DE19823903A1 - Vorrichtung zum gleichzeitigen Messen eines an einer Welle wirksamen Drehmoments sowie des Drehwinkels der Welle - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Messen eines an einer Welle wirksamen Drehmoments sowie des Drehwinkels der Welle, enthaltend einen ersten Wellenteil (16) und einen zweiten Wellenteil (18), die über ein Torsionselement (12) miteinander verbunden sind, eine Drehmomentmeßeinrichtung mit einer Lichtquelle (24), deren Lichtbündel in Abhängigkeit der Relativdrehung zwischen den beiden Wellenteilen auf einen Lichtempfänger (28) zum Erzeugen eines vom an der Welle wirksamen drehmomentabhängigen Drehmomentsignals fällt, und eine Drehwinkelmeßeinrichtung mit einer Lichtquelle (24), deren Lichtbündel in Abhängigkeit von der Drehung der Wellenteile auf einen Lichtempfänger (56) zum Erzeugen eines vom Drehwinkel der Welle abhängigen Drehwinkelsignals fällt, ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Bauteil (42) vorgesehen ist, das eine der Drehung der Welle (10) entsprechende lineare Bewegung ausführt und im Weg des auf den Lichtempfänger (56) zum Erzeugen eines von dem Drehwinkel der Welle abhängigen Signals fallenden Lichtbündels angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Messen eines an einer Welle wirksamen Drehmoments sowie des Drehwinkels der Welle gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Insbesondere bei mit Hilfskraft unterstützten Lenkungen in Kraftfahrzeugen, aber auch auf vielen anderen Gebieten der Technik, stellt sich das Problem, das an einer drehbaren Wel­ le wirksame Drehmoment und gleichzeitig die Drehstellung der Welle zu bestimmen. Bei Hilfskraftlenkungen beispielsweise hängt die erforderliche Hilfskraft von dem über das Lenkrad auf die drehbare Welle aufgebrachten Drehmoment ab. Zusätzlich soll die Hilfs­ kraft beispielsweise entsprechend dem Lenkeinschlag, d. h. der Drehstellung der drehbaren Welle, modifiziert werden, wofür deren Drehwinkel bekannt sein muß.

Aus dem Buch "Fahrwerktechnik: Lenkanlagen und Hilfskraftlenkungen" von Prof. Dipl.- Ing. J. Reimpell; Vogel Verlag, 1997, Seiten 228 und 229, ist eine für elektrische Hilfs­ kraftlenkungen eingesetzte Einrichtung zum Messen des Drehmoments und der Drehstel­ lung bekannt. Das Drehmoment wird dadurch gemessen, daß gegen den Torsionswider­ stand eines Drehstabs eine mit einem Ende des Drehstabs verstiftete Sensorwelle relativ zu einem drehfest mit dem anderen Ende des Drehstabs verbundenen Lenkritzel verdreht wird. Auf der Sensorwelle sitzt ein Führungsstift, der spielfrei in eine schräge Nut einer Gleitbuchse eingreift und diese bei seiner Verdrehung in axialer Richtung je nach Dreh­ richtung auf oder abwärts bewegt. Diese Auf- oder Abwärtsbewegung wird in ein Span­ nungssignal umgesetzt, indem ein Stromtransformator um die Gleitbuchse herum so ange­ ordnet ist, daß eine Primärwicklung an der Innenseite der Gleitbuchse und zwei diese um­ gebende Sekundärwicklungen den Axialhub der Gleitbuchse überdecken. Die Drehstellung der Welle bzw. der Lenkwinkel wird dadurch erfaßt, daß ein Lenkwinkelsensor die Dreh­ richtung und die Drehgeschwindigkeit der Welle in ein Spannungssignal umsetzt, durch dessen Integration die Drehstellung ermittelt wird.

Eine Eigenart der beschriebenen Einrichtung liegt darin, daß zur Messung des Drehmo­ ments und der Drehstellung unterschiedliche Meßkörper verwendet werden, was den Auf­ bau der Meßeinrichtung verhältnismäßig kompliziert macht. Die Erfassung der Drehstel­ lung ist wegen der erforderlichen Integration mit Fehlern behaftet.

