DE102018217266A1 - Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments - Google Patents

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Matthias Schueler
Patrick Nickel
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Größe eines Drehmoments (M) an einem Antrieb (13), mit einem Antriebselement (16), wobei zwischen dem Antriebselement (16) und dem Abtriebselement (19) mittels einer Kupplung (25) das Drehmoment (M) übertragbar ist, wobei die Kupplung (25) antriebsseitig ein erstes Kupplungsteil (28) und abtriebsseitig ein zweites Kupplungsteil (31) aufweist, und das erste Kupplungsteil (28) mit einer Antriebskontur (34) ausgestattet ist, wobei die Antriebskontur (34) eine Antriebsschräge (40) aufweist und das zweite Kupplungsteil (31) mit einer Abtriebskontur (37) ausgestattet ist und eine Abtriebsschräge (43) aufweist, und eines der beiden Kupplungsteile (28, 31) axial verlagerbar ist, und ein Kraftaufnehmer (46) angeordnet ist, der dazu geeignet ist, eine von dem Antriebselement (16) bewirkte Axialkraft (FA46) aufzunehmen.

Description

  • Stand der Technik
  • In Anwendungen mit Antriebsmotoren ist die Ermittlung bzw. Messung der abgegebenen Drehmomente ein häufig auftretendes Problem. Einerseits werden zur Übertragung von Drehmomenten gerne verdrehsteife Verbindungswellen verwendet, um eine Übertragung eines Antriebsmoments vorzunehmen. Beispiele hierfür sind zum Beispiel ein Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs und eine Antriebswelle, die Antriebsräder antreibt, ein Antriebsmotor einer Werkzeugmaschine wie beispielsweise eine Drehmaschine und das dabei angetriebene Werkstück, ein Antriebsmotor einer Handwerkzeugmaschine, wie beispielsweise einer Bohrmaschine und der durch diesen Motor angetriebene Bohrkopf. In diesen Fällen ist üblicherweise vorgesehen, die Übertragungsstrecke von der Entstehung des Drehmoments im Motor bis zu dem anzutreibenden Teil so drehfest wie möglich auszuführen, um eine gute Kraftübertragung zu gewährleisten. Dabei ist eine Herausforderung, dass eine Bestimmung eines Drehmomentes an einer drehfesten bzw. verdrehfesten („starren“) Übertragungsstrecke mit bekannten Mitteln nur noch mit sehr hohem technischem Aufwand eine sehr geringe Torsion innerhalb des Antriebsstrangs gemessen werden kann. Mittel für eine derartige Drehmomentenmessung sind beispielsweise Dehnmessstreifen, die eine „Minimaltorsion“ erfassen können. In vielen Anwendungen wird unter derartigen Umständen auf eine Messung des Drehmoments schließlich verzichtet und der Antriebsmotor gesteuert betrieben, ohne eine direkte Messung des Drehmoments und eines daran angeschlossenen Regelungsprozesses.
  • Aus der DE 485 924 ist ein Zahnradgetriebe mit Schrägverzahnung für alle oder etliche der vorhandenen Zahnräder bekannt. Durch die spezielle Ausführung des Getriebes ergibt sich nicht nur ein Axialschub, sondern auch eine Axialverschiebung und eine gleichzeitige Drehung. Die Verschiebung erfolgt gegen eine Federkraft. Die Verschiebung einer derartigen Welle wird über ein Ärmchen auf einen drehbaren Zeiger übertragen. Der Zeiger ist einer Anzeigevorrichtung direkt gegenübergestellt, so dass mit entsprechender Vergrößerung der Hub und damit Axialschub und ein Drehmoment ablesbar ist.
  • Aus der DE 745 890 ist ein Getriebe bekannt, dass mehrere schräg verzahnte Zahnräder aufweist, die alle axial verschieblich sind. Durch die Axialverschiebung der Zahnräder wird ein Zeigerinstrument betätigt, wodurch sowohl die axiale Verschiebung einer Welle und damit auch die Größe des Drehmoments angezeigt werden.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments an einem Antrieb vorgesehen, wobei zwischen einem Antriebselement und einem Abtriebselement mittels einer Kupplung das Drehmoment übertragbar ist. Die Kupplung hat antriebsseitig ein erstes Kupplungsteil und abtriebsseitig ein zweites Kupplungsteil. Das erste Kupplungsteil ist mit einer Antriebskontur ausgestattet, wobei die Antriebskontur eine Antriebsschräge aufweist. Das zweite Kupplungsteil weist eine Antriebskontur mit einer Abtriebsschräge auf. Eines der beiden Kupplungsteile ist axial verlagerbar. Des Weiteren ist ein Kraftaufnehmer angeordnet, der dazu geeignet ist, eine von dem Antriebselement bewirkte Axialkraft aufzunehmen.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Antriebskontur und der Gegenantriebskontur mindestens ein Verbindungsteil sitzt. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass dieses Verbindungsteil zur Kraft bzw. Momentenübertragung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement dient.
  • Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungsteil an der Antriebskontur und der Gegenantriebskontur oder an der Antriebskontur oder an der Gegenantriebskontur befestigt oder haftend ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Verbindungsteil zwischen der Antriebskontur und der Gegenantriebskontur formschlüssig sitzt. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist vorgesehen, dass das Verbindungsteil zwischen der Antriebskontur und der Gegenantriebskontur sitzt und dabei die Antriebskontur und die Gegenantriebskontur Teile einer Gußform für das Verbindungsteil sind. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere ein Raum in einem Gewindegang oder mehreren Gewindegängen zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement bzw. der Antriebskontur und der Abtriebskontur sehr weitergehend, wenn nicht gar vollständig mit einem Material des Verbindungsteils ausgefüllt werden kann bzw. ausgefüllt ist. Dieses Material des Verbindungsteils ist dabei vorzugsweise ein elastisch verformbares Material, insbesondere nach Art eines gummielastisch verformbaren Materials ausgeführt bzw. gewählt. So ist dabei insbesondere vorgesehen, dass das Material dieses Verbindungsteils ein polymerer Kunststoff, insbesondere ein Elastomer ist. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Kraftaufnehmer zwecks einer Übertragung einer Kraft zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement angeordnet ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass dieser jeweils stoffschlüssig mit dem Antriebselement und dem Abtriebselement befestigt, insbesondere verklebt ist. Der Kraftaufnehmer ist dabei insbesondere ein Aufnehmer nach der Bauart eines Piezoelements, insbesondere Piezoaufnehmer.
  • Durch das elastische bzw. elastomere Verbindungselement erreicht man den Vorteil, dass durch dessen Elastizität zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil bzw. der Antriebskontur und der Abtriebskontur, insbesondere ausgeführt nach Art eines Steilgewindes, erreicht wird, dass eine Kraftaufteilung in eine Tangentialkraft und eine Normalkraft zwischen Antriebskontur und Abtriebskontur, insbesondere Steilgewinde bzw. Gewindesteigung, stattfinden kann. Das Verbindungsteil verformt sich dabei jedoch nur verhältnismäßig gering, so dass nur eine geringe Verdrehung und geringe axiale Verschiebung der beiden Teile Antriebselement und Abtriebselement zueinander stattfindet. Insbesondere ist vorgesehen, dass der Kraftaufnehmer, insbesondere Piezoaufnehmer, zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement verbaut ist, und dabei ebenfalls mittels eines Elastomers mit dem Antriebselement und dem Abtriebselement stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt, wird bzw. ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Antriebselement als eine Welle ausgeführt ist und das Abtriebselement als eine Buchse, bzw. Hülse, gestaltet ist. Das als Abtriebselement ausgeführte Teil, welches insbesondere als Hülse bzw. Buchse ausgeführt ist, kann zudem auch als Hohlachse bzw. Hohlwelle bezeichnet sein. Eine in axialer Richtung übertragene Kraft hängt dabei insbesondere von einer Steigung einer Antriebsschräge und einer Abtriebsschräge ab. Antriebsschräge und Abtriebsschräge können dabei Teil einer Ausführung als Gewinde sein und somit eine Gewindegangsteigung repräsentieren. Zudem sei erwähnt, dass die in axialer Richtung übertragene Kraft nicht nur von der Steigung abhängt, sondern auch von dem aufgebrachten Drehmoment an dem Antriebselement. Diese axiale Kraft wird dann vom Sensor zwischen Antriebselement und Abtriebselement bzw. Antriebswelle und Abtriebshülse bzw. -buchse aufgenommen und gemessen. Das Verbindungsteil, beispielsweise aus einem Elastomer ausgeführt, weist insbesondere eine Abhängigkeit von der Temperatur auf. Dies kann je nach Temperatur zu einer stärkeren oder leichteren, d. h. geringeren Verformung des Elastomers führen, so dass dies geringere Verformungsverluste oder stärkere Verformungsverluste zur Folge hat. Es wird aber erwartet, dass eine übertragene Normalkraft in der Kupplung durch das Verbindungsteil aus Elastomer dynamisch nur gering beeinflusst wird. Ein Vorteil der hier vorgeschlagenen Anordnung gegenüber einem Messprinzip, welches auf einer Verschiebung von Antriebselement und Abtriebselement zueinander entlang eines Gewindegangs basiert, ist, dass bei dem erfindungsgemäßen Messprinzip das Messergebnis nicht durch Haft- oder Gleitreibung an der Oberfläche, insbesondere in der Kupplung, verfälscht wird. Zudem findet nur eine sehr geringe axiale Verschiebung oder Verdrehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement (Eingangswelle und Hülse) statt, so dass dieser in der Gesamtkonstruktion nicht bzw. nahezu gar nicht berücksichtigt werden muss.
