DE102017126906A1 - Achsrotations-Drehmomentsensor - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Achsrotations-Drehmomentsensor, insbesondere zur Erfassung des Drehmoments einer rotierenden Achse, der ein Planetengetriebe (40) beinhaltet, das entlang einer Mittelachsenlinie (C) zwischen einer Antriebswelle (20) und einer Abtriebswelle (30) angeordnet ist, wobei die Antriebswelle (20) eine Tangentialkraft erzeugt, durch die ein innenverzahntes Hohlrad (405) des Planetengetriebes (40) so angetrieben wird, dass es sich entlang des Umfangs der Mittelachsenlinie (C) dreht, wobei das innenverzahnte Hohlrad (405) mit mehreren streifenförmigen Balken (51) verbunden ist, wobei an mindestens einem der Balken (51) mindestens ein Dehnungsmessstreifen (60) angeordnet ist, wobei ein Ende (51a) des jeweiligen Balkens (51) fixiert ist, wobei das andere Ende (51b) eines jeden Balkens (51) zur Aufnahme der Tangentialkraft, mit der das innenverzahnte Hohlrad (405) belastet wird, dient, wodurch sich der Balken (51) in der Drehrichtung des Umfangs verformt, wobei der mindestens eine Dehnungsmessstreifen (60) diese Verformung erfasst und sich entsprechend dehnt, wobei der Dehnungswert des Dehnungsmessstreifens dem Messwert des Drehmoments bei der Übertragung zwischen der Antriebswelle (20) und der Abtriebswelle (30) entspricht. Im Vergleich zu herkömmlichen Drehmomentsensoren werden mit dem erfindungsgemäßen Drehmomentsensor eine höhere Messgenauigkeit, eine höhere Empfindlichkeit bei der Erfassung eines Drehmoments und eine effektive Verringerung des radialen Platzbedarfs ermöglicht.

