Stand der TechnikState of the art
Aus der älteren deutschen Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 10 2017 202 507.7 wird durch die Veröffentlichung jener Anmeldung eine Vorrichtung bekannt geworden sein, die derartig ausgeführt ist, dass sich unter der Last eines Antriebsmoments eine axiale Verschiebung eines Bauteils ergibt, die als Maß bzw. Wert im Verhältnis zum aufgebrachten Drehmoment steht. Das heißt, dass auf Grund der konstruktiven Eigenschaften aus der Verschiebung auf das Drehmoment geschlossen werden kann. Zwecks Verbesserung des Ergebnisses, d. h. der Messgenauigkeit dieser Vorrichtung, ist vorgesehen, Maßnahmen vorzuschlagen.From the older one German patent application with the file number 10 2017 202 507.7 a device will be known from the publication of that application, which is designed such that there is an axial displacement of a component under the load of a drive torque, which is a measure or value in relation to the applied torque. This means that due to the design properties, the torque can be deduced from the shift. In order to improve the result, ie the measuring accuracy of this device, measures are proposed.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Verbesserung der Messgenauigkeit der Vorrichtung reibungsvermindernde Mittel verwendet werden. Dabei ist gemäß einem weiteren Gesichtspunkt vorgesehen, dass zwischen einem ersten Kupplungsteil und einem zweiten Kupplungsteil Wälzkörper angeordnet sind. Durch die Verwendung von Wälzkörpern wird eine besonders geringe Reibung zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil ermöglicht. Ganz besonders ist dabei vorgesehen, dass die Wälzkörper Kugeln sind. Das Anordnen von Kugeln als Wälzkörper hat den Vorteil, dass aufgrund ihrer Symmetrieeigenschaften kein Verklemmen zu erwarten ist. Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass insbesondere im Zusammenhang mit einer Kupplung - aufweisend das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil, wobei deren Verzahnung einen axialen Hub des zweiten Kupplungsteils relativ zum ersten Kupplungsteil ermöglicht - der axiale Hub kleiner gleich dem 1,7-fachen eines Kugeldurchmessers ist. Dies führt dazu, dass die sich einigermaßen frei in der Fuge zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil bzw. der Verzahnung befindlichen Kugeln nicht klemmen können. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist vorgesehen, dass in mindestens einem Kupplungsteil eine Führung für die Wälzkörper eingearbeitet ist. Eine derartige Anordnung hat den Vorteil, dass durch eine derartige Führung erreicht werden kann, dass die Wälzkörper bzw. die Kugeln in ihrer Bahn einfach geführt werden können. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt und Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die reibungsvermindernden Mittel ein Magnetfeld umfassen. Durch ein derartiges Magnetfeld kann sogar erreicht werden, dass das erste Kupplungsteil und das zweite Kupplungsteil berührungsfrei wechselwirken, weil eine Kraft zwischen dem ersten und dem zweiten Kupplungsteil im Idealfall berührungsfrei nur über das Magnetfeld übertragen wird. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass sich in einer Fuge bzw. einem Spalt im Weg der Kraftübertragung zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil gleichpolige Magnetpole gegenüberstehen. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Federmittel, gegen das das zweite Kupplungsteil drückbar ist, ein steuerbares Federmittel ist. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Überwindung eines hysteresebedingten Haftreibungsproblems ein Fluiddruck der pneumatischen oder hydraulischen Feder steuerbar ist.According to a first aspect of the invention, it is provided that friction-reducing means are used to improve the measuring accuracy of the device. According to a further aspect, it is provided that rolling elements are arranged between a first coupling part and a second coupling part. The use of rolling elements enables a particularly low friction between the first coupling part and the second coupling part. It is particularly provided that the rolling elements are balls. The arrangement of balls as rolling elements has the advantage that no jamming is to be expected due to their symmetry properties. Furthermore, it is proposed that, in particular in connection with a clutch - comprising the first coupling part and the second coupling part, the teeth of which enable an axial stroke of the second coupling part relative to the first coupling part - the axial stroke is less than or equal to 1.7 times a ball diameter is. The result of this is that the balls located somewhat freely in the joint between the first coupling part and the second coupling part or the toothing cannot jam. According to a further aspect, it is provided that a guide for the rolling elements is incorporated in at least one coupling part. Such an arrangement has the advantage that it can be achieved by such a guide that the rolling elements or the balls can be easily guided in their path. According to a further aspect and exemplary embodiment, it is provided that the friction-reducing means comprise a magnetic field. Such a magnetic field can even achieve that the first coupling part and the second coupling part interact without contact, because ideally a force between the first and the second coupling part is transmitted without contact only via the magnetic field. In particular, it is provided that in a joint or a gap in the path of the force transmission between the first coupling part and the second coupling part there are opposed magnetic poles. According to a further aspect of the invention, it is provided that the spring means against which the second coupling part can be pressed is a controllable spring means. According to a further aspect of the invention, it is provided that a fluid pressure of the pneumatic or hydraulic spring can be controlled in order to overcome a hysteresis-related static friction problem.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung und den Figuren.Further advantages result from the detailed description and the figures.
Es zeigen:
- 1 eine Vorrichtung eines Drehmomentsensors, von der die Erfindung ausgeht,
- 2 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
- 4 eine prinzipielle Darstellung einer Kupplung für ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung eines Drehmomentsensors,
- 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung unter Anwendung des Prinzips, welches in 4 dargestellt ist,
- 6 die Fuge des Ausführungsbeispiels aus 4 und prinzipiell auch aus 5 und deren Kupplung in einem Ausgangszustand, in dem keine Kraft übertragen wird,
- 7 die Vorrichtung aus 6 in einem Übertragungszustand,
- 8 eine Ansicht in drehaxialer Richtung auf ein Kupplungsteil der Vorrichtung aus 4,
- 9, 10, 11, 12 mehrere Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels,
- 13 ein weiteres Ausführungsbeispiel,
- 14 ein Diagramm zu einem Hystereseproblem der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Show it: - 1 a device of a torque sensor from which the invention is based,
- 2 a first embodiment of a device according to the invention,
- 3 a second embodiment of a device according to the invention,
- 4 2 shows a basic illustration of a clutch for a further exemplary embodiment of a device according to the invention of a torque sensor,
- 5 a further embodiment of a device according to the invention using the principle which in 4 is shown
- 6 the joint of the embodiment 4 and in principle also from 5 and their clutch in an initial state in which no power is transmitted,
- 7 the device 6 in a transmission state,
- 8th a view in the rotational axial direction of a coupling part of the device 4 .
- 9 . 10 . 11 . 12 several views of a further embodiment,
- 13 another embodiment,
- 14 a diagram of a hysteresis problem of the device according to the invention.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile.The same reference numerals designate the same components.
In 1 ist eine Antriebsvorrichtung 10 dargestellt. Diese Antriebsvorrichtung 10 weist eine erste Welle 13 auf, die eine Antriebswelle ist. Über zumindest ein Antriebselement - hier beispielhaft und nicht einschränkend Kurbelarme 15, 16 - kann und wird auf die erste Welle 13 ein Antriebsmoment M13 übertragen werden. Die erste Welle 13 dreht um eine Drehachse 18. Ferner wird eine axiale Fixierung bevorzugt, damit sich die Welle 13 axial nicht verlagert. Dazu wird die Welle 13 durch ein hier nicht gezeigtes Lager in Bezug auf eine Lageraufnahme 25 - bspw. Rahmen bzw. Fahrradrahmen - geführt.In 1 is a drive device 10 shown. This drive device 10 exhibits a first wave 13 on which is a drive shaft. Via at least one drive element - here, by way of example and not by way of limitation, crank arms 15 . 16 - can and will on the first wave 13 a driving torque M13 be transmitted. The first wave 13 turns one axis of rotation 18 , Furthermore, an axial fixation is preferred so that the shaft 13 axially not shifted. For this the wave 13 by a bearing, not shown here, in relation to a bearing holder 25 - e.g. frame or bicycle frame - guided.