  • Vorteilhafter Weise kann alternativ dazu, dass nur die Kontaktflächen zwischen der Antriebskontur und der Abtriebskontur (insbesondere Gewindegang) mit dem Elastomer des Verbindungsteils verbunden werden, der Zwischenraum in der Kupplung, d. h. zwischen dem ersten Kupplungsteil und dem zweiten Kupplungsteil, auch komplett vergossen sein, um die Fertigung zu vereinfachen. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Oberflächen der Steigungen der Antriebskontur und der Abtriebskontur bzw. Antriebsschräge und Abtriebsschräge nicht besonders glatt sein müssen, um geringe und reproduzierbare Werte für Haft- und Gleitreibung zu erhalten. Des Weiteren ist vorgesehen, dass der Kraftaufnehmer ein Signalerzeuger ist. Dessen Signale sind über einen Sender drahtlos zu einem Empfänger und ein angeschlossenes Datenverarbeitungssystem sendbar. Dadurch kann von dem rotierenden Teil des Systems, hier insbesondere des Kraftaufnehmers, ein Signal auf ein nicht rotierendes Datenverarbeitungssystem übertragen werden. In dem Datenverarbeitungssystem wird dann bspw. die Größe des antreibenden Drehmoments errechnet bzw. ermittelt.
  • Figurenliste
  • Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind der Beschreibung und den Figuren zu entnehmen.
  • Es zeigen:
    • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments,
    • 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Bestimmung eines Drehmoments,
    • 3 eine schematische Darstellung eines so genannten Momentenpfads anhand des ersten Ausführungsbeispiels nach 1,
    • 4 eine ebenso schematische Darstellung einer Kraftweiterleitung durch die Vorrichtung nach 1 zum Kraftaufnehmer,
    • 5 einen schematischen Längsschnitt durch eine Gußform zur Herstellung eines eingegossenen Verbindungselements zwischen einer Antriebskontur und einer Gegenantriebskontur der Vorrichtung.
  • Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Bauteile.
  • 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur Bestimmung eines Drehmoments M an einem Antrieb 13. Dieser Antrieb 13 weist ein Antriebselement 16 und ein Abtriebselement 19 auf. Das Antriebselement 16 ist hier als Welle und das Abtriebselement 19 ist als Hohlwelle bzw. Hülse bzw. Buchse bzw. buchsenartiges Element ausgeführt. Der Antrieb 13 hat eine Drehachse 22. Das Antriebselement 16 und das Abtriebselement 19 sind mittels einer Kupplung 15 verbunden. Diese Kupplung 28 weist antriebsseitig ein erstes Kupplungsteil 28 und abtriebsseitig ein zweites Kupplungsteil 31 auf. Das Drehmoment M wird dabei antriebsseitig über dieses erste Kupplungsteil 28 auf das abtriebsseitige zweite Kupplungsteil 31 übertragen. Das erste Kupplungsteil 28 ist mit einer Antriebskontur 34 ausgestattet. Das zweite Kupplungsteil 31 ist mit einer Abtriebskontur 37 ausgestattet. Die Antriebskontur 34 und die Abtriebskontur 37 sind dabei derartig ausgebildet, dass bei Betätigung der Antriebskontur 34 durch Aufbringen des Drehmoments M auf die Abtriebskontur 37 verschiedene Kräfte ausgeübt werden. Insbesondere bewirkt das Betätigen bzw. Bewirken des Drehmoments M eine Axialkraft. Zum Bewirken dieser Axialkraft ist insbesondere vorgesehen, dass die Antriebskontur 34 zumindest eine Antriebsschräge 40 aufweist. Des Weiteren ist vorgesehen, dass das zweite Kupplungsteil 31 bzw. dessen Abtriebskontur 37 eine Abtriebsschräge 43 aufweist. Unter der Last des Drehmoments M bewirken die beiden miteinander wechselwirkenden Konturen, d. h. die Antriebskontur 34 und die Abtriebskontur 37, dass eines der beiden Kupplungsteile 28, 31 axial, d. h. entlang der Drehachse 22, verlagerbar ist. Die Vorrichtung 10 hat des Weiteren einen Kraftaufnehmer 46, der dazu geeignet ist, eine von dem Antriebselement 16 im Wechselspiel mit dem Abtriebselement 19 bewirkte Axialkraft FA46 aufzunehmen. Der Kraftaufnehmer 46 könnte alternativ auch als Sensor oder Kraftsensor oder bei entsprechender Ausführung auch als Piezoelement bezeichnet sein. Der Kraftaufnehmer 46 ist einerseits mit dem Antriebselement 16 und andererseits mit dem Abtriebselement 19 mit je einer Befestigung 47 verbunden. Diese Verbindung ist im Beispiel eine stoffschlüssige Verbindung, die beispielsweise mittels Lot hergestellt ist. Alternativ kommt neben Klebstoff als weiterem Mittel für Stoffschluss auch ein Formschluss in Frage. In der Kupplung 25 bzw. zwischen dem ersten Kupplungsteil 28 und dem zweiten Kupplungsteil 31 befindet sich des Weiteren zumindest ein Verbindungsteil 49. Dieses Verbindungsteil 49 befindet sich dabei im Kraftweg zwischen der Antriebskontur 34 und der Abtriebskontur 37. Insbesondere in dem Fall, wie er in 1 dargestellt ist, nämlich mit der hier dargestellten Drehrichtung bzw. Wirkrichtung des Drehmoments M um die Drehachse 22, ist das Verbindungsteil 49 zwischen dem ersten Kupplungsteil 28 und dem zweiten Kupplungsteil 31 bzw. der Antriebsschräge 40 und der Abtriebsschräge 43 angeordnet. Da hier mehrere Antriebsschrägen 40 und Abtriebsschrägen 43 vorhanden sind (zum Teil nicht benummert), sind entsprechend mehrere Verbindungsteile 49 angeordnet. Für den nicht zwingend notwendigen Fall auch in eine andere Drehrichtung des Drehmoments M ein Verbindungsteil 49 zwischen dem ersten Kupplungsteil 28 und dem zweiten Kupplungsteil 31 angeordnet zu haben, können auch für diese andere Drehrichtung Verbindungsteile 49 angebracht sein, 1. Für den Fall wirkt beispielsweise eine im Wesentlichen rechte Seite des ersten Kupplungsteils 28 als weitere Antriebsschräge 40 auf das Verbindungsteil 49 und drückt dieses gegen die Abtriebsschräge 43. Während in dem ersten beschriebenen Fall entsprechend der Darstellung nach 1 eine bestimmte Drehrichtung des Drehmoments M vorgesehen ist, und dies tatsächlich eine Druckbeanspruchung des Kraftaufnehmers 46 bewirkt, bewirkt die andere Drehrichtung, d. h. entgegengesetzte Drehrichtung eines Drehmoments eine Zugkraft auf den Kraftaufnehmer 46. Für den Fall, dass die Antriebskontur 34 und die Abtriebskontur 37, beispielsweise spiralartig wie ein Gewinde bzw. Steilgewinde gestaltet sind, kann auch vorgesehen sein, dass das eine Verbindungsteil 49 ebenso spiralartig in der spiralartigen Lücke zwischen Antriebskontur 34 und Abtriebskontur 37 eingebracht ist. Gleiches gilt selbstverständlich auch für das Verbindungsteil 49, welches für die andere Drehrichtung zwischen Antriebskontur 34 und Abtriebskontur 37 eingebracht ist. Des Weiteren sei für dieses Beispiel nach 1 erwähnt, dass das Drehmoment M beispielsweise über ein Drehmomentübertragungsteil 52 auf das Antriebselement 16 bewirkt wird. Dieses Drehmomentübertragungsteil 52 kann beispielsweise ein Kurbelarm sein, der wiederum mittels eines Pedals, welches hier nicht dargestellt ist, mit einer entsprechenden Pedalkraft belastet wird. Die Kraft bzw. Pedalkraft FP und deren Richtung ist hier mittels eines Kreises und eines Kreuzes dargestellt. Auf die weiteren Kräfte, welche in der Kupplung 25 