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erfassung eines Drehmoments durch die Formänderung eines Bauelements in einer Drehantriebseinrichtung, insbesondere einen Drehmomentsensor zur Erfassung des Drehmoments einer rotierenden Achse.
• Stand der Technik
• In der Regel wird eine konventionelle Drehantriebseinrichtung mit einem Bauelement/Bauelementen zur Erfassung des Drehmoments ausgestattet, um die Größe und die Änderung des Drehmoments zu erfassen. Jedoch stellt es seit langem eine technische Schwierigkeit dar, die Änderung des Drehmomentwerts der Antriebseinrichtung während der Drehmomentübertragung präzise zu erfassen und den Platz, der zum Anbringen des Bauelements/der Bauelemente zur Erfassung des Drehmoments notwendig ist, effektiv zu verkleinern.
• In den Dokumenten US 5172774 A , US 8302702 B2 , US 20100139432 A1 , US 20150135856 A1 , TW M451316 U und TW M417320 U wird beschrieben, dass mittels Dehnungsmessstreifen, die als Sensorelemente eingesetzt werden, die Änderung des Drehmoments einer Drehantriebseinrichtung erfasst werden kann.
• Herkömmliche Dehnungsmessstreifen sind als dünne Metallscheiben ausgebildet, bei denen Drähte in einer Richtung in Form eines bestimmten Musters (Arrays) angeordnet sind, wobei die beiden Enden der Drähte jeweils mit Anschlussstiften versehen sind, die an ein Signalverarbeitungsmodul des Dehnungsmessstreifens angeschlossen werden können. Im Gebrauch werden die Dehnungsmessstreifen an einem Maschinenbauelement einer Drehantriebseinrichtung befestigt, wobei sich das Maschinenbauelement unter einer Belastung dehnt, wodurch sich der Dehnungsmessstreifen mit dem sich dehnenden Maschinenbauelement verformt, sodass die Dehnung des Maschinenbauelements anhand der Veränderung des Widerstands der Dehnungsmessstreifen bestimmt werden kann, wobei dadurch die Größe und die Änderung des Drehmoments der Drehantriebseinrichtung erfasst werden können.
• Jedoch sind die in den oben genannten Patenten bzw. Gebrauchsmustern jeweils offenbarten Anordnungen zur Erfassung eines Drehmoments durch die entsprechende Anordnung der Dehnungsmessstreifen so ausgestaltet, dass die Erfassung des Drehmoments nicht effektiv erfolgen kann. Gleichzeitig beansprucht die Anordnung zur Erfassung des Drehmoments viel Platz.
• Im Dokument US 5172774 A sind mehrere Dehnungsmessstreifen unmittelbar an den Scherstegen eines zur Drehmomentübertragung dienenden Zahnrads angeordnet, wobei die Scherstege zwar einerseits entlang der radialen Stegflächen des Zahnrades eine Last übertragen können und sich somit verformen können, wobei jedoch neben der normalen Dehnung auch die Scherdehnung erfasst wird, was dazu führt, dass die Dehnung der Scherstege nicht vollständig auf eine Veränderung des Drehmoments des Zahnrades zurückzuführen ist und diese somit nicht vollständig widerspiegelt, wodurch die Richtigkeit und Genauigkeit der Ergebnisse bei der Erfassung eines Drehmoments verlorengeht. Zur getrennten Erfassung der normalen Dehnung und der Scherdehnung ist eine Anordnung von Dehnungsmessstreifen für mehrere Richtungen erforderlich, was allerdings unmittelbar zu höheren Kosten und einer größeren Komplexität des Aufbaus führt. Des Weiteren muss der radiale Abstand zwischen der Position des Dehnungsmessstreifens am jeweiligen Schersteg und der Zahnradachse ausreichend groß sein, damit eine eindeutige Erfassung der normalen Dehnung und der Scherdehnung möglich ist, wobei diese Ausgestaltung unvermeidbar das Problem mit sich bringt, dass eine Verkleinerung des radialen Platzbedarfs der Anordnung erschwert wird.
• Ferner offenbart das Dokument US 20100139432 A1 einen Messwertgeber, der an einem Gehäuse befestigt ist und zur drehbaren Verbindung mit einer Drehmomentwelle dient, wobei der Messwertgeber rundscheibenförmig ausgebildet ist und mit einer Mittelnabe versehen ist, an der die Drehmomentwelle drehbar gelagert ist, wobei am Umfang der Nabe ein Steg in Form einer Ringscheibenfläche ausgebildet ist, wobei am Steg mindestens ein Dehnungsmessstreifen angeordnet ist, der zur Erfassung der Veränderung des Drehmoments der Drehmomentwelle eingesetzt wird. Da der Steg in Form einer Ringscheibenfläche ausgebildet ist, kann die Wirkungskraft, in die das Drehmoment umgewandelt wird, schwer in konzentrierter Form übertragen werden. Mit anderen Worten wird die durch die Drehmomentübertragung generierte Dehnung des Stegs auf die ganze Fläche des ringförmigen Stegs verteilt, sodass die Formänderung, die am Dehnungsmessstreifen auftritt, gering ist, wodurch die Richtigkeit und Genauigkeit bei der Erfassung des Drehmoments entsprechend vermindert wird. Des Weiteren besteht auch bei dieser Ausgestaltung, in der mindestens ein Dehnungsmessstreifen am Steg angeordnet ist, das Problem hinsichtlich der Reduzierung des radialen Platzbedarfs.
• Im Dokument US 8302702 B2 ist beschrieben, dass Dehnungsmessstreifen in den ebenen Flächen von radialen Rippen an einem rahmenartigen Momentübertragungselement eingebaut sind, wobei dessen Mitte mit einem innenverzahnten Hohlrad verbunden ist, wobei das Drehmoment des innenverzahnten Hohlrades mithilfe der Dehnungsmessstreifen erfasst wird. Zwischen den ebenen Flächen des mit Dehnungsmessstreifen versehenen Momentübertragungselements und der Achse des innenverzahnten Hohlrades wird eine Wirkungskraft über die am Umfang des Momentübertragungselements angeordneten Rippen übertragen, sodass ein Biegemoment auf die Einbaustellen der Dehnungsmessstreifen wirkt, wobei jedoch die Richtigkeit und Präzision bei der Erfassung der Veränderung des Drehmoments anhand des von den Rippen erzeugten Biegemoments gering ist. Zudem wird der radiale Platzbedarf des gesamten Aufbaus durch die Rippen des Momentübertragungselements vergrößert.
• Im Dokument US 20150135856 A1 ist ein Kraft-/Drehmomentsensor beschrieben, der an einem Rahmen angebracht ist. Der Kraft-/Drehmomentsensor dient zur Erfassung der Kraft oder des Drehmoments, die oder das unmittelbar durch ein sich in Bewegung befindendes System erzeugt wird, wenn das System blockiert wird, wobei der Kraft-/Drehmomentsensor in der Regel zur Gewährleistung der Betriebssicherheit eingesetzt wird. In der Mitte des Kraft-/Drehmomentsensors ist ebenfalls eine Radnabe angeordnet, mit der ein Drehelement axial verbunden ist, wobei am radialen Umfang des Kraft-/Drehmomentsensors ein Rand ausgebildet ist. Zwischen dem Umfang der Radnabe und dem Rand sind mehrere radial verlaufende Balken ausgebildet, wobei Dehnungsmessstreifen an den Stirnflächen des Umfangs der Balken befestigt werden können. Die auf die Balken einwirkende Belastung wird in eine auf die Balken wirkende Biegebelastung umgewandelt, um eine Zugspannung, Druckspannung oder Scherkraft zu erzeugen, wobei die an den Flächen der Balken angebrachten Dehnungsmessstreifen die Dehnung der Balken erfassen können und somit die Veränderung der Kraft und des Drehmoments ermitteln können. Jedoch wird im Dokument US20150135856 nicht beschrieben, wie die Balken die auf diese wirkende Belastung in eine Zugkraft oder/und einen Druck oder eine Scherkraft umwandeln. Aus diesem Grund müssen Dehnungsmessstreifen an den Stirnflächen des Umfangs der Balken befestigt werden, um die Messgenauigkeit zu erhöhen, was jedoch zu einem höheren Materialbedarf hinsichtlich der eingesetzten Menge bzw. einer Verschwendung von Dehnungsmessstreifen und zu einer komplizierten Spannungsstruktur führt. Außerdem wird der radiale Platzbedarf des gesamten Aufbaus durch die Balken vergrößert.
• Des Weiteren offenbaren die taiwanesischen Gebrauchsmuster TWM451316 U und TW M417320 U jeweils einen Drehmomentsensor, bei dem an einer Kurbelachse eine Hülse angeordnet ist, an deren Oberfläche ein Dehnungsmessstreifen angeklebt ist, um die durch das Einwirken eines Drehmoments hervorgerufene Dehnung der Hülse zu messen, wobei die ermittelte Dehnung in ein Dehnungssignal umgewandelt wird, mit dem die durch den Elektromotor ausgegebene Triebkraft gesteuert wird. Dabei wird zwar durch die Kombination der Hülse mit den Dehnungsmessstreifen eine Verringerung des radialen Platzbedarfs des Aufbaus erzielt, jedoch sind die Dehnungsmessstreifen an einem sich bewegenden Bauelement (der Hülse) angebracht, sodass dabei auch ein Energieübertragungselement (z.B. ein Transformator und ein Bauelement zur drahtlosen Signalübertragung) angebracht werden muss, wobei der Platzbedarf des gesamten Aufbaus durch das Anbringen eines solchen Energieübertragungselements an dem sich bewegenden Bauelement (der Hülse) wiederum vergrößert wird.
• Aufgabe der Erfindung
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Drehmomentsensor zur Erfassung des Drehmoments einer Achsenrotation zu schaffen, der die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile beseitigen kann, wobei hierzu eine Drehmomentsensorscheibe verwendet werden soll, deren axial verlaufende Balken sich unter einer Belastung verformen, wobei an der Drehmomentsensorscheibe mehrere Dehnungsmessstreifen angebracht sind, wobei durch das Zusammenwirken der Drehmomentsensorscheibe und der Dehnungsmessstreifen eine präzise und sensitive Erfassung der Veränderung des Drehmoments eines Anwendungselements oder einer Anwendungseinrichtung erzielt werden kann, wobei die Balken der Drehmomentsensorscheibe derart angeordnet sind, dass diese vorteilhafterweise ermöglichen, dass der radiale Platzbedarf des Anwendungselements oder der Anwendungseinrichtung effektiv verringert wird.