Die erste Welle 13 weist ein erstes Kupplungsteil 20 auf, das mit einem zweiten Kupplungsteil 21 zusammenwirkt. Das zweite Kupplungsteil 21 ist mit einer zweiten Welle 23 gekoppelt bzw. einstückig ausgeführt. Eine axiale Lage der Welle 13 innerhalb der zweiten Welle 23 ist in eine Richtung durch einen Anschlag gesichert. Der Anschlag ist bevorzugt durch eine Seitenfläche, insbesondere eines Sicherungselements 24 verwirklicht. Die erste Welle 13 weist einen Gegenanschlag auf. Die zweite Welle 23 ist in einer Lageraufnahme 25 gelagert. Die zweite Welle 23 ist in der Lageraufnahme 25 bevorzugt nicht axial verschiebbar sondern axial unbeweglich aufgenommen, wie dies nach dem Ausführungsbeispiel nach 1 auch der Fall ist. Zwischen der zweiten Welle 23 und der Lageraufnahme 25 können spezielle Lagermittel, wie beispielsweise Wälzlager vorgesehen sein. Diese sind hier nicht dargestellt. Das erste Kupplungsteil 20 ist ein Außengewinde mit Außenzähnen 27 und Außennuten 28 und als solches als Schrägverzahnung bzw. Schraubgewinde ausgeführt. Das zweite Kupplungsteil 21 ist in diesem Fall ein mit dem ersten Kupplungsteil 20 kämmendes Innengewinde mit Innenzähnen 29 und Innennuten 30. Die Innennuten 30 und die Innenzähne 29 kämmen in bekannter Weise mit den Außenzähnen 27 und in Außennuten 28. Das Kämmen des ersten Kupplungsteils 20 mit dem zweiten Kupplungsteil 21 unter besonderer Berücksichtigung der Schrägverzahnung führt dazu, dass auf ein Federelement 31 eine Axialkraft bewirkt wird. Die Axialkraft, welche auf das Federelement 31 bewirkt wird, führt zwangsläufig zu einer Gegenkraft des Federelements 31 und gleichzeitig zu einer axialen Kompression des Federelements 31. Dieses Federelement 31 ist zwischen einer Stirnfläche 33 der ersten Welle 13 und einer Stirnfläche 34 angeordnet. Die Stirnfläche 34 ist an der zweiten Welle 23 ausgeführt. Das Komprimieren des Federelements 31 unter der erwähnten Axialkraft führt zu einer Verringerung des Abstands zwischen der Stirnfläche 33 und der Stirnfläche 34. Durch ein hier nicht dargestelltes Sensorelement ist es möglich, genau diese Wegänderung aus einer Ursprungslage ( 1) der ersten Welle 13 heraus in eine Betriebslage der ersten Welle 13 relativ zu der zweiten Welle 23 zu ermitteln. Diese Betriebslage bzw. der Unterschied zwischen Ruhelage, d. h. Ursprungslage, und Betriebslage ist ein Kompressionsweg des Federelements 31. Entsprechend den bekannten Zusammenhängen zwischen dem komprimierten Federelement 31, dessen bekannter Federsteifigkeit, dem komprimierten Weg (zurückgelegter Weg der Stirnfläche 33 bzw. Längenänderung des Federelements) des Federelements 31 und den geometrischen Gegebenheiten (Schrägverzahnung, Schrägverzahnungswinkel) wird mittels einer Berechnungseinheit daraus die Größe des Antriebsmoments M13 ermittelt bzw. berechnet werden. Ein Problem bei einer derartigen Vorrichtung ist, dass das übertragene Drehmoment M13 die axiale Verschiebung der ersten Welle 13 verursacht. Diese Verschiebung und Verdrehung ist mit Reibung im Gewinde bzw. zwischen den Kupplungsteilen 20, 21 behaftet. Diese Reibung verfälscht den gewünschten eindeutigen Zusammenhang zwischen dem Drehmoment M13 und der axialen Auslenkung, d. h. Verschiebung der ersten Welle 13, d. h. dem Kompressionsweg des Federelements 31 unter der Axialkraft.The first wave 13 has a first coupling part 20 on that with a second coupling part 21 interacts. The second coupling part 21 is with a second wave 23 coupled or made in one piece. An axial position of the shaft 13 within the second wave 23 is secured in one direction by a stop. The stop is preferably through a side surface, in particular a securing element 24 realized. The first wave 13 has a counterstop. The second wave 23 is in a warehouse 25 stored. The second wave 23 is in the warehouse 25 preferably not axially displaceable but axially immovable, as is the case according to the exemplary embodiment 1 is also the case. Between the second wave 23 and inventory 25 special bearing means, such as rolling bearings, can be provided. These are not shown here. The first coupling part 20 is an external thread with external teeth 27 and external grooves 28 and designed as such as helical gearing or screw thread. The second coupling part 21 is in this case with the first coupling part 20 intermeshing internal thread with internal teeth 29 and internal grooves 30 , The inner grooves 30 and the inner teeth 29 comb the external teeth in a known manner 27 and in external grooves 28 , Combing the first coupling part 20 with the second coupling part 21 with special attention to the helical toothing leads to a spring element 31 an axial force is caused. The axial force on the spring element 31 is caused, inevitably leads to a counterforce of the spring element 31 and at the same time an axial compression of the spring element 31 , This spring element 31 is between an end face 33 the first wave 13 and an end face 34 arranged. The face 34 is on the second wave 23 executed. Compressing the spring element 31 under the mentioned axial force leads to a reduction in the distance between the end face 33 and the face 34 , A sensor element (not shown here) makes it possible to precisely change this path from an original position ( 1 ) of the first wave 13 out into a first wave operating position 13 relative to the second wave 23 to investigate. This operating position or the difference between the rest position, ie the original position, and the operating position is a compression path of the spring element 31 , According to the known relationships between the compressed spring element 31 , whose known spring stiffness, the compressed path (distance covered by the end face 33 or change in length of the spring element) of the spring element 31 and the geometric conditions (helical gearing, helical gearing angle), the size of the drive torque is calculated using a calculation unit M13 can be determined or calculated. A problem with such a device is that the transmitted torque M13 the axial displacement of the first shaft 13 caused. This shift and twist is due to friction in the thread or between the coupling parts 20 . 21 afflicted. This friction falsifies the desired clear relationship between the torque M13 and the axial deflection, ie displacement of the first shaft 13 , ie the compression path of the spring element 31 under the axial force.
Die erste Welle 13 und die zweite Welle 23 sind somit mittels der Kupplung und damit dem ersten Kupplungsteil 20 und dem zweiten Kupplungsteil 21 miteinander gekoppelt. Des Weiteren sind die erste Welle 13 und die zweite Welle 23 über das Federelement 31 miteinander gekoppelt.The first wave 13 and the second wave 23 are thus by means of the coupling and thus the first coupling part 20 and the second coupling part 21 coupled with each other. Furthermore, the first wave 13 and the second wave 23 via the spring element 31 coupled with each other.
Die Kupplung mit dem ersten Kupplungsteil 20 und dem zweiten Kupplungsteil 21 kann sich entsprechend der Darstellung nach 1 in etwa in einem Mittelteil der Welle 13 befinden. Alternativ kann sich die Kupplung - ausgehend von der Darstellung nach 1 - eher nur rechts auf der Welle 13 nach links an das Federelement 31 anschließend befinden. Eine Breite der Kupplung ist Auslegungssache: Je mehr Gänge der Kupplung ineinandergreifen bzw. je länger die axiale Erstreckung der Kupplung ist, desto geringer kann eine Flächenpressung in der Kupplung sein. Eine Haltbarkeit kann dadurch beeinflusst werden. Weiter alternativ kann sich die Kupplung - ausgehend von der Darstellung nach 1 - eher nur links auf der Welle 13 nach rechts an den Anschlag anschließend befinden. Das Federelement 31 kann sich dann bspw. nach links an einem Bund bzw. Anschlag auf der Welle 13 abstützen.The clutch with the first clutch part 20 and the second coupling part 21 can according to the representation 1 roughly in a middle part of the shaft 13 are located. Alternatively, the coupling can - based on the illustration 1 - rather only on the right on the wave 13 to the left of the spring element 31 then located. A width of the clutch is a matter of design: the more gears of the clutch mesh or the longer the axial extent of the clutch, the lower the surface pressure in the clutch. This can affect shelf life. Alternatively, the coupling can - based on the illustration 1 - rather only left on the wave 13 to the right after the stop. The spring element 31 can then turn to the left on a collar or stop on the shaft 13 support.
2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel. Während bei der Antriebsvorrichtung 10 nach 1 die erste Welle 13 und zweite Welle 23 mittels des ersten Kupplungsteils 20 und des zweiten Kupplungsteils 21 unmittelbar miteinander kämmen, weil Innenzähne 29 in Außennuten 28 eingreifen und weil Außenzähne 27 in Innennuten 30 eingreifen, ist im Bereich der Kupplung ein Außendurchmesser der ersten Welle 13 größer als ein Innendurchmesser der zweiten Welle 23. Demgegenüber ist beim Ausführungsbeispiel nach 2 ein Außendurchmesser der ersten Welle 13 im Bereich des ersten Kupplungsteils 20 kleiner als ein Innendurchmesser der zweiten Welle 23. Zudem stehen sich Außenzähne 27 und Innenzähne 29 sowie Innennuten 30 und Außennuten 28 direkt gegenüber. Die einander gegenüberstehenden Innennuten 30 und Außennuten 28 bilden einen gemeinsamen Nutenraum 35, in dem reibungsvermindernde Mittel 39 wirken. Hierzu sind - insbesondere zwischen dem ersten Kupplungsteil 20 und dem zweiten Kupplungsteil 21 - Wälzkörper 40, hier insbesondere in Gestalt von Kugeln, angeordnet. Bewegt sich nun unter dem Einfluss eines Antriebsmoments M13 die erste Welle 13 gegen das Federelement 31 in 2 nach rechts und legt dabei den Federweg s31 in Richtung der Drehachse 18 zurück, so wird dieser Federweg s31 durch einen Wegaufnehmer 42 erkannt, dem Federweg s31 entsprechende Signale über eine Datenleitung 43 zu einer Auswerteeinheit übermittelt und beispielsweise dort auch ein entsprechendes Drehmoment M13 rechnerisch bestimmt. Die Anordnung nach 2 zeigt somit eine Antriebsvorrichtung 10 mit einem Drehmomentsensor 46 mit einer Kupplung 48, die ein erstes Kupplungsteil 20 sowie ein zweites Kupplungsteil 21 aufweist. Die Kupplung 48 ist dabei derartig ausgeführt, dass diese zur Übertragung einer Kraft zwischen den Kupplungsteilen 20, 21 dient. Dabei ist die Kupplung 48 derartig ausgebildet, dass in dieser reibungsvermindernde Mittel 39 angeordnet sind und wirken. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass diese reibungsvermindernden Mittel 39 in einem Spalt 50 zwischen dem ersten Kupplungsteil 20 und dem zweiten Kupplungsteil 21 angeordnet sind. Es ist insbesondere vorgesehen, wie dies in 2 dargestellt ist, dass die reibungsvermindernden Mittel 39, insbesondere Wälzkörper 40, insbesondere Kugeln, sowohl in Innennuten 30 als auch in Außennuten 28 angeordnet sind. Damit dient in diesem Ausführungsbeispiel sowohl eine Innennut 30 als auch eine Außennut 28 als Führung für die reibungsvermindernden Mittel 39, insbesondere Wälzkörper 40, so dass in diesem Fall in beiden Kupplungsteilen 20, 21 eine Führung für die Wälzkörper 40 eingearbeitet ist. Es ist somit sowohl in dem ersten Kupplungsteil 20 als auch in dem zweiten Kupplungsteil 21 die jeweilige Führung eine Nut, d. h. hier eine Innennut 30 bzw. Außennut 28. Insbesondere wird bei einer Innennut 30 eine Führung in axialer Richtung durch Seitenwände 51 eines Innenzahns 29 gebildet bzw. dargestellt. Insbesondere bei der Führung in der Außennut 28 wird eine Führung in axialer Richtung durch Seitenwände 52 der Außenzähne 27 gebildet bzw. dargestellt. 2 shows the first embodiment. While with the drive device 10 to 1 the first wave 13 and second wave 23 by means of the first coupling part 20 and the second coupling part 21 comb immediately because of internal teeth 29 in external grooves 28 engage and because external teeth 27 in internal grooves 30 engage, there is an outer diameter of the first shaft in the area of the coupling 13 larger than an inner diameter of the second shaft 23 , In contrast, in the embodiment according to 2 an outer diameter of the first shaft 13 in the area of the first coupling part 20 smaller than an inner diameter of the second shaft 23 , There are also external teeth 27 and inner teeth 29 as well as internal grooves 30 and external grooves 28 directly opposite. The opposing internal grooves 30 and external grooves 28 form a common groove space 35 , in the friction reducing agent 39 Act. For this purpose - especially between the first coupling part 20 and the second coupling part 21 - rolling elements 40 , here in particular in the form of balls, arranged. Now moves under the influence of a drive torque M13 the first wave 13 against the spring element 31 in 2 to the right, setting the travel s31 in the direction of the axis of rotation 18 back, so will this travel s31 by a displacement sensor 42 recognized the travel s31 corresponding signals via a data line 43 transmitted to an evaluation unit and, for example, there also a corresponding torque M13 determined by calculation. The order after 2 thus shows a drive device 10 with a torque sensor 46 with a clutch 48 that a first coupling part 20 and a second coupling part 21 having. The coupling 48 is designed such that it transmits a force between the coupling parts 20 . 21 serves. Here is the clutch 48 trained in such a way that friction-reducing agents 39 are arranged and act. In particular, it is provided that these friction-reducing means 39 in a crack 50 between the first coupling part 20 and the second coupling part 21 are arranged. It is particularly envisaged as in 2 it is shown that the friction-reducing agent 39 , especially rolling elements 40 , especially balls, both in internal grooves 30 as well as in external grooves 28 are arranged. This serves both an inner groove in this embodiment 30 as well as an external groove 28 as a guide for the friction-reducing means 39 , especially rolling elements 40 , so in this case in both coupling parts 20 . 21 a guide for the rolling elements 40 is incorporated. It is thus both in the first coupling part 20 as well as in the second coupling part 21 the respective guide has a groove, ie here an inner groove 30 or external groove 28 , In particular, with an inner groove 30 a guide in the axial direction through side walls 51 an internal tooth 29 formed or represented. Especially when guiding in the outer groove 28 becomes a guide in the axial direction through side walls 52 the external teeth 27 formed or represented.