Meßvorrichtungen zur Bestimmung eines an einer Welle wirksamen Drehmoments sind in unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. Die WO 96/10167 beschreibt eine Dreh­ momentmeßeinrichtung, die darin besteht, daß an der Welle axial voneinander entfernte Zahnscheiben von je einem eigenen Sensor abgetastet werden und aus den Sensorsignalen ein die relative Verdrehung der Zahnscheiben angebendes Signal hergeleitet wird. Aus der WO 96/06330 ist bekannt, an zwei axial voneinander entfernten Stellen einer Welle Seg­ mentringe anzubringen, die von einem Lichtstrahl in axialer Richtung durchstrahlt werden, wobei der Lichtstrahl entsprechend der relativen Verdrehung zwischen den beiden Segment­ scheiben moduliert wird, so daß das an der Welle wirksame Drehmoment bestimmt werden kann. Aus der WO 95/19557 ist ein optischer Drehmomentsensor bekannt, bei dem an einer Welle ein Ringkörper aus axial zur Welle verlaufenden Lichtleitern befestigt sind. Das axial von einer Lichtquelle austretende und durch den Körper hindurch auf einen Licht­ empfänger gelangende Licht hängt von der Torsion der Welle bzw. des Körpers ab. Den geschilderten Drehmomentmeßeinrichtungen ist gemeinsam, daß sie zwar zur Drehmoment­ messung geeignet sind, jedoch nicht ermöglichen, die Drehstellung der Welle zu bestim­ men.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 197 45 823.8-42 ist eine gat­ tungsgemäße Vorrichtung bekannt, bei der an der Welle in axialer Entfernung beidseitig des Torsionselements Bauteile befestigt sind, von denen eines als ein sowohl zur Drehmo­ mentmessung als auch zur Drehstellungsmessung dienender Meßkörper ausgebildet ist, wo­ bei das Lichtbündel der Drehmomentmeßeinrichtung beide axial hintereinander angeordne­ ten Meßkörper erfaßt und das Lichtbündel der Drehstellungsmeßeinrichtung nur einen der Meßkörper erfaßt.

Eine Eigenart der gattungsgemäßen Vorrichtung liegt darin, daß für eine sichere Erfassung des Drehwinkels der Welle der der Drehwinkelmessung dienende Meßkörper relativ zu dem zugehörigen Lichtbündel genau zentriert sein muß. Desweiteren beträgt der maximal meßbare Winkelbereich 360°. Bei größeren zu erfassenden Drehwinkeln muß eine zusätz­ liche Einrichtung zur Erfassung der Umdrehungen vorgesehen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Messen eines an einer Welle wirksamen Drehmoments sowie des Drehwinkels der Welle zu schaf­ fen, die bei einfachem Aufbau zuverlässig arbeitet und eine hohe Meßgenauigkeit ermög­ licht.

Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung gemäß dem Hauptanspruch gelöst.

Erfindungsgemäß wird die Drehung der Welle in eine lineare Bewegung eines Bauteils um­ gesetzt, das sich im Strahlengang zwischen einer Lichtquelle und einem der Drehwinkel­ messung dienenden Lichtempfänger bewegt. Für die Umsetzung einer Drehbewegung in eine Linearbewegung sind viele Möglichkeiten bekannt, beispielsweise unmittelbare Ge­ windeeingriffe, Schneckentriebe, Seilübersetzungen usw., wobei je nach Bedarf mehrere Umdrehungen der Welle in eine ihnen entsprechende Linearbewegung umgewandelt wer­ den können, so daß sich keine Mehrdeutigkeiten ergeben. Das sich linear bewegende Bau­ teil wird zur Beeinflussung des auf den Lichtempfänger gelangenden Lichtbündels verwen­ det, so daß das Ausgangssignal des Lichtempfängers vom Drehwinkel der Welle abhängt und diesen in eindeutiger Weise über mehrere Umdrehungen angibt.