• Technische Lösung
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Achsrotations-Drehmomentsensor zur Erfassung eines Drehmoments mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Zur Lösung der Aufgabe ist der erfindungsgemäße Drehmomentsensor durch die nachfolgend beschriebenen technischen Merkmale gekennzeichnet. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst der Achsrotations-Drehmomentsensor zur Erfassung eines Drehmoments eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle, die entlang einer Mittelachsenlinie beabstandet angeordnet sind, sowie ein Planetengetriebe, das entlang der Mittelachsenlinie zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle angeordnet ist, wobei die Antriebswelle mit einem Sonnenrad des Planetengetriebes axial verbunden ist, wobei die Abtriebswelle über eine Planetenradscheibe mit mehreren Planetenrädern des Planetengetriebes verbunden ist, wobei ein innenverzahntes Hohlrad des Planetengetriebes mit einer Drehmomentsensorscheibe verbunden ist, die mehrere parallel zur Mittelachsenlinie verlaufende, streifenförmige Balken aufweist, wobei an den gegenüberliegenden Seiten der Balken jeweils parallel zur Mittelachsenlinie eine radial verlaufende Stirnseite ausgebildet ist, wobei an mindestens einer der beiden Stirnseiten mindestens ein Dehnungsmessstreifen angeordnet ist. Dabei kann die Antriebswelle die Abtriebswelle über das Planetengetriebe zur Drehung antreiben und erzeugt so eine Tangentialkraft, durch die das innenverzahnte Hohlrad derart angetrieben wird, dass es sich entlang des Umfangs der Mittelachsenlinie dreht, wobei die Balken der Drehmomentsensorscheibe diese Tangentialkraft, mit der das innenverzahnte Hohlrad belastet wird, aufnehmen können und sich dadurch in der Drehrichtung des Umfangs verformen, wobei der mindestens eine Dehnungsmessstreifen diese Verformung erfasst und sich infolgedessen entsprechend dehnt, wobei der Dehnungswert als Messwert des zwischen der Antriebswelle und der Abtriebswelle übertragenen Drehmoments dient.
• Eine weitere Ausführungsform ist durch die nachfolgend beschriebenen technischen Merkmale gekennzeichnet.
• Die Drehmomentsensorscheibe umfasst einen Befestigungssitz und einen Drehhalter, wobei sich die Balken zwischen dem Befestigungssitz und dem Drehhalter befinden. Die Drehmomentsensorscheibe ist einteilig aus dem Befestigungssitz, den Balken und dem Drehhalter ausgebildet.
• Die Balken erstrecken sich von dem Befestigungssitz. Das jeweilige von dem Befestigungssitz abgewandte Ende der Balken ist am Drehhalter angebracht.
• In der Mitte des Befestigungssitzes und des Drehhalters ist jeweils eine Durchgangsöffnung ausgebildet, wobei die Antriebswelle durch die Durchgangsöffnungen hindurchgeführt ist und dadurch mit dem Sonnenrad axial verbunden ist. Die Antriebswelle ist mit dem Befestigungssitz und/oder dem Drehhalter drehbar verbunden.
• Die Anzahl der an jedem Balken angebrachten Dehnungsmessstreifen kann zwei betragen, wobei die beiden Dehnungsmessstreifen einander gegenüberliegend an zwei entsprechenden Stirnseiten des Balkens angeklebt sind.
• Das Planetengetriebe umfasst ein Planetengetriebe der ersten Stufe und ein Planetengetriebe der zweiten Stufe. Die Antriebswelle ist mit dem Sonnenrad der ersten Stufe des Planetengetriebes der ersten Stufe axial verbunden, wobei an der Planetenradscheibe der ersten Stufe des Planetengetriebes der ersten Stufe ferner mehrere Planetenräder der ersten Stufe drehbar gelagert sind, die um das Sonnenrad der ersten Stufe herum angeordnet sind und mit dem Sonnenrad der ersten Stufe in Eingriff stehen, wobei ein innenverzahntes Hohlrad der ersten Stufe des Planetengetriebes der ersten Stufe mit der Drehmomentsensorscheibe verbunden ist. Ein Sonnenrad der zweiten Stufe des Planetengetriebes der zweiten Stufe ist mit der Mitte der Planetenradscheibe der ersten Stufe axial verbunden. Die Abtriebswelle ist über eine Planetenradscheibe der zweiten Stufe des Planetengetriebes der zweiten Stufe mit mehreren Planetenrädern der zweiten Stufe des Planetengetriebes der zweiten Stufe verbunden, wobei die Planetenräder der zweiten Stufe um das Sonnenrad der zweiten Stufe herum angeordnet sind und mit dem Sonnenrad der zweiten Stufe in Eingriff stehen, wobei die Planetenräder der ersten Stufe und die Planetenräder der zweiten Stufe jeweils mit dem innenverzahnten Hohlrad der ersten Stufe in Eingriff stehen. Die Planetenradscheibe der zweiten Stufe erstreckt sich von der Abtriebswelle. Das Objekt, mit dem die Antriebswelle axial verbunden ist, und das Objekt, mit dem die Abtriebswelle verbunden ist, können gegeneinander ausgetauscht sein.
• Die Planetenradscheibe erstreckt sich von der Abtriebswelle, wobei das Objekt, mit dem die Antriebswelle axial verbunden ist, und das Objekt, mit dem die Abtriebswelle verbunden ist, vertauscht wurden.
• Der erfindungsgemäße Drehmomentsensor weist die nachfolgend beschriebenen Vorteile auf:
1. 1. Dadurch, dass das innenverzahnte Hohlrad mit der durch die Antriebswelle übertragenen Tangentialkraft belastet wird und diese Belastung vollständig in eine Kraft umwandelt, welche auf die Balken wirkt, wodurch diese sich bedingt verformen, verformen sich die Dehnungsmessstreifen, wobei die Dehnungsmessstreifen dadurch das Drehmoment mit einer höheren Empfindlichkeit erfassen können.
2. 2. Die Ausgestaltung, dass an den streifenförmigen Balken Dehnungsmessstreifen angebracht sind, sorgt dafür, dass das eine Ende des jeweiligen Balkens in dem Zustand, in dem dieser unter dem Einwirken einer Belastung verschoben wird, sich sensitiver verformen kann, wobei die Dehnungsmessstreifen dadurch eine höhere Empfindlichkeit bei der Erfassung des Drehmoments bereitstellen.
3. 3. Ferner ermöglicht die Ausgestaltung, dass die Balken parallel zur Achse der Antriebswelle und nicht in einer Radialrichtung der Antriebswelle angeordnet sind, eine effektive Verringerung des radialen Platzbedarfs des Anwendungselements, der Anwendungseinrichtung oder des Drehmomentsensors.
• Figurenliste
• 1 zeigt eine Explosionsdarstellung eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drehmomentsensors des Achsenrotationstyps zur Erfassung eines Drehmoments,
• 2 zeigt eine Querschnittsansicht des bevorzugten Ausführungsbeispiels aus 1 im zusammengebauten Zustand,
• 3 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A aus 2,
• 4 zeigt eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie B-B aus 2,
• 5 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Teils der Bauteile aus 1 im zusammengebauten Zustand,
• 6 zeigt eine schematische Darstellung zur Erläuterung der Erzeugung einer Kraft durch das Planetengetriebe aus 3,
• 7 zeigt eine schematische Darstellung der durch das Antreiben des Drehhalters verursachten Biegung und Verformung des Balkens,
• 8a und 8b zeigen jeweils eine Frontansicht und eine Seitenansicht des Balkens,
• 9 und 10 zeigen perspektivische Ansichten von unterschiedlichen Strukturen der Drehmomentsensorscheibe,
• 11 zeigt eine schematische Darstellung eines Schaltplans eines Dehnungsmessstreifens gemäß der Erfindung und
• 12 zeigt eine Schnittansicht eines zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Drehmomentsensors des Achsenrotationstyps zur Erfassung eines Drehmoments.
• Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
• Im Folgenden werden Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung anhand der detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Erfindung soll nicht auf die Ausführungsbeispiele gemäß der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen beschränkt sein.
• Zunächst wird auf 1 bis 4 verwiesen, in denen das erste Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Achsrotations-Drehmomentsensors zur Erfassung eines Drehmoments dargestellt ist. Der Drehmomentsensor umfasst eine Antriebswelle 20, eine Abtriebswelle 30, ein Planetengetriebe, eine Drehmomentsensorscheibe 50 und einen Dehnungsmessstreifen 60.
• Wie in 1 und 2 gezeigt ist, sind die Antriebswelle 20 und die Abtriebswelle 30 entlang einer Mittelachsenlinie C beabstandet angeordnet. Das Planetengetriebe ist entlang der Mittelachsenlinie C zwischen der Antriebswelle 20 und der Abtriebswelle 30 angeordnet. Das Planetengetriebe, die Antriebswelle 20 und die Abtriebswelle 30 sind in einem Gehäuse 10 aufgenommen. Das Gehäuse 10 dient im Wesentlichen als Befestigungsende für die gesamte Struktur des Drehmomentsensors, wobei die Antriebswelle 20 und die Abtriebswelle 30 mit dem Gehäuse 10 drehbar verbunden sind. Genauer gesagt können die Antriebswelle 20 und die Abtriebswelle 30 jeweils über ein Lager 21 (31) drehbar derart in dem Gehäuse 10 gelagert sein, dass ein Endteil 22 (32) der Antriebswelle 20 und der Abtriebswelle 30 aus dem Gehäuse 10 heraussteht. Am Gehäuse 10 ist ein Antriebsmotor 80 angebracht, wobei der Antriebsmotor 80 beispielsweise durch Einbauen, Einrasten oder Verschrauben zur Ausbildung einer einteiligen Struktur in dem Gehäuse 10 integriert ist, wobei eine Antriebsachse 81 des Antriebsmotors 80 mit der Antriebswelle 20 axial verbunden ist, um eine Drehung der Antriebswelle 20 anzutreiben. In der dargestellten Ausführungsform ist die Abtriebswelle 30 mit einem Werkzeugadapter 90 axial verbunden, um durch das ausgegebene Drehmoment ein Werkzeug, beispielsweise einen Elektroschraubendreher, zu einer Drehbewegung anzutreiben.
• Für die ausführliche Beschreibung der Anordnung der Antriebswelle 20 und der Abtriebswelle 30 wird zusätzlich auf 3 verwiesen. Die Antriebswelle 20 und die Abtriebswelle 30 sind über ein Planetengetriebe miteinander gekoppelt. Das Planetengetriebe umfasst ein Planetengetriebe der ersten Stufe 41 und ein Planetengetriebe der zweiten Stufe 42, wobei ein Endteil 41 der Antriebswelle 20 aus dem Gehäuse 10 herausragt und deren anderes Endteil sich in das Gehäuse 10 erstreckt und mit einem Sonnenrad der ersten Stufe 411 des Planetengetriebes der ersten Stufe 41 axial verbunden ist.
• Mit dem Sonnenrad der ersten Stufe 411 stehen mehrere Planetenräder der ersten Stufe 412 des Planetengetriebes der ersten Stufe 41 in Eingriff, wobei die Planetenräder der ersten Stufe 412 an einer Planetenradscheibe 414 der ersten Stufe drehbar gelagert sind, wobei ein innenverzahntes Hohlrad der ersten Stufe 415 des Planetengetriebes der ersten Stufe 41 um das Sonnenrad der ersten Stufe 411 und die Planetenräder der ersten Stufe 412 herum angeordnet ist, wobei die Planetenräder der ersten Stufe 412 jeweils mit dem Sonnenrad der ersten Stufe 411 und dem innenverzahnten Hohlrad der ersten Stufe 415 in Eingriff stehen.
• Genauer gesagt sind die Planetenräder der ersten Stufe 412 über eine Planetenradachse 413 drehbar an einer Seite der Planetenradscheibe 414 der ersten Stufe gelagert. Das Sonnenrad der zweiten Stufe 421 des Planetengetriebes der zweiten Stufe 42 ist axial mit der Mitte der anderen Seite der Planetenradscheibe 414 der ersten Stufe verbunden. Die Abtriebswelle 30 ist über die Planetenradscheibe der zweiten Stufe 424 des Planetengetriebes der zweiten Stufe 42 mit mehreren Planetenrädern der zweiten Stufe 422 des Planetengetriebes der zweiten Stufe 42 verbunden, die um das Sonnenrad der zweiten Stufe 421 herum angeordnet sind und mit diesem in Eingriff stehen. Die Planetenräder der zweiten Stufe 422 sind über eine Planetenradachse 423 drehbar an der Planetenradscheibe der zweiten Stufe 424 gelagert. Die Planetenräder der zweiten Stufe 422 und die Planetenräder der ersten Stufe 412 stehen jeweils mit dem innenverzahnten Hohlrad 415 der ersten Stufe in Eingriff. Die Planetenradscheibe der zweiten Stufe 424 erstreckt sich von der Abtriebswelle 30. Das bedeutet, dass die Abtriebswelle 30 und die Planetenradscheibe der zweiten Stufe 424 koaxial einteilig ausgebildet sind. Ferner ist es auch möglich, dass die Objekte, welche mit der Antriebswelle 20 bzw. der Abtriebswelle 30 axial verbunden sind, vertauscht angeordnet sind. Konkret gesagt bedeutet dass, dass die Antriebswelle 20 axial mit der Planetenradscheibe der zweiten Stufe 424 verbunden ist und die Abtriebswelle 30 axial mit dem Sonnenrad der ersten Stufe 411 verbunden ist. Somit können die angetriebenen Komponenten und deren Reihenfolge vom Antrieb zum Abtrieb leicht gewechselt werden.
• Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, ist das innenverzahnte Hohlrad der ersten Stufe 415 mit einer Drehmomentsensorscheibe 50 verbunden. Die Drehmomentsensorscheibe 50 weist mehrere parallel zur Mittelachsenlinie C verlaufende Balken 51, einen Befestigungssitz 52 und einen Drehhalter 53 auf, wobei der Befestigungssitz 52 und der Drehhalter 53 unabhängig voneinander entlang der Mittelachsenlinie C beabstandet angeordnet sind, wobei sich die Balken 51 zwischen dem Befestigungssitz 52 und dem Drehhalter 53 befinden. Die Balken 51 sind alle streifen- oder plattenförmig ausgebildet, wobei an mindestens einem der Balken 51 mindestens ein Dehnungsmessstreifen 60 angeordnet ist. Das heißt, dass es ausreichend ist, wenn an dem Scheibenkörper von einem oder mehreren Balken 51 jeweils ein oder zwei Dehnungsmessstreifen 4 angeklebt sind. Wenn an einem Balken 51 jeweils zwei Dehnungsmessstreifen 4 angeklebt sind, können diese beispielsweise an einer ersten Stirnfläche 51c und einer der ersten Stirnfläche 51c gegenüberliegenden zweiten Stirnfläche 51d des Scheibenkörpers des Balkens 51einander gegenüberliegend angeklebt sein, wobei die erste und die zweite Stirnseite 51c, 51d parallel zu einer Radialrichtung der Mittelachsenlinie C verlaufen. Die Balken 51 können beispielsweise als streifenförmige Scheibenkörper aus Metall, beispielsweise Kohlenstoffstahl, gefertigt sein, wobei jeweils alle Bereiche eines Balkens 51 einen gleichen Querschnitt aufweisen, damit die Wirkungskraft effektiv übertragen wird, wobei sich der Balken 51 unter dem Einwirken dieser Wirkungskraft innerhalb eines Toleranzbereiches der Festigkeit des eingesetzten metallischen Werkstoffs dehnt. Somit dient der Balken 51 als Balken des Dehnungsmessstreifens 60.
• Die Balken 51 weisen jeweils ein erstes Ende 51a und ein zweites Ende 51b auf, wobei das erste Ende 51a fixiert ist, und wobei das zweite Ende 51b zur Aufnahme der Tangentialkraft dient, mit der das innenverzahnte Hohlrad der ersten Stufe 415 belastet wird. Des Weiteren ist das fixierte erste Ende 51a des Balkens 51 an dem Befestigungssitz 52 befestigt. Der Balken 51 erstreckt sich von dem Befestigungssitz 52, der an einem Sockel 54 angebracht ist. Der Sockel 54 ist mittels Schrauben 11 im Gehäuse 10 verschraubt und dient somit als Befestigungsende für den gesamten Drehmomentsensor. Die zweiten Enden 51b der Balken 51, welche zur Aufnahme der Tangentialkraft dienen, mit der das innenverzahnte Hohlrad 415 belastet wird, sind verschiebbar oder am Drehhalter 53 fixiert angebracht.
• Wie in 1 und 2 gezeigt ist, ist die Drehmomentsensorscheibe 50 über den Drehhalter 53 mit dem innenverzahnten Hohlrad der ersten Stufe 415 derart verbunden, dass das innenverzahnte Hohlrad der ersten Stufe 415, wenn es von den Planetenrädern der ersten Stufe 412 und den Planetenrädern der zweiten Stufe 422 angetrieben wird, außerdem den Drehhalter 53 zu einer Drehung entlang der Mittelachsenlinie C antreiben kann. Genauer gesagt ist es möglich, den Drehhalter 53 durch eine formschlüssige Verbindung derart in das innenverzahnte Hohlrad der ersten Stufe 415 einzubauen, dass diese beiden Komponenten miteinander zu einer einteiligen Struktur verbunden sind (siehe 9) . Alternativ können sich mehrere Vorsprünge 532 von einem Ende des Drehhalters 53 erstrecken und an einem Ende des innenverzahnten Hohlrades der ersten Stufe 415 können den Vorsprüngen 532 entsprechend mehrere Aussparungen 416 vertieft ausgebildet sein, wobei der Drehhalter 53 und das innenverzahnte Hohlrad der ersten Stufe 415 mithilfe der Vorsprünge 532 und der Aussparungen 413 zu einer einteiligen Struktur miteinander verbunden werden können (siehe 10) .
• Außerdem ist in der Mitte des Befestigungssitzes 52 und des Drehhalters 53 jeweils eine Durchgangsöffnung 521(531) ausgebildet, durch die die Antriebswelle 20 hindurchgeführt ist, sodass der Befestigungssitz 52 und der Drehhalter 53 jeweils entlang der Mittelachsenlinie C symmetrisch an der Antriebswelle 20 angeordnet sind. Die Antriebswelle 20 ist durch die Durchgangsöffnungen 521, 531 des Befestigungssitzes 52 und des Drehhalters 53 hindurchgeführt und dadurch axial mit dem Sonnenrad der ersten Stufe 411 verbunden. Genauer gesagt sind die Balken 51 jeweils zwischen dem Befestigungssitz 52 und dem Drehhalter 53 in einer Weise angeordnet, dass sie sich jeweils auf der Radiallinie D der Mittelachsenlinie C befinden (siehe 4). Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Anzahl an Balken 51 gleich zwei. Ferner ist zwischen dem Befestigungssitz 52 und dem Drehhalter 53 ein Lagerhalter 55 angeordnet, in dem eines der Lager 21 angebracht ist. Dadurch wird während der Drehung die Stabilität der Antriebswelle 20 aufrechterhalten.
• Ferner wird nun auf 5 und 6 Bezug genommen. Wenn sich das als Antriebsende dienende Sonnenrad der ersten Stufe 411 im Uhrzeigersinn dreht, treibt es die Planetenräder der ersten Stufe 412 zum Drehen gegen den Uhrzeigersinn an und die Planetenradscheibe der ersten Stufe 414 wird zum Drehen im Uhrzeigersinn angetrieben. Anschließend wird das Sonnenrad der zweiten Stufe 421 durch die Planetenradscheibe der ersten Stufe 414 mitbewegt und dreht sich im Uhrzeigersinn. Dadurch treibt sie die Planetenräder der zweiten Stufe 422 zum Drehen gegen den Uhrzeigersinn an. Die Planetenräder der zweiten Stufe 422 treiben die als Abtriebsende dienende Planetenradscheibe der zweiten Stufe 424 zum Drehen im Uhrzeigersinn an, wodurch eine Triebkraft ausgegeben wird.
• Da die Planetenradscheibe der zweiten Stufe 424 eine externe Drehmomentlast T1 überwinden muss, wird das Sonnenrad der ersten Stufe 411 ein Drehmoment T2 erzeugen. Das Drehmoment, das sich durch eine Multiplikation von T2 mit einem Untersetzungsverhältnis ergibt, muss T1 überwinden, um einen Ausgleich zu erzielen zu erreichen und eine Drehmomentlast T3 an das innenverzahnte Hohlrad der ersten Stufe 415 zu übertragen. Demgemäß gilt Folgendes: $$\text{T3=T1}\times \left(\lambda \text{/}\left(1+\lambda \right)\right)$$