3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10 mit einem Drehmomentsensor 46. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt eine erste Welle 13, die hier nicht als durchgehende Welle ausgebildet ist, sondern als zapfenartige Welle 13 in einer topfförmigen zweiten Welle 23 eingesetzt ist. Die erste Welle 13 - hier als Innenwelle - weist einen Außenzahn 27 auf, der spiralartig einen Teil der Oberfläche der ersten Welle 13 bildet. Zwischen den einzelnen Windungen des Außenzahns 27 befindet sich eine Innennut 30, die einen halbkreisförmigen Querschnitt aufweist. Die zweite Welle 23 - hier als Außenwelle bzw. Hohlwelle - hat eine topfartige Gestalt, da dieser eine Boden 54 als abschließendes Element der insgesamt rohrartigen Konstruktion der zweiten Welle 23 aufweist. Die zu der ersten Welle 13 gerichtete Innenwand der zweiten Welle 23 weist an ihrer zur ersten Welle 13 gerichteten Seite einen Innenzahn 29 auf, der ebenfalls spiralartig umläuft. Zwischen den einzelnen Windungen des Innenzahns 29 befindet sich in analoger Weise zur ersten Welle 13 eine Innennut 30. Auch diese Innennut 30 weist einen im Wesentlichen halbkreisförmigen Querschnitt auf. In die Innennut 30 und in die Außennut 28 greifen mehrere Wälzkörper 40, hier in der Gestalt von Kugeln, gemeinsam ein. Eine Drehung der ersten Welle 23 um die Drehachse 18 mit dem Drehmoment M13 führt zu einem Komprimieren des Federelements 31, beispielsweise um den Federweg s31. Auch hier wird über einen Wegaufnehmer 42, eine Datenleitung 43 und eine Auswerteeinheit 44 das Antriebsmoment M13 ermittelt. Damit die Feder 31 vorzugsweise nicht auf Block geht und sich dieser Drehmomentsensor 46 nicht nichtlinear verhält, ist vorzugsweise ein Anschlag 56 an der ersten Welle 13 ausgebildet, der vorzugsweise dazu geeignet ist, an einem vorzugsweise vorgesehenen Gegenanschlag 58 der zweiten Welle 23 anliegen zu können. Der Anschlag 56 und der Gegenanschlag 58 begrenzen so eine Einschraubtiefe der ersten Welle 13. Auch bei dieser Anordnung wirken zwischen dem ersten Kupplungsteil 20 und dem zweiten Kupplungsteil 21 reibungsvermindernde Mittel 39. Diese reibungsvermindernde Mittel 40 sind hier als Kugeln ausgebildet. Sowohl in das erste Kupplungsteil als auch in das zweite Kupplungsteil 21 sind hier jeweils eine Führung für die Wälzkörper 40 eingearbeitet (Außenzahn 27, Außennut 28, Innenzahn 29, Innennut 30). 3 shows a further embodiment of a drive device according to the invention 10 with a torque sensor 46 , This embodiment shows a first wave 13 , which is not designed here as a continuous shaft, but as a cone-like shaft 13 in a cup-shaped second wave 23 is used. The first wave 13 - here as an inner shaft - has an outer tooth 27 on that spirally part of the surface of the first wave 13 forms. Between the individual turns of the external tooth 27 there is an inner groove 30 , which has a semicircular cross section. The second wave 23 - here as an outer shaft or hollow shaft - has a pot-like shape, since this has a bottom 54 as the final element of the overall tubular construction of the second shaft 23 having. The first wave 13 directed inner wall of the second shaft 23 points to the first wave 13 facing side has an internal tooth 29 which also revolves like a spiral. Between the individual turns of the inner tooth 29 is located in an analogous way to the first wave 13 an inner groove 30 , This inner groove too 30 has a substantially semicircular cross section. In the inner groove 30 and into the outer groove 28 grip several rolling elements 40 , here in the form of spheres, together. A rotation of the first shaft 23 around the axis of rotation 18 with the torque M13 leads to compression of the spring element 31 , for example around the travel s31 , Here too is a displacement transducer 42 , a data line 43 and an evaluation unit 44 the drive torque M13 determined. So that the spring 31 preferably not going to block and this torque sensor 46 non-linear behavior is preferably a stop 56 on the first wave 13 formed, which is preferably suitable on a preferably provided counter-stop 58 the second wave 23 to be able to. The attack 56 and the counterstop 58 limit the screw-in depth of the first shaft 13 , With this arrangement, too, act between the first coupling part 20 and the second coupling part 21 friction reducing agents 39 , This friction-reducing agent 40 are designed as balls here. Both in the first coupling part and in the second coupling part 21 are each a guide for the rolling elements 40 incorporated (external tooth 27 , External groove 28 , Internal tooth 29 , Inner groove 30 ).
In 4 ist in einer prinzipiellen Darstellung einer Kupplung 48 eine weitere Möglichkeit dargestellt, um zwischen zwei Wellen, einer ersten Welle 13 und einer zweiten Welle 23, ein Drehmoment M13 zu übertragen. Hierzu sind ein erstes Kupplungsteil 20 und ein zweites Kupplungsteil 21 dargestellt. Die beiden Kupplungsteile 20, 21 haben im montierten Zustand zwischen sich eine ringförmige Fuge 60, in der reibungsmindernde Mittel 39 eingebracht bzw. eingesetzt sind. Diese reibungsvermindernden Mittel 39 sind hier ebenfalls Wälzkörper 40, hier insbesondere als Kugeln ausgebildet. Das erste Kupplungsteil 20 weist zum zweiten Kupplungsteil 21 hin eine wellenförmige Bahn 62 auf, die in Richtung einer Drehachse 18 Zähne 65 und zwischen Zähnen 65 Nuten 67 aufweist. Genau so weist auch das zweite Kupplungsteil 21 eine wellenförmige Bahn 62 auf, die auf die wellenförmige Bahn 62 des ersten Kupplungsteils 20 gerichtet ist. Diese wellenförmige Bahn 62 weist ebenfalls Zähne 65 und Nuten 67 auf. Zähne 65 und Nuten 67 wechseln sich am Außenumfang bzw. in Richtung des Umfangs rund um die Drehachse 18 ab. Das gilt sowohl für das erste Kupplungsteil 20 als auch für das zweite Kupplungsteil 21. Beide wellenförmige Bahnen 62 sind so zueinander angeordnet, dass die Fuge 60 bzw. ein Abstand zwischen den beiden wellenförmigen Bahnen 62 im Wesentlichen gleich groß ist (Ausgangszustand). In dieser Fuge 60 sind die erwähnten Wälzkörper 40 angeordnet. Ausgehend von diesem prinzipiellen Beispiel ist beispielsweise vorgesehen, dass von einer Rückseite 70 des zweiten Kupplungsteils eine Federkraft in Richtung zu dem ersten Kupplungsteil 20 wirkt. Zudem ist vorgesehen, dass auf das erste Kupplungsteil 20 ein Antriebsmoment M13 wirkt. Dies führt dazu, das von Antriebsflanken 73 über die Wälzkörper 40 auf Gegenantriebsflanken 75 eine Kraft, d. h. im Endeffekt ein Drehmoment, übertragen wird, das tendenziell etwas geringer (Reibungsverluste) als das Antriebsmoment M13 ist. Bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 weisen sowohl das erste Kupplungsteil 20 als auch das zweite Kupplungsteil 21 jeweils eine wellenförmige Bahn 62 mit insgesamt sechs Zähnen 65 und sechs Nuten 67 auf.In 4 is a schematic representation of a clutch 48 Another way is shown to switch between two waves, a first wave 13 and a second wave 23 , a torque M13 transferred to. For this purpose, a first coupling part 20 and a second coupling part 21 shown. The two coupling parts 20 . 21 have an annular joint between them when assembled 60 , in the anti-friction agent 39 are introduced or inserted. These friction-reducing agents 39 are rolling elements here too 40 , here in particular formed as balls. The first coupling part 20 points to the second coupling part 21 towards a wavy path 62 on that in the direction of an axis of rotation 18 teeth 65 and between teeth 65 groove 67 having. This is exactly how the second coupling part points 21 a wavy path 62 on that on the undulating path 62 of the first coupling part 20 is directed. This wavy path 62 also has teeth 65 and grooves 67 on. teeth 65 and grooves 67 alternate on the outer circumference or in the direction of the circumference around the axis of rotation 18 from. This applies to both the first coupling part 20 as well as for the second coupling part 21 , Both wavy tracks 62 are like this to each other arranged that the fugue 60 or a distance between the two wavy tracks 62 is essentially the same size (initial state). In this fugue 60 are the rolling elements mentioned 40 arranged. Starting from this basic example, it is provided, for example, that from a rear side 70 of the second coupling part a spring force in the direction of the first coupling part 20 acts. It is also provided that on the first coupling part 20 a driving torque M13 acts. This leads to that of drive flanks 73 over the rolling elements 40 on counter drive flanks 75 a force, i.e. ultimately a torque, is transmitted, which tends to be slightly lower (friction losses) than the drive torque M13 is. In the embodiment according to 4 have both the first coupling part 20 as well as the second coupling part 21 one wavy path each 62 with a total of six teeth 65 and six grooves 67 on.
Im Ausführungsbeispiel nach 5 ist das in 4 beschriebene Prinzip angewandt. Die erste Welle 13 ist mit dem ersten Kupplungsteil 20 drehfest verbunden und treibt über das erste Kupplungsteil 20 und reibungsvermindernde Mittel 39, hier in Gestalt von Kugeln als Wälzkörper 40, das zweite Kupplungsteil 21 an. Dieses zweite Kupplungsteil 21 gleitet auf einem Abschnitt der ersten Welle 13 und ist mit der zweiten Welle 23 gekoppelt, insbesondere fest verbunden, insbesondere einstückig ausgeführt. Diese zweite Welle 23, hier praktisch auch das zweite Kupplungsteil 21, gleitet mit einer Ausnehmung 80 auf einem Abschnitt der Welle 13 und umgekehrt die Welle 13 in dem zweiten Kupplungsteil 21. Unter dem Einfluss des antreibenden Moments M13 drückt das erste Kupplungsteil 20 gegen die reibungsvermindernde Mittel 39 (Wälzkörper 40) und mit diesen gegen das zweite Kupplungsteil 21. Das erste Kupplungsteil 20 rückt dabei mit der damit verbundenen Welle 13 in Pfeilrichtung gegen die Feder 31 aus und drückt diese zusammen. Das zweite Kupplungsteil 21 ist dabei zwangsweise über ein hier nicht dargestelltes Führungsteilepaar (bspw. Nut und Feder) geradlinig in einer dritten Welle 83 geführt, bewegt sich daher geradlinig in der dritten Welle 83 und rotiert mit dieser nicht mit. Daher wird das erste Kupplungsteil 20 gegen das Federelement 31 gedrückt und legt dabei, wie bei den Ausführungsbeispielen zuvor, den Federweg s31 zurück. Über diesen Federweg s31 kann dann, wie bei den vorausgegangenen Beispielen, das antreibende Moment M13 berechnet werden. in diesem Ausführungsbeispiel nach 5 wird somit ebenfalls, wie beim Ausführungsbeispiel nach 4 das Drehmoment M13 übertragen. Die Anzahl der dort vorhandenen Zähne ist bei dem ersten Kupplungsteil 20 zwei, die Anzahl der vorhandenen Nuten 67 ist hier ebenfalls zwei. Gleiches gilt für das zweite Kupplungsteil 21.In the embodiment according to 5 is that in 4 described principle applied. The first wave 13 is with the first coupling part 20 non-rotatably connected and drives via the first coupling part 20 and friction reducing agents 39 , here in the form of balls as rolling elements 40 , the second coupling part 21 on. This second coupling part 21 slides on a section of the first wave 13 and is with the second wave 23 coupled, in particular firmly connected, in particular made in one piece. This second wave 23 , here practically also the second coupling part 21 , slides with a recess 80 on a section of the shaft 13 and vice versa the wave 13 in the second coupling part 21 , Under the influence of the driving moment M13 presses the first coupling part 20 against the friction-reducing agents 39 (rolling elements 40 ) and with them against the second coupling part 21 , The first coupling part 20 moves with the associated shaft 13 against the spring in the direction of the arrow 31 and squeezes them together. The second coupling part 21 is forcibly rectilinear in a third shaft via a pair of guide parts not shown here (for example tongue and groove) 83 guided, therefore moves in a straight line in the third wave 83 and does not rotate with it. Therefore, the first coupling part 20 against the spring element 31 pressed and thereby, as in the previous examples, sets the travel s31 back. About this travel s31 then, as in the previous examples, the driving moment M13 be calculated. in this embodiment 5 is thus also, as in the embodiment according to 4 the torque M13 transfer. The number of teeth present there is for the first coupling part 20 two, the number of grooves present 67 is also two here. The same applies to the second coupling part 21 ,
In 6 ist ein spezielles Ausführungsbeispiel, ausgehend von dem Ausführungsbeispiel nach 4, dargestellt. Während die wellenförmige Bahn 62 im Ausführungsbeispiel nach 4 im Grund einer Nut 67 einen unausgerundeten Übergang aufweist (einen winkligen, eckigen Übergang), weist das Ausführungsbeispiel nach 6 einen gerundeten Grund bzw. Übergang in der Nut 67 auf. Des Weiteren sind die Zähne 67 hier ebenfalls im Bereich ihres höchsten Punktes (Zahngrat) gerundet. Im Gegensatz dazu ist bei dem Ausführungsbeispiel nach 4 ein jeweiliger Grat eines Zahns 65 ebenfalls nicht gerundet, sondern spitz. Das Ausführungsbeispiel nach 6 hat den Vorteil, dass die Wälzkörper 40 gleichmäßiger entlang der wellenförmigen Bahn 62 abwälzen. Das führt dazu, dass eine Verdrehung, d. h. Relativverdrehung zwischen dem ersten Kupplungsteil 20 und dem zweiten Kupplungsteil 21 bei dem gleichen anliegenden Antriebsmoment M13 zwar größer ist, ein Axialversatz aber gleichbleibt. Es kann sich alles geschlossen verdrehen und so stören sich die Kugeln bzw. Wälzkörper 40 nicht gegenseitig. Dies funktioniert auf allen wellenförmigen Bahnen 62 bzw. Antriebsflanken 73 und Gegenantriebsflanken 75.In 6 is a special embodiment, based on the embodiment of 4 , shown. During the wavy path 62 in the embodiment 4 in the bottom of a groove 67 has an unrounded transition (an angled, angular transition), demonstrates the embodiment 6 a rounded bottom or transition in the groove 67 on. Furthermore, the teeth 67 here also rounded in the area of their highest point (tooth ridge). In contrast, the embodiment of FIG 4 a respective ridge of a tooth 65 also not rounded, but pointed. The embodiment according to 6 has the advantage that the rolling elements 40 more evenly along the undulating path 62 roll off. This leads to a rotation, ie relative rotation between the first coupling part 20 and the second coupling part 21 with the same applied drive torque M13 is larger, but an axial offset remains the same. Everything can twist closed and the balls or rolling elements are disturbed 40 not each other. This works on all wavy orbits 62 or drive flanks 73 and counter drive flanks 75 ,
In 7 ist das Ausführungsbeispiel nach 6 in einer Belastungssituation unter der Einwirkung eines Antriebsmoments M13 dargestellt. Dabei drückt in Bezug auf die Darstellung nach 7 das erste Kupplungsteil 20 nach links, so dass die Antriebsflanken 73 die Wälzkörper 40 gegen die Gegenantriebsflanke 75 drücken. Dies führt zwar zu einer verringerten Anzahl an Wälzkörpern 40, die in einer derartigen Situation belastet werden, dafür führt dies aber dazu, dass die Wälzkörper, die zwischen den kraftübertragenden Wälzkörpern angeordnet sind, die Wälzkörper 40.1, zwar ihre Lage in der wellenförmigen Bahn 62 nicht halten können, d. h. sie sind nicht exakt geführt, aber sie klemmen bzw. verklemmen auch nicht in der wellenförmigen Bahn 62 die beiden Kupplungsteile 20, 21. In Bezug auf die vorgenannten Ausführungsbeispiele nach 4, 5, 6 und 7 kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Wälzkörper 40 sowohl in dem ersten Kupplungsteil 20 als auch in dem zweiten Kupplungsteil 21 sowohl auf der Antriebsflanke 73 als auch der Gegenantriebsflanke 75 jeweils in einer rinnenförmigen Bahn gehalten sind. Es ist somit also vorgesehen, dass eine derartige Rinne in Umfangsrichtung über die Zähne 65 und durch die Nuten 67 führt. Eine Kraft zur Übertragung des Antriebsmoments M13 über die genannten Flanken führt somit auch sozusagen senkrecht durch die dann dort vorhandenen Rinnen.In 7 is the embodiment according to 6 in a load situation under the influence of a drive torque M13 shown. Presses down on the presentation 7 the first coupling part 20 to the left so that the drive flanks 73 the rolling elements 40 against the counter drive flank 75 to press. This leads to a reduced number of rolling elements 40 , which are loaded in such a situation, but this leads to the fact that the rolling elements, which are arranged between the force-transmitting rolling elements, the rolling elements 40.1 , their position in the undulating path 62 cannot hold, ie they are not guided exactly, but they also do not jam or jam in the undulating path 62 the two coupling parts 20 . 21 , With regard to the aforementioned embodiments 4 . 5 . 6 and 7 can be provided, for example, that the rolling elements 40 both in the first coupling part 20 as well as in the second coupling part 21 both on the drive flank 73 as well as the counter drive flank 75 are each held in a trough-shaped path. It is therefore provided that such a groove runs in the circumferential direction over the teeth 65 and through the grooves 67 leads. A force to transmit the drive torque M13 over the flanks mentioned, it also leads, so to speak, vertically through the channels then present there.
In 8 ist dargestellt, wie eine ringförmige Anordnung von Wälzkörpern 40, hier in Gestalt von Kugeln, rund um eine zentrale Welle, hier beispielsweise die erste Welle 13, angeordnet ist.In 8th is shown as an annular arrangement of rolling elements 40 , here in the form of spheres, around a central wave, here for example the first wave 13 , is arranged.
In den 9, 10, 11 und 12 sind verschiedene Ansichten eines weiteren Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Auch hier soll zwischen zwei Wellen, einer ersten Welle 13 und einer zweiten Welle 23, ein Drehmoment M13 übertragen werden. Die Kupplung 48 weist hierzu wiederum ein erstes Kupplungsteil 20 und ein zweites Kupplungsteil 21 auf. Das erste Kupplungsteil 20 ist dabei mit der ersten Welle 13 verbunden, die hier nicht dargestellt ist. Das zweite Kupplungsteil 21 ist mit der zweiten Welle 23 verbunden, die hier ebenfalls nicht dargestellt ist. Die beiden Kupplungsteile 20, 21 haben im montierten Zustand zwischen sich die ringförmige Fuge 60, in der reibungsmindernde Mittel 39 angeordnet bzw. eingesetzt sind. Diese reibungsvermindernden Mittel 39 umfassen hierbei ein magnetisches Feld 85, welches hier ein permanentmagnetisches Feld ist. Auch hier weist das erste Kupplungsteil 20 zum zweiten Kupplungsteil 21 hin eine wellenförmige Bahn 62 auf, die in Richtung einer Drehachse 18 Zähne 65 und zwischen Zähnen 65 Nuten 67 aufweist. Genauso weist auch das zweite Kupplungsteil 21 eine wellenförmige Bahn 62 auf, die auf die wellenförmige Bahn 62 des ersten Kupplungsteils 20 gerichtet ist. Diese wellenförmige Bahn 62 weist ebenfalls Zähne 65 und Nuten 67 auf. Zähne 65 und Nuten 67 wechseln sich am Außenumfang bzw. in Richtung des Umfangs rund um die Drehachse 18 ab. Das gilt sowohl für das erste Kupplungsteil 20 als auch für das zweite Kupplungsteil 21. Beide wellenförmigen Bahnen 62 sind so zueinander angeordnet, dass die Fuge 60 bzw. ein Abstand zwischen den beiden wellenförmigen Bahnen 62 im Wesentlichen gleich groß ist (Ausgangszustand). Diese Fuge 60 wird durch eine Oberfläche von Permanentmagneten 87 gebildet bzw. ist zwischen den Permanentmagneten 87. In dem Ausführungsbeispiel weist das Kupplungsteil 20 einen Träger 89 auf, der eine zum zweiten Kupplungsteil 21 gerichtete Oberfläche aufweist, welche ebenfalls aber hier nicht näher bezeichnete Zähne und Nuten aufweist. An Flanken der Zähne dieses Trägers 89 sind abschnittsweise zwischen einer Nut bzw. einem Nutgrund und einem Zahn bzw. einem Zahngrat des Trägers 89 bevorzugt je ein Permanentmagnet 87 aufgebracht, insbesondere angeklebt, d. h. befestigt. Dies ist genauso bei dem zweiten Kupplungsteil 21. Auch dort sind Permanentmagnete 87 zwischen hier nicht näher bezeichneten Zahngraten und Nutgründen eines Trägers 91 des zweiten Kupplungsteils 21 befestigt, insbesondere angeklebt. In diesem Ausführungsbeispiel sind dabei die Permanentmagnete 87 derartig ausgerichtet, dass deren Anordnung von Nordpolen und Südpolen, die in einem Permanentmagneten ausgebildet sind, so angeordnet sind, dass ein Nordpol eines jeden Permanentmagneten 87, welcher auf dem Träger 89 befestigt ist, zur Fuge ausgerichtet ist. Die Nordpole am ersten Kupplungsteil 20 sind hier mit N20 bezeichnet. Dementsprechend befindet sich zwischen einem Nordpol N20 und dem Träger 89 ein Südpol S20. Ein Aufbau des zweiten Kupplungsteils 21 gleicht diesem eben erwähnten Aufbau. Auch hier sind die Permanentmagnete 87 derartig ausgerichtet, dass ein Nordpol N21 eines Permanentmagnets 87 am zweiten Kupplungsteil 21 zur Fuge 60 orientiert ist. D. h., dass ein Südpol S21 eines solchen Permanentmagneten 87 zwischen dem Nordpol N21 und dem Träger 91 angeordnet ist. In the 9 . 10 . 11 and 12 Various views of a further exemplary embodiment of a device according to the invention are shown. Here, too, there should be between two waves, a first wave 13 and a second wave 23 , a torque M13 be transmitted. The coupling 48 in turn has a first coupling part 20 and a second coupling part 21 on. The first coupling part 20 is with the first wave 13 connected, which is not shown here. The second coupling part 21 is with the second wave 23 connected, which is also not shown here. The two coupling parts 20 . 21 have the annular joint between them in the assembled state 60 , in the anti-friction agent 39 are arranged or inserted. These friction-reducing agents 39 include a magnetic field 85 , which is a permanent magnetic field here. Here too, the first coupling part 20 to the second coupling part 21 towards a wavy path 62 on that in the direction of an axis of rotation 18 teeth 65 and between teeth 65 groove 67 having. The second coupling part also has the same 21 a wavy path 62 on that on the undulating path 62 of the first coupling part 20 is directed. This wavy path 62 also has teeth 65 and grooves 67 on. teeth 65 and grooves 67 alternate on the outer circumference or in the direction of the circumference around the axis of rotation 18 from. This applies to both the first coupling part 20 as well as for the second coupling part 21 , Both wavy tracks 62 are arranged so that the joint 60 or a distance between the two wavy tracks 62 is essentially the same size (initial state). This fugue 60 is through a surface of permanent magnets 87 formed or is between the permanent magnets 87 , In the exemplary embodiment, the coupling part 20 a carrier 89 on one to the second coupling part 21 has directed surface, but which also has teeth and grooves not specified here. On the flanks of this wearer's teeth 89 are in sections between a groove or a groove base and a tooth or a tooth ridge of the carrier 89 preferably one permanent magnet each 87 applied, in particular glued, ie fastened. This is the same with the second coupling part 21 , There are permanent magnets there too 87 between tooth ridges and groove bases of a carrier, not specified here 91 of the second coupling part 21 attached, especially glued. In this embodiment, the permanent magnets 87 aligned such that their arrangement of north poles and south poles, which are formed in a permanent magnet, are arranged such that a north pole of each permanent magnet 87 which is on the carrier 89 is attached, aligned to the joint. The north poles on the first coupling part 20 are here with N20 designated. Accordingly, it is located between a north pole N20 and the carrier 89 a south pole S20 , A structure of the second coupling part 21 resembles this structure just mentioned. Here are the permanent magnets too 87 aligned so that a north pole N21 a permanent magnet 87 on the second coupling part 21 to the joint 60 is oriented. That is, a South Pole S21 of such a permanent magnet 87 between the North Pole N21 and the carrier 91 is arranged.