Die Unteransprüche 2 und 3 kennzeichnen eine vorteilhafte Ausbildung des sich linear be­ wegenden Bauteils und dessen Zusammenwirken mit dem zugehörigen Lichtbündel.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 werden durch Exzentrizitäten der Welle bedingte Schwierigkeiten vermieden.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 wird eine hohe Meßgenauigkeit erzielt.

Der Anspruch 6 ist auf eine von Toleranzen und/ oder Biegungen der Welle besonders un­ abhängige Ausbildung der Drehwinkelmeßeinrichtung gerichtet.

Der Anspruch 7 kennzeichnet eine besonders einfache Ausführungsform der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 8 wird erreicht, daß der Drehwinkel der Welle um ei­ nen mittleren Bereich herum, beispielsweise den nicht eingeschlagenen Bereich gelenkter Räder, besonders genau erfaßt wird.

Der Anspruch 9 ist auf eine vorteilhafte Konstruktion der Welle im Bereich der Meßein­ richtungen gerichtet.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 10 wird die Funktionsgenauigkeit der erfindungsge­ mäßen Vorrichtung erhöht.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.

Es stellen dar:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht auf eine Vorrichtung,

Fig. 2 einen Axialschnitt durch die Vorrichtung gemäß Fig. 1,

Fig. 3 einen Axialschnitt durch eine gegenüber der Fig. 2 abgeänderte Vorrichtung,

Fig. 4 einen Axial- und einen Radialschnitt durch eine Drehwinkelmeßeinrichtung,

Fig. 5 eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Funktionsweise der Vorrichtung gemäß Fig. 4, und

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Gemäß Fig. 1 weist eine insgesamt mit 10 bezeichnete Welle, die beispielsweise Teil einer Lenkwelle eines Kraftfahrzeugs ist, einen verdünnten Bereich auf, der ein Torsionselement 12 bildet. Die Welle weist gemäß Fig. 1 ein Ritzel bzw. links eine Verzahnung 14 auf, beispielsweise in die Zahnstange (nicht dargestellt) der Lenkung eingreift. Das gemäß Fig. 1 rechte Ende der Welle 10 ist drehfest mit einem nicht dargestellten Lenkrad verbunden. Am Lenkgetriebe oder sonstwo an der Welle ist eine an sich bekannte hydraulische oder elektrische oder pneumatrische Servounterstützung vorgesehen, die die über das Lenkrad eingebrachte Drehbewegung der Lenkwelle derart unterstützt, daß ein vorbestimmtes, ggf. vom Lenkwinkel abhängiges Drehmoment nicht überschritten wird. Zu diesem Zweck ist die Welle 10 mit einer Drehmomentmeßeinrichtung ausgerüstet, mittels der das an der Lenkwelle wirksame Drehmoment meßbar ist, und einer Drehwinkelmeßeinrichtung ausge­ rüstet, mittels der der Drehwinkel der Welle 10 und damit der Einschlag der gelenkten Rä­ der meßbar ist.

Das Torsionselement 12, das zur besseren Tordierbarkeit mit dünnerem Querschnitt ausge­ bildet sein kann, verbindet ein Wellenteil 16 mit einem Wellenteil 18, so daß die beiden Wellenteile bei in der Welle 10 wirkendem Drehmoment sich gegeneinander verdrehen. An dem dem Torsionselement 12 zugewandten Ende des Wellenteils 16 ist ein Ringkörper 20 angebracht. An dem dem Torsionselement 12 zugewandten Ende des Wellenteils 18 ist ein weiterer Ringkörper 22 angebracht. In dem Ringkörper 20 sind an sich diametral gegen­ überliegenden Stellen zwei Lichtquellen 24 und 26 angebracht. Die Lichtquellen 24 und 26 sind beispielsweise in Hülsen 28 und 30 aufgenommen, die in axiale Bohrungen des Ring­ körpers 20 eingesetzt sind.

Die Lichtquellen 24 und 26 sind beispielsweise durch Laserdioden gebildet und derart kon­ struiert, daß sie Lichtbündel abgeben, deren Achsen parallel zur Achse A der Welle 10 ge­ richtet sind und sich kegelförmig leicht aufweiten. Zur Energieversorgung der Lichtquellen 24 und 26 dienen Kabel 28 und 30.

Den Lichtquellