellung des Ausgabeverstärkers 27 über Potentiometer auf der zugehörigen Demodulator-Karte der empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit 17 einstellbar auszuführen. Dieses zum Sensor-Signal proportionale Signal liegt am Ausgang der empfängerseitigen Signalverarbeitungseinheit 17 an und kann an eine zentrale Steuerung 19 ausgegeben werden.
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Vorgesehen ist es auch, dass die erfindungsgemäße Drehmomentmesseinrichtung 1 vor oder nach einem Einbau, beispielsweise in ein Fahrzeug, kalibrierbar ist.
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Weiterhin wird eine Auto-Zero-Funktion vorgesehen, mittels welcher ein automatischer Nullabgleich erfolgen kann. Somit werden Fehler bei der Erfassung der Messwerte durch die Sensoren vermieden.
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Nachfolgend werden einige mit der Erfindung erzielbare Vorteile aufgezählt:
- • technisch: Ein funktionierendes geschlossenes System muss nicht geöffnet werden. Somit besteht keine Gefahr von Kontamination. Es besteht nur ein minimales Risiko eines falschen Zusammenbaus.
- • ökologisch: Kältemittel wie R134a und PAG-Öle müssen nicht abgesaugt und entsorgt werden.
- • ökonomisch: Der Mechaniker braucht nur die zentrale Kupplungsschraube lösen und die Kupplungsplatte gegen die erfindungsgemäße Drehmomentmesseinrichtung 1 austauschen, sowie die Empfangsantenne 16 befestigen. Somit ist der Zeitaufwand minimal, da das Kältemittel nicht abgesaugt und der Kompressor nicht demontiert werden muss.
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Der erfindungsgemäße Aufbau weist eine geringe Bauhöhe von weniger als 23 Millimeter auf und kann somit in fast allen Fahrzeugumgebungen eingesetzt werden. Die Drehmomentmesseinrichtung arbeitet im Temperaturbereich bis 140°C und bis zu einer Drehzahl von 12000 Umdrehungen pro Minute zuverlässig.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehmomentmesseinrichtung, Anordnung
- 2
- Antrieb/Motor/Brennkraftmaschine
- 3
- Maschine/Kompressor
- 4
- Welle
- 5
- Lagerblock
- 6
- erste Antriebsscheibe
- 7
- Riemen, Antriebsriemen
- 8
- zweite Antriebsscheibe
- 9
- Kupplungsdruckplatte/Kupplungsscheibe
- 10
- Sensor/Dehnungsmessstreifen
- 11
- Trägerplatte
- 12
- Deckplatte
- 13
- Befestigungselemente
- 14
- Flansch
- 15
- senderseitige Signalverarbeitungseinheit
- 16
- Empfängerantenne/Empfangsantenne
- 17
- empfängerseitige Signalverarbeitungseinheit
- 18
- Anschlusskabel
- 19
- zentrale Steuerung/Steuereinheit
- 20
- Leistungsgenerator
- 21
- Verstärker
- 22
- erster Signalwandler
- 23
- HF-Modulator
- 24
- HF-Demodulator
- 25
- zweiter Signalwandler
- 26
- Tiefpass
- 27
- Ausgabeverstärker