In 10 ist eine Draufsicht auf das erste Kupplungsteil 20 dargestellt, nachdem das zweite Kupplungsteil 21 abgenommen ist. Hier sind im Abstand von 60 Winkelgraden insgesamt sechs Zähne 65 und sechs Nuten 67 ausgebildet. Die entsprechenden Lagen bzw. Positionen sind durch die eingezeichneten Linien erkennbar.In 10 is a top view of the first coupling part 20 shown after the second coupling part 21 is decreased. Here are a total of six teeth at a distance of 60 degrees 65 and six grooves 67 educated. The corresponding positions can be recognized by the lines drawn in.
In den 11 und 12 ist eine ausschnittweise Seitenansicht auf die Kupplung 48 mit dem ersten Kupplungsteil 20 und dem zweiten Kupplungsteil 21 dargestellt. Durch einen Doppelpfeil in der Fuge 60 ist eine abstoßende Kraft zwischen den beiden Nordpolen N20, N21 dargestellt. Diese abstoßende Kraft FPM wird durch die gegenseitige Annäherung der Permanentmagnete 87 beim Verdrehen der beiden Kupplungsteile 20, 21 hervorgerufen bzw. verstärkt. 11 zeigt eine Ausgangsstellung der beiden Kupplungsteile 20, 21. Wie hier gut zu erkennen ist, stehen sich ein Zahn 65 und eine Nut 67 in einer Ausgangsstellung jeweils axial direkt gegenüber. In dieser Ausgangsstellung nach 11 haben die beiden Kupplungsteile 20, 21 einen Ausgangsabstand s0. Die Darstellung in 11 entspricht der Ausgangsstellung, welche auch in 9 dargestellt ist. Wird nun das Antriebsmoment M13 über die erste Welle 13 auf das erste Kupplungsteil 20 übertragen, so wird eine an die Fuge 60 angrenzende Oberfläche eines Permanentmagneten 87 auf eine gegenüberliegende bzw. gegenüberstehende Oberfläche eines Permanentmagneten 87 des gegenüber angeordneten Kupplungsteils 21 zubewegt. Dabei verringert sich ein Abstand d87 zwischen zwei Permanentmagneten 87. In 11 kann ein verhältnismäßig großer Abstand d87 in der Ausgangsstellung erkannt werden. Demgegenüber ist der Abstand d87 zwischen einander direkt gegenüberliegend angeordneten Permanentmagneten 87, zwischen denen zumindest anteilig das Drehmoment M13 wirkt, deutlich verkleinert. Durch diese Verkleinerung des Abstandes d87 ergibt sich eine umso größere gegenseitig abstoßende Kraft FPM der beiden Magnetfelder. Ein Maß für die Verdrehung der beiden Kupplungsteile 20, 21 zueinander ist in 12 mit der Angabe für eine Relativverdrehung zwischen einem Zahn 65 und einer gegenüberliegenden Nut 67 angegeben. Durch die Verdrehung SW der beiden Kupplungsteile 20, 21 findet eine Annäherung zweier Permanentmagnete 87 statt. Ein Maß für diese Annäherung ist die Größe d87. Gleichzeitig vergrößert sich ein Abstand zwischen einem axial ortsfesten Kupplungsteil 20 und dem axial beweglichen Kupplungsteil 21. Das Maß für diesen vergrößerten Abstand ist der Weg S31 in drehaxialer Richtung. Die Differenz aus dem Weg S31 und dem ursprünglichen Wert bzw. Ausgangswert S0 ist der Wert, um den das hier nicht dargestellte Federelement 31 komprimiert wird. Dieses Maß kann dann über einen Wegaufnehmer 42 erfasst, über eine Datenleitung 43 an einer Auswerteeinheit 44 übermittelt und dort ein entsprechendes Drehmoment M13 oder ein entsprechender Vergleichswert berechnet werden. Das erste Kupplungsteil 20 wird nicht nur in Richtung des Antriebsmoments M13 verdreht, sondern wird vielmehr dabei auch das zweite Kupplungsteil 21 verdreht. Der veränderte Abstand zwischen den beiden Kupplungsteilen 20, 21 in axialer bzw. drehaxialer Richtung ist zwar ein eindeutiges Maß bzw. eine eindeutige Größe dafür, dass aus dem axialen Versatz auf ein anliegendes Drehmoment M13 geschlossen werden kann. Allerdings ist dieser Zusammenhang nicht unbedingt linear aber eindeutig und reibungsfrei.In the 11 and 12 is a partial side view of the clutch 48 with the first coupling part 20 and the second coupling part 21 shown. With a double arrow in the joint 60 is a repulsive force between the two north poles N20 . N21 shown. This repulsive force FPM is due to the mutual approach of the permanent magnets 87 when turning the two coupling parts 20 . 21 evoked or reinforced. 11 shows an initial position of the two coupling parts 20 . 21 , As can be seen well here, a tooth is standing 65 and a groove 67 axially opposite each other in a starting position. In this starting position after 11 have the two coupling parts 20 . 21 an initial distance s0. The representation in 11 corresponds to the starting position, which also in 9 is shown. Now the drive torque M13 about the first wave 13 on the first coupling part 20 transferred, so one is at the joint 60 adjacent surface of a permanent magnet 87 on an opposite or opposite surface of a permanent magnet 87 of the opposite coupling part 21 moved. This reduces the distance d87 between two permanent magnets 87 , In 11 can be a relatively large distance d87 be recognized in the starting position. In contrast is the distance d87 between permanent magnets arranged directly opposite one another 87 , between which at least a proportion of the torque M13 works, significantly reduced. By reducing the distance d87 the greater the mutually repulsive force FPM of the two magnetic fields. A measure of the rotation of the two coupling parts 20 . 21 to each other is in 12 with the specification for a relative rotation between a tooth 65 and an opposite groove 67 specified. By twisting SW of the two coupling parts 20 . 21 finds an approximation of two permanent magnets 87 instead of. A measure of this approximation is size d87 , At the same time, a distance between an axially stationary coupling part increases 20 and the axially movable coupling part 21 , The measure of this increased distance is the way S31 in the axial direction. The difference out of the way S31 and the original value or initial value S0 is the value by which the spring element, not shown here 31 is compressed. This measurement can then be made using a displacement transducer 42 captured over a data line 43 on an evaluation unit 44 transmitted and there a corresponding torque M13 or a corresponding comparison value can be calculated. The first coupling part 20 is not just in the direction of the drive torque M13 twisted, but rather the second coupling part 21 twisted. The changed distance between the two coupling parts 20 . 21 in the axial or rotational axial direction is a clear measure or a clear size for the fact that from the axial offset to an applied torque M13 can be closed. However, this relationship is not necessarily linear, but it is clear and smooth.