wirken, wird später, insbesondere zu 3ff, eingegangen. Diese Kraft bzw. Pedalkraft FP bewirkt über den Antrieb 13 an einem Drehmomentübertragungsteil (hier Kettenblatt 55) an dessen Außenumfang eine Kraft bzw. Zugkraft FZ, die auf ein Zugmittel übertragen wird. Des Weiteren ist zu erwähnen, dass das Abtriebselement 19 beispielsweise über eine eigene Lagerung, welche hier nicht dargestellt ist, in einem hier ebenso nicht dargestellten Rahmenteil drehbar und in einer bevorzugt axial definierten Lage aufgenommen ist. Im Übrigen ist insbesondere vorgesehen, dass das mindestens eine Verbindungsteil 49 an der Antriebskontur 34 oder an der Abtriebskontur 37 oder im anderen Fall sowohl an der Antriebskontur 34 als auch an der Abtriebskontur 37 befestigt ist (geklebt, anvulkanisiert) oder anhaftend ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Verbindungsteil oder das mindestens eine Verbindungsteil 49 oder mehrere Verbindungsteile 49 oder alle Verbindungsteile 49 zwischen der Antriebskontur 34 und der Abtriebskontur 37 formschlüssig sitzt. Wie in diesem Ausführungsbeispiel auch erkannt werden kann, ist vorgesehen, dass der Kraftaufnehmer 46, der insbesondere ein Piezoaufnehmer ist, zwecks einer Übertragung der Axialkraft FA46 zwischen dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 19 angeordnet ist. Vorzugsweise ist dieser Kraftaufnehmer jeweils stoffschlüssig mit dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 19 befestigt, insbesondere verklebt. Auch wenn hier erwähnt ist, dass dieser Kraftaufnehmer 46 mit dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 19 befestigt ist, so soll darunter auch zu verstehen sein, dass der Kraftaufnehmer 46 an einem mit dem Antriebselement 16 verbundenen Element und andererseits mit einem mit dem Abtriebselement 19 befestigten Element verbunden sein soll oder anders gesagt, es kann im Sinne dieser Ausführung auch vorgesehen sein, dass zwischen dem Kraftaufnehmer 46 und dem Antriebselement 16 ein mittelndes Element oder mehrere mittelnde Elemente angeordnet sind. Gleiches gilt für den Kraftaufnehmer 46 und das Abtriebselement 19, zwischen denen auch hier ein mittelndes Element für die Kraftübertragung vorgesehen sein kann. Das oder die Verbindungsteile 49 sind bevorzugt aus einem polymeren Kunststoff, insbesondere einem Elastomer gefertigt.
  • Des Weiteren ist in 1 gezeigt, dass der Kraftaufnehmer 46 bzw. Sensor mit einem Sender 80 elektrisch leitfähig verbunden ist. Über diesen Sender 80 werden Signale 82 entlang einer Funkstrecke 84 und somit drahtlos zu einem Empfänger 85 und einem Datenverarbeitungssystem 86 gesendet. Der Kraftaufnehmer 46 ist somit ein Signalerzeuger, dessen Signale 82 über einen Sender 80 drahtlos zu einem Empfänger 85 und ein Datenverarbeitungssystem 86 sendbar ist.
  • In 2 ist als zweites Ausführungsbeispiel eine nahezu gleiche bzw. identische Vorrichtung 10 dargestellt. In Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels nach 1 ist hier dargestellt, wie eine Lagerung des Antriebs 13 vorgesehen ist. Hierbei sind beispielsweise am Außenumfang des Abtriebselement 19 jeweils zwei voneinander beabstandete Nuten 56 eingearbeitet. In diesen Nuten 56 laufen in diesem Fall Kugeln 58, die an ihrem Außenumfang wiederum in einer Nut 61 laufen, die in einem Rahmen 62, hier insbesondere in einer Bohrung 64 bzw. Lageraufnahme, eingearbeitet sind. Dadurch ist eine axiale Lage des Abtriebselements 19 relativ zu dem Rahmen 62 definiert.
  • In 3 ist das Ausführungsbeispiel nach 1 dargestellt. Anhand dieser Darstellung wird auf eine Kraftsituation im Antrieb 13 eingegangen. Hier ist dargestellt, wie sich das Drehmoment M bzw. durch eine dadurch hervorgerufene tangentiale Kraft FA entsprechend den geometrischen Gegebenheiten in der Kupplung 25 und die bekannte Kraftzerlegung in eine Normalkraft FAn und in eine tangentiale Kraft FAt aufteilen lässt. Die Normalkraft FAn ist hierbei senkrecht zur Abtriebsschräge 43 (bzw. zum Schraubgewinde) orientiert. Die Tangentialkraft FAt ist parallel (tangential) zur Oberfläche der Abtriebsschräge 43 orientiert und somit ggf. parallel zur Oberfläche des Schraubgewindes aufgeteilt. Mit FB ist eine entsprechende Gegenkraft zur Kraft FA in dem Abtriebselement 19 (Buchse) bezeichnet. Diese Gegenkraft FB ermöglicht die Weiterleitung des Drehmoments M (Eingangsmoment) zum Ausgangsmoment, d. h. Abtriebsmoment MAB.
  • In 4 ist eine weitere Aufteilung (Vektorzerlegung) der Kräfte FAn und FBn dargestellt. Diese beiden Kräfte FAn und FBn führen durch eine Weiterleitung über die Buchse bzw. das Abtriebselement 19 zum Kettenblatt 55 in eine zu messende axiale Kraft FA,F bzw. FB,F auf den Kraftaufnehmer 46. Darüber hinaus ergeben sich noch die Kräfte FA,T und FB,T, die zu einer geringen Verdrehung zwischen dem Antriebselement 16 und dem Abtriebselement 19 führen. Auch diese Kräfte können ggf. den Druckaufnehmer bzw. den Kraftaufnehmer 46 beeinflussen und so das Sensorsignal beeinflussen. Eine Kraftübertragung und Verdrehung zwischen dem Antriebselement 16, dem Kraftaufnehmer 46 und dem Abtriebselement 19 wird ebenfalls durch das Verbindungsteil 49 ermöglicht. Die Torsionskräfte FB,T und FA,T wirken am Umfang.
  • Frage an die Erfinder: zu dieser Figur geben Sie farblich hervorgehobene Angaben zu Fläche, welche Kräfte übertragen, an. Den Kommentar zur Fläche A, wonach hier eine Kraftübertragung bei positivem Moment erfolgt, kann ich insoweit nachvollziehen, als dass an dieser Stelle durch eine Drehung und unter Beaufschlagung mit dem eingetragenen Drehmoment M bzw. MP zu einem Druck an dieser entsprechenden Fläche führt.
  • Zur Fläche B kommentieren Sie, dass die Kraftübertragung dort bei negativem Moment erfolgen würde.
  • Nehmen wir an, dass die Elastomere zwischen den Kupplungselementen (Flanken der Schraubengewinde) lose einliegen, so sehe ich bei beispielsweise festgehaltenem Abtriebselement (Buchse) und wirkendem Drehmoment MP entsprechend der eingetragenen Drehrichtung, dass sowohl die Fläche A, grün als auch die Fläche B, blau mit entsprechender Kraft beaufschlagt werden. D. h. eine Kraftübertragung bei positivem Moment findet beiderseits des Elastomers statt. Insofern wundert mich zunächst die Bemerkung „B Kraftübertragung bei negativem Moment“.
  • Nehmen wir weiterhin an, dass die Elastomere immer noch lose einliegen, und drehen das Vorzeichen des am Antriebselement wirkenden Drehmoments um (so wird auf den Kraftaufnehmer eine Zugkraft ausgeübt), so findet meiner Ansicht nach eine Kraftübertragung bei negativem Moment nicht an der blauen Linie statt, sondern an der gegenüberliegenden Linie des „Fensters“. Wie sehen Sie das?
  • Zur 4 sei des Weiteren bemerkt, dass an einer Umfangsfläche 60 der Antriebskontur 34 keine Kraftübertragung stattfindet bzw. auch nicht nötig ist. In 4 sind zwei Antriebsschrägen 43 nochmals bezeichnet. Diese beiden Antriebsschrägen 43 lassen sich hier in eine linke Antriebsschräge 43 und in eine rechte Antriebsschräge 43 unterscheiden. Hierbei ist festzuhalten, dass die linke Antriebsschräge 43 bei dem eingetragenen Drehmoment M samt der dort eingetragenen Richtung bei quasi lose einliegendem Verbindungsteil 49 zur Kraftübertragung dient. In dem Fall, in dem das Drehmoment gerade anders herum vom Antriebselement 16 auf das Abtriebselement 19 wirkt, ändert sich die Kraftübertragung bzw. der Weg, so dass die Kraft von dem Antriebselement 16 über die in 4 rechte Antriebsschräge 43 auf das Abtriebselement 19 übertragen wird.
  • In 5 ist beispielhaft und schematisch dargestellt, wie die Abtriebskontur 37 und die Antriebskontur 34 und damit grundsätzlich das Antriebselement 16 und das Abtriebselement 19 eine Gußform 68 für das Verbindungsteil 49 sein können. Das Abtriebselement 19 ist bei nach außen hin offenen Schlitzen noch am Außenumfang durch einen Verschluss 69 zu schließen Durch zwei über das Antriebselement 16 und das Abtriebselement 19 geschobene Deckel 65 kann ein Hohlraum zwischen der Antriebskontur 34 und der Abtriebskontur 37 verschlossen werden. Sieht man Öffnungen bzw. mindestens eine Öffnung 71 vor, durch die ein Ausgangsmaterial für ein Elastomer hereingepumpt werden kann (Massenstrom mEL), so kann ein entsprechender Hohlraum zwischen den Konturen mit dem Ausgangsmaterial für das Elastomer gefüllt und nach einer entsprechenden chemischen Reaktion (Vernetzung) als Elastomer in diesem Hohlraum das Verbindungsteil 49 bilden. Es ist somit in 5 sehr schematisch gezeigt, dass die Antriebskontur 34 und die Abtriebskontur 37 Teile einer Gußform 68 für das Verbindungsteil 49 sind, so dass das Verbindungsteil 49 nach dem Ausreagieren des Ausgangsmaterials zwischen der Antriebskontur 34 und der Abtriebskontur 37 sitzt.
  • 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
    • DE 485924 [0002]
    • DE 745890 [0003]

Claims (8)

  1. Vorrichtung (10) zur Bestimmung der Größe eines Drehmoments (M) an einem Antrieb (13), mit einem Antriebselement (16), wobei zwischen dem Antriebselement (16) und dem Abtriebselement (19) mittels einer Kupplung (25) das Drehmoment (M) übertragbar ist, wobei die Kupplung (25) antriebsseitig ein erstes Kupplungsteil (28) und abtriebsseitig ein zweites Kupplungsteil (31) aufweist, und das erste Kupplungsteil (28) mit einer Antriebskontur (34) ausgestattet ist, wobei die Antriebskontur (34) eine Antriebsschräge (40) aufweist und das zweite Kupplungsteil (31) mit einer Abtriebskontur (37) ausgestattet ist und eine Abtriebsschräge (43) aufweist, und eines der beiden Kupplungsteile (28, 31) axial verlagerbar ist, und ein Kraftaufnehmer (46) angeordnet ist, der dazu geeignet ist, eine von dem Antriebselement (16) bewirkte Axialkraft (FA46) aufzunehmen.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Antriebskontur (34) und der Abtriebskontur (37) mindestens ein Verbindungsteil (49) sitzt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Verbindungsteil (49) an der Antriebskontur (34) und/oder der Abtriebskontur (37) befestigt oder anhaftend ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (49) zwischen der Antriebskontur (34) und der Abtriebskontur (37) formschlüssig sitzt.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (49) zwischen der Antriebskontur (34) und der Abtriebskontur (37) sitzt, wobei die Antriebskontur (34) und die Abtriebskontur (37) Teile einer Gußform (68) für das Verbindungsteil (49) sind.
  6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftaufnehmer (46), insbesondere ein Piezoaufnehmer, zwecks einer Übertragung der Axialkraft (FA46) zwischen dem Antriebselement (16) und dem Abtriebselement (19) angeordnet, vorzugsweise jeweils stoffschlüssig mit dem Antriebselement (16) und dem Abtriebselement (19) befestigt, insbesondere verklebt, ist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsteil (49) ein polymerer Kunststoff, insbesondere ein Elastomer, ist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kraftaufnehmer (46) ein Signalerzeuger ist, dessen Signale (82) über einen Sender (80) drahtlos zu einem Empfänger (85) und ein Datenverarbeitungssystem (86) sendbar ist.
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Citations (3)

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