  

  $$\text{T2}=\text{T3}\times \left(\lambda \text{/}\left(1+\lambda \right)\right)$$

  
• Dabei ist λ das Übersetzungsverhältnis zwischen dem Sonnenrad der ersten Stufe 411 und dem innenverzahnten Hohlrad der ersten Stufe 415 (λ=die Zahnanzahl des Sonnenrades der ersten Stufe 411 geteilt durch die die Zahnanzahl des innenverzahnten Hohlrades der ersten Stufe 415).
• Wie in 5 und 6 gezeigt ist, wird an den Kontaktstellen, an denen das Sonnenrad der ersten Stufe 411 mit den Planetenrädern der ersten Stufe 412 in Eingriff steht und an denen das Sonnenrad der zweiten Stufe 421 mit den Planetenrädern der zweiten Stufe 422 in Eingriff steht, jeweils eine Tangentialkraft F2 erzeugt. An den Kontaktstellen, an denen das innenverzahnte Hohlrad der ersten Stufe 415 mit den Planetenrädern der ersten Stufe 412 und den Planetenrädern der zweiten Stufe 422 in Eingriff steht, wird jeweils eine Tangentialkraft F1 erzeugt. Dabei verlaufen die Wirkrichtungen der Tangentialkräfte F1, F2 parallel zueinander. Gemäß dem Drehmomentausgleichssatz Σ M_x = 0 ergibt sich, dass M=0=F1×r-F2×r und F=F1+F2 gilt, sodass die Gleichung F1=F2=F/2 gilt. Somit ergibt sich eine Gegenkraft F aus der Summe der Tangentialkräfte (F1+F2), wobei die Gegenkraft F die Planetenradscheibe der ersten Stufe 414 und die Planetenradscheibe der zweiten Stufe 424 über die Planetenradachsen 413, 423 jeweils zu einer Drehung antreibt.
• Wie in 7 gezeigt ist, sind die ersten Enden 51a der Balken 51 alle am Befestigungssitz 52 befestigt, wobei die zweiten Enden 51b der Balken 51 alle verschiebbar im schwebenden Kontakt mit dem Drehhalter 53 stehen. Wenn die von dem innenverzahnten Hohlrad der ersten Stufe 415 übertragene Tangentialkraft F1 auf den Drehhalter 53 einwirkt, wird dieser leicht in Drehung versetzt, wodurch eine Bewegung der Balken 51 induziert wird, wobei sich die zweiten Enden 51b der Balken 51 im Gegensatz zu den fixierten ersten Enden 51a der Balken 51 in Folge der geringfügigen Rotation des Drehhalters 53 ebenfalls geringfügig verschieben, wodurch sich alle Balken 51 verformen, wobei eine Zugkraft auf die ersten Stirnseiten 51c der Balken 51 wirkt und ein Druck auf die zweiten Stirnseiten 51d der Balken 51 ausgeübt wird. Nun kann sich der mindestens eine Dehnungsmessstreifen 60, der durch Ankleben an mindestens einem der Balken 51 angebracht ist, unter der Einwirkung der Biegung und Verformung synchron dehnen, wobei der Dehnungswert hierin dem ermittelten Drehmomentwert für die Übertragung zwischen der Antriebswelle 20 und der Abtriebswelle 30 entspricht. Es sei darauf hingewiesen, dass die zweiten Enden 51b der Balken 51, wenn sie am Drehhalter 53 befestigt sind, mit dem Drehhalter 53 im schwebenden Kontakt stehen. Wenn sich die zweiten Enden 51b aufgrund der geringfügigen Rotation des Drehhalters 53 ebenfalls verschieben, können sich die Dehnungsmessstreifen 60 in gleicher Weise unter der Einwirkung der Verformung dehnen.
• Wie in 8a, 8b und 11 gezeigt ist, überträgt das innenverzahnte Hohlrad 415 die Tangentialkraft F1, wodurch der Drehhalter 53 eine Bewegung der Balken 51 induziert. Da die ersten Enden 51a der Balken 51 durch den Befestigungssitz 52 im Gehäuse 10 befestigt sind, werden sich die Balken 51 durch die Drehung des Drehhalters 53 biegen und verformen, wodurch an einer Seite ein Druck auf die Balken 51 ausgeübt wird und die Balken 51 an der anderen Seite mit einer Zugkraft belastet werden. Wenn an beiden Seiten des Balkens 51 ein Dehnungsmessstreifen 60 angeklebt ist, kann die Veränderung des Widerstandes mit der entsprechenden Formel für eine Brückenschaltung 70 präzise bestimmt werden.
• Wenn zwischen zwei Balken 51 ein Abstand a vorhanden ist, eine Anzahl von Balken 51 gleich N ist, eine Breite des Balkens 51 gleich b ist und eine Dicke des Balkens 51 gleich h ist, wird jeweils eine Kraft F‘ auf den Balken 51 ausgeübt: $$\text{F'}=2\times \text{T}3/\left(\text{a}\times \text{N}\right)$$

  
• Wenn ein Abstand zwischen der Mitte und dem Lastpunkt (d.h. dem zweiten Ende 51b) des Dehnungsmessstreifens 60 gleich L ist, kann die vom Dehnungsmessstreifen 60 erfasste Spannung durch die Formel σ=6×F‘×L/(b×h²) berechnet werden und die Dehnung kann durch die nachfolgende Formel bestimmt werden: $$\mathrm{\epsilon =6}\times \text{F'}\times \text{L}/\left(\text{E}\times {\text{bh}}^2\right)$$

  
• Die Stelle L, an der der Dehnungsmessstreifen 60 angeordnet ist, wird dabei so festgelegt, dass eine einfache Montage des Dehnungsmessstreifens 60 und die größtmögliche Verformung des Dehnungsmessstreifens 60 möglich ist. Beispielsweise ist es von Vorteil, wenn der Dehnungsmessstreifen 60 so am Balken 51 angeklebt ist, dass er näher am Befestigungssitz 52 und weiter entfernt vom Drehhalter 53 angeordnet ist, um eine größere Dehnung zu ermöglichen, damit der Drehmomentwert genauer ermittelt werden kann.
• Die oben erwähnte Formel für eine Brückenschaltung 70 entspricht der Formel(5) : $${\text{V}}_{\text{ab}}={\text{V}}_{\text{b}}-{\text{V}}_{\text{a}}=\left(\frac{{\text{R}}_4}{{\text{R}}_2+{\text{R}}_4}-\frac{{\text{R}}_3}{{\text{R}}_1+{\text{R}}_3}\right)\times {\text{V}}_{\text{in}}$$

  
• Dabei entspricht V_in der Eingangsspannung des Stromversorgungsendes, V_ab entspricht dem Spannungsunterschied zwischen der Spannung V_b am Punkt b und der Spannung V_a am Punkt a und R1, R2, R3, R4 definieren jeweils am Balken 51 vorgesehene Widerstände. Wenn sich der Dehnungsmessstreifen 60 zusammenzieht oder dehnt, werden sich die Werte der Widerstände R1, R2, R3, R4 verändern, wobei die Änderung der Werte der Widerstände R2, R3, wenn diese beiden Widerstände R2, R3 mit einer Kraft belastet werden, einem Wert -ΔR entspricht, und wobei die Änderung der Werte der Widerstände R1, R4, wenn diese beiden Widerstände R1, R4 mit einer Kraft belastet werden, einem Wert ΔR entspricht. Somit werden die Werte der Widerstände so angeordnet, dass R₂ = R₃ = R - ΔR und R₁ = R₄ = R + ΔR ist. Durch Einsetzen der beiden Gleichungen R₂ = R₃ = R - ΔR und R₁ = R₄ = R + ΔR in die Formel(5) ergibt sich folgende Formel(6): $$V_{ab}=\left(\frac{R+\mathrm{\Delta }R}{R-\mathrm{\Delta }R+R+\mathrm{\Delta }R}-\frac{R-\mathrm{\Delta }R}{R-\mathrm{\Delta }R+R+\mathrm{\Delta }R}\right)\times V_{in}=\left(\frac{R+\mathrm{\Delta }R}{2R}-\frac{R-\mathrm{\Delta }R}{2R}\right)\times V_{in}=\frac{\mathrm{\Delta }R}{R}\times V_{in}$$

  
• Nachdem V_ab durch einen Instrumentenverstärker 71 G-fach vergrößert worden ist, kann die Ausgangsspannung V_o gemäß der folgenden Formel (7) berechnet werden: $${\text{V}}_{\text{o}}=\text{G}\times {\text{V}}_{\text{ab}}$$

  
• Die Dehnung des Balkens 51, die durch Einwirken eines Drehmoments auf den Balken 51 erzeugt wird, ist durch die Gleichung ΔR/R = GF × ε definiert, wobei das Verhältnis zwischen der Dehnung und der Ausgangsspannung durch die nachfolgende Formel(8) definiert ist: $${\text{V}}_{\text{o}}=\text{G}\times \text{GF}\times \mathrm{\epsilon }\times {\text{V}}_{\text{in}}$$

  
• Dabei definiert GF einen Dehnungskoeffizienten. Nachdem die Ausgangsspannung V_o durch einen Gleichrichter 72 gleichgerichtet wurde, wird sie an eine Wertsteuereinheit (MCU) 73 weitergeleitet, wobei die Veränderung der Ausgangsspannung V_o somit die Dehnung ε des Balkens 51, die durch das Einwirken eines Drehmoments auf den Balken 51 induziert wird, definiert. Die ermittelte Dehnung ε wird im Weiteren in einen genauen Messwert des Drehmoments für die Übertragung zwischen der Antriebswelle 20 und dem innenverzahnten Hohlrad 415 konvertiert und umgerechnet.
• Was Aufbauten mit einer unterschiedlichen Anzahl an eingesetzten Dehnungsmessstreifen 60 betrifft, sei darauf hingewiesen, dass eine Änderung bei der Verwendung von vier Dehnungsmessstreifen zweimal so groß ist wie die Änderung bei der Verwendung von zwei Dehnungsmessstreifen und etwa viermal so groß ist wie die Änderung bei der Verwendung von nur einem Dehnungsmessstreifen. Somit gilt bei der vorliegenden Erfindung, dass der Wert des durch Konversion ermittelbaren Drehmoments umso präziser ist, je größer die Anzahl der eingesetzten Dehnungsmessstreifen 60 ist. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass die Anzahl der eingesetzten Dehnungsmessstreifen 60 aus diesem Grund nicht auf vier beschränkt ist.
• Wie in 9 und 10 gezeigt ist, erstrecken sich die Balken 51 der Drehmomentsensorscheibe 50 vom Befestigungssitz 52, wobei die zweiten Enden 51b der Balken 51, die zur Aufnahme der Tangentialkraft F1 des innenverzahnten Hohlrades der ersten Stufe 415 dienen, verschiebbar oder fest mit dem Drehhalter 53 verbunden sein können. Wie in 9 gezeigt ist, sind am Drehhalter 53 mehrere Sperrstifte 533 angeordnet, wobei die Anzahl der Sperrstifte 533 zweimal so groß wie die Anzahl der eingesetzten Balken 51 ist. Die Sperrstifte 533 sind jeweils an beiden Seiten der Balken 51 angeordnet, sodass der entsprechende Balken 51 verschiebbar zwischen je zwei korrespondierenden Sperrstiften 533 angeordnet ist. Der Drehhalter 53 fixiert die Balken 51 über den Sperrstiften 533, sodass der Drehhalter 53, wenn sich dieser dreht, die Balken 51 zum Bewegen bringen kann, wobei sich die Balken 51 biegen und verformen. Wie in 10 gezeigt ist, ist es möglich, dass die Drehmomentsensorscheibe 50 einteilig aus dem Befestigungssitz 52, dem Drehhalter 53 und den Balken 51 ausgebildet ist. Somit wird ermöglicht, dass durch eine Drehung des Drehhalters 53 eine Bewegung der Balken 51 erzeugt werden kann, sodass sich die Balken 51 verformen.
• 12 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Achsrotations-Drehmomentsensors zur Erfassung eines Drehmoments gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei sich die Ausgestaltung des zweiten Ausführungsbeispiels von der des ersten Ausführungsbeispiels dadurch unterscheidet, dass im zweiten Ausführungsbeispiel nur ein Planetengetriebe 40 vorgesehen ist, wobei sich ein Ende der Antriebswelle 20 in das Gehäuse 10 erstreckt und axial mit einem Sonnenrad 401 des Planetengetriebes 40 verbunden ist, wobei die Abtriebswelle 30 über die Planetenradscheibe 404 des Planetengetriebes 40 mit mehreren Planetenrädern 402 des Planetengetriebes 40 verbunden ist, wobei die besagten Planetenräder um das Sonnenrad 401 herum angeordnet sind und mit dem Sonnenrad 401 in Eingriff stehen, wobei ein innenverzahntes Hohlrad 405 des Planetengetriebes 40 um das Sonnenrad 401 und die Planetenräder 402 herum angeordnet sind, wobei das Sonnenrad 401 und das innenverzahnte Hohlrad 405 jeweils mit den Planetenrädern 402 in Eingriff stehen. Genauer gesagt sind die Planetenräder 402 über eine Planetenradachse 403 an einer Planetenradscheibe 404 drehbar gelagert. Die Planetenradscheibe 404 erstreckt sich von der Abtriebswelle 30, d.h. die Abtriebswelle 30 und die Planetenradscheibe 404 sind koaxial und einteilig ausgebildet. Ferner ist es auch möglich, die Objekte, die axial mit der Antriebswelle 20 bzw. der Abtriebswelle 30 verbunden sind, zu vertauschen. Konkret gesagt heißt das, dass die Antriebswelle 20 mit der Planetenradscheibe 404 und die Abtriebswelle 30 mit dem Sonnenrad 401 axial verbunden wird. Somit können die anzutreibenden Objekte sowie deren Reihenfolge vom Antrieb bis zum Abtrieb leicht gewechselt werden.
• Gemäß der vorstehenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist realisierbar, dass die Empfindlichkeit, mit der sich jeweils ein Endteil eines entsprechenden streifenförmigen Balkens 51 in einem Zustand verformt, in dem dieses unter Einwirkung einer Kraft verschoben wird, größer ist, wobei sich der Dehnungsmessstreifen 60 mit dem Balken 51 verformt, sodass die Messgenauigkeit der Messung eines Drehmoments durch den Dehnungsmessstreifen 60 auf diese Weise erhöht werden kann. Ferner sind die Balken 51 so angeordnet, dass sie jeweils parallel zur Achse der Antriebswelle 20 und nicht in Radialrichtung der Antriebswelle 20 verlaufen, wobei diese Ausgestaltung eine effektive Verringerung des radialen Platzbedarfs eines Anwendungselements, einer Anwendungseinrichtung oder eines Drehmomentsensors gewährleistet und somit einen vorteilhaften Effekt in Bezug auf den Stand der Technik bereitstellt.
• Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben worden ist, ist für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können ohne hierzu den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Die Offenbarung der vorliegenden Erfindung schließt sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
• Bezugszeichenliste

10

Gehäuse

11

Schraube

20

Antriebswelle

21, 31

Lager

22, 32

Endteil

30

Abtriebswelle

40

Planetengetriebe

401

Sonnenrad

402

Planetenrad

403, 413, 423

Planetenradachse

404

Planetenradscheibe

405

innenverzahntes Hohlrad

41

Planetengetriebe der ersten Stufe

411

Sonnenrad der ersten Stufe

412

Planetenrad der ersten Stufe

414

Planetenradscheibe der ersten Stufe

415

innenverzahntes Hohlrad der ersten Stufe

416

Aussparung

42

Planetengetriebe der zweiten Stufe

421

Sonnenrad der zweiten Stufe

422

Planetenrad der zweiten Stufe

424

Planetenradscheibe der zweiten Stufe

50

Drehmomentsensorscheibe

51

Balken

51a

erstes Ende

51b

zweites Ende

51c

erste Stirnseite

51d

zweite Stirnseite

52

Befestigungssitz

521, 531

Durchgangsöffnung

53

Drehhalter

532

Vorsprung

533

Sperrstift

54

Sockel

55

Lagerhalter

60

Dehnungsmessstreifen

70

Brückenschaltung

71

Instrumentenverstärker

72

Gleichrichter

73

Wertsteuereinheit

80

Antriebsmotor

81

Antriebsachse

90

Werkzeugadapter

C

Mittelachsenlinie

D

Radiallinie

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Patentliteratur
• US 5172774 A [0003, 0006]
• US 8302702 B2 [0003, 0008]
• US 20100139432 A1 [0003, 0007]
• US 20150135856 A1 [0003, 0009]
• TW M451316 U [0003]
• TW M417320 U [0003, 0010]
• US 20150135856 [0009]
• TW M451316 [0010]

Claims (12)

1. Achsrotations-Drehmomentsensor zur Erfassung eines Drehmoments, umfassend: - eine Antriebswelle (20) und eine Abtriebswelle (30), die entlang einer Mittelachsenlinie (C) beabstandet voneinander angeordnet sind, und - ein Planetengetriebe (40), das entlang der Mittelachsenlinie (C) zwischen der Antriebswelle (20) und der Abtriebswelle (30) angeordnet ist, wobei die Antriebswelle (20) mit einem Sonnenrad (401) des Planetengetriebes (40) axial verbunden ist, wobei die Abtriebswelle (30) über eine Planetenradscheibe (403) mit mehreren Planetenrädern (402) des Planetengetriebes (40) verbunden ist, wobei eine Drehmomentsensorscheibe (50) mit einem innenverzahnten Hohlrad (405) des Planetengetriebes (40) verbunden ist, wobei die Drehmomentsensorscheibe (50) mehrere parallel zur Mittelachsenlinie verlaufende, streifenförmige Balken (51) aufweist, wobei an jeder der gegenüberliegenden Seiten der Balken (51) eine parallel zur Mittelachsenlinie (C) verlaufende radiale Stirnseite (51c; 51d) ausgebildet ist, wobei an mindestens einer der beiden Stirnseiten (51c, 51d) mindestens ein Dehnungsmessstreifen (60) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (20) derart konfiguriert ist, dass diese über das Planetengetriebe (40) die Abtriebswelle (30) zu einer Drehung antreiben kann und eine Tangentialkraft erzeugt, durch die das innenverzahnte Hohlrad (405) so angetrieben wird, dass es sich entlang des Umfangs der Mittelachsenlinie (C) dreht, wobei die Balken (51) der Drehmomentsensorscheibe (50) die Tangentialkraft, mit der das innenverzahnte Hohlrad (405) belastet wird, aufnehmen und sich dadurch in der Drehrichtung entlang des Umfangs verformen, wobei der mindestens eine Dehnungsmessstreifen (60) die Verformung erfasst und sich entsprechend dehnt, wobei der Dehnungswert erfasst wird und einen Messwert für das Drehmoment bei der Übertragung zwischen der Antriebswelle (20) und der Abtriebswelle (30) definiert.
2. Drehmomentsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentsensorscheibe (50) einen Befestigungssitz (52) und einen Drehhalter (53) umfasst, wobei sich die Balken (51) zwischen dem Befestigungssitz (52) und dem Drehhalter (53) befinden.
3. Drehmomentsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehmomentsensorscheibe (50) einteilig aus dem Befestigungssitz (52), den Balken (51) und dem Drehhalter (53) ausgebildet ist.
4. Drehmomentsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Balken (51) vom Befestigungssitz (52) erstrecken und jeweils das von dem Befestigungssitz (52) abgewandte Ende jedes Balkens (51) am Drehhalter (53) angebracht ist.
5. Drehmomentsensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte des Befestigungssitzes (52) und des Drehhalters (53) jeweils eine Durchgangsöffnung (521, 531) ausgebildet ist, wobei die Antriebswelle (20) durch die Durchgangsöffnungen (521, 531) hindurchgeführt und mit dem Sonnenrad (401) axial verbunden ist.
6. Drehmomentsensor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (20) mit dem Befestigungssitz (52) und/ oder dem Drehhalter (53) drehbar verbunden ist.
7. Drehmomentsensor nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der an jedem Balken (51) angebrachten Dehnungsmessstreifen (60) zwei beträgt, wobei die beiden Dehnungsmessstreifen (60) einander gegenüberliegend an zwei entsprechenden Stirnseiten (51c, 51d) des Balkens (51) angeklebt sind.
8. Drehmomentsensor nach Anspruch 1, bei welchem das Planetengetriebe umfasst: - ein Planetengetriebe der ersten Stufe (41), wobei die Antriebswelle (20) mit einem Sonnenrad der ersten Stufe (411) des Planetengetriebes der ersten Stufe (41) axial verbunden ist, wobei an einer Planetenradscheibe der ersten Stufe (414) des Planetengetriebes der ersten Stufe (41) mehrere Planetenräder der ersten Stufe (412) drehbar gelagert sind, die um das Sonnenrad der ersten Stufe (411) herum angeordnet sind und mit dem Sonnenrad der ersten Stufe (411) in Eingriff stehen, wobei ein innenverzahntes Hohlrad der ersten Stufe (415) des Planetengetriebes der ersten Stufe (41) mit der Drehmomentsensorscheibe (50) verbunden ist, und - ein Planetengetriebe der zweiten Stufe (42), das ein Sonnenrad der zweiten Stufe (421) aufweist, das mit der Mitte der Planetenradscheibe der ersten Stufe (414) axial verbunden ist, wobei die Abtriebswelle (30) über eine Planetenradscheibe der zweiten Stufe (424) des Planetengetriebes der zweiten Stufe (42) mit mehreren Planetenrädern der zweiten Stufe (422) des Planetengetriebes der zweiten Stufe (42) verbunden ist, wobei die Planetenräder der zweiten Stufe (422) um das Sonnenrad der zweiten Stufe (421) herum angeordnet sind und mit dem Sonnenrad der zweiten Stufe (421) in Eingriff stehen, wobei die Planetenräder der ersten Stufe (412) und die Planetenräder der zweiten Stufe (422) jeweils mit dem innenverzahnten Hohlrad der ersten Stufe (415) in Eingriff stehen.
9. Drehmomentsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Planetenradscheibe der zweiten Stufe (424) von der Abtriebswelle (30) erstreckt.
10. rehmomentsensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt, mit dem die Antriebswelle (20) axial verbunden ist, und das Objekt, mit dem die Abtriebswelle (30) verbunden ist, gegeneinander ausgetauscht sind.
11. rehmomentsensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Planetenradscheibe (404) von der Abtriebswelle (30) erstreckt.
12. rehmomentsensor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt, mit dem die Antriebswelle (20) axial verbunden ist, und das Objekt, mit dem die Abtriebswelle (30) verbunden ist, gegeneinander ausgetauscht sind.

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