Im Folgenden soll ein weiterer Lösungsansatz beschrieben werden, um das beschriebene Problem der Gleitreibung zu umgehen. Die in den 1 bis12 beschriebenen Lösungsansätze haben das Ziel durch Minimierung von Gleitreibungseffekten mit Hilfe von Wälzkörpern die Messmethode zu optimieren. Aus anderen Anwendungen ist bekannt, dass über Pulsation oder Klopfen Spannungen gelöst werden können. Hierzu wird ein Aufbau gemäß vorgeschlagen. Dieser sieht vor, das Federelement als steuerbare Gasfeder auszuführen.
In 13 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Antriebsvorrichtung 10 mit einer ersten Welle 13 und einer zweiten Welle 23 dargestellt. Die erste Welle 13 wird durch das Drehmoment M13 in die zweite Welle 23 hineingedreht. Dabei wird die erste Welle 13 mittels ihres ersten Kupplungsteils 20 (Außenschraubgewinde) in ein zweites Kupplungsteil 21, welches in der zweiten Welle 23 eingearbeitet ist, hineingeschraubt. Dabei bewegt sich die erste Welle 13 entlang der Drehachse 18 in die zweite Welle 23 geradlinig hinein. Die erste Welle 13 weist, wie bereits das in 1 beschriebene Beispiel, eine Stirnfläche 33 auf, die einer Stirnfläche 34 der zweiten Welle 23 zugewandt ist. Zwischen diesen beiden Stirnflächen 33, 34 befindet sich ein in diesem Fall zylindrischer Hohlraum 92, in dem sich ein verdichtungsfähiges Fluid 93, z. B. Luft oder ein anderes Gas, befindet. Die Kombination aus Hohlraum 92, verdichtungsfähigem Fluid 93 und den beiden Stirnflächen 33, 34 sowie der Beweglichkeit der ersten Welle 13 ergibt hierbei eine so genannte Gasfeder.In the following, a further solution approach is to be described in order to avoid the described problem of sliding friction. The in the 1 to 12 The approaches described have the aim of optimizing the measurement method by minimizing sliding friction effects with the help of rolling elements. It is known from other applications that tensions can be released by pulsation or knocking. For this, a structure according to proposed. This provides for the spring element to be designed as a controllable gas spring.
In 13 is a further embodiment of a drive device according to the invention 10 with a first wave 13 and a second wave 23 shown. The first wave 13 is through the torque M13 in the second wave 23 screwed. The first wave 13 by means of their first coupling part 20 (External screw thread) into a second coupling part 21 which in the second wave 23 is incorporated, screwed into it. The first wave moves 13 along the axis of rotation 18 in the second wave 23 straight into it. The first wave 13 points, like the one in 1 example described, an end face 33 on that one face 34 the second wave 23 is facing. Between these two faces 33 . 34 there is a cylindrical cavity in this case 92 , in which there is a compressible fluid 93 , e.g. B. air or another gas. The combination of cavity 92 , compressible fluid 93 and the two end faces 33 . 34 as well as the mobility of the first wave 13 results in a so-called gas spring.
Zur Überwindung von Hystereseeffekten, die bei der Betätigung dieser Antriebsvorrichtung 10 auftreten, ist vorgesehen, dass das Federelement 31 (Gasfeder) mit einer gedämpften Druckschwingung eines Drucks p gemäß beaufschlagt wird. Bei Beaufschlagung gemäß P1 wird sich zwischen der ersten Welle13 und der zweiten Welle 23 aufgrund der Verzahnung eine Bewegung s ergeben. Sobald der Druck p in Richtung P4 bewegt wird, entsteht eine Gegenbewegung. Wenn nun der Druck p in der Gasfeder mit einer gedämpften Schwingung angeregt wird, so werden die Ausgleichsbewegungen der Wellenteile gegeneinander immer kleiner werden bis am Schluss aus dem aktuell anliegenden Druck p der Gasfeder und der Verschiebung der ersten Welle13 und der zweiten Welle 23gegeneinander genau das anliegende Drehmoment M13 ermittelt werden kann. Dieser Vorgang muss bei Änderung des anliegenden Drehmoments M13 wiederholt werden.To overcome hysteresis effects when this drive device is actuated 10 occur, it is provided that the spring element 31 (Gas spring) with a damped pressure oscillation according to a pressure p is applied. When applied according to P1 is going to be between the first wave 13 and the second wave 23 result in a movement s due to the interlocking. As soon as the pressure p towards P4 is moved, there is a countermovement. If the pressure p in the gas spring is excited with a damped oscillation, the compensating movements of the shaft parts against each other will become smaller and smaller until the end from the pressure p of the gas spring and the displacement of the first shaft 13 and the second wave 23 against each other exactly the applied torque M13 can be determined. This process must be carried out when the applied torque changes M13 be repeated.
Alternativ zu einer gedämpften Schwingung, also einer Schwingung mit abfallender Amplitude, kann auch eine hochfrequente Schwingung mit konstanter Amplitude verwendet werden. Sofern die hochfrequente Schwingung oberhalb einer Eigenfrequenz des Drehmomentsensors liegt, kann der Drehmomentsensor den hochfrequenten Schwingungen nicht folgen, die Pulsation der Gasdruckfeder sorgt aber für eine Auflösung der Gleitreibungseffekte.As an alternative to a damped oscillation, that is to say an oscillation with a decreasing amplitude, a high-frequency oscillation with a constant amplitude can also be used. If the high-frequency vibration is above a natural frequency of the torque sensor, the torque sensor cannot follow the high-frequency vibrations, but the pulsation of the gas pressure spring ensures that the sliding friction effects are resolved.
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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DE 102017202507 [0001]DE 102017202507 [0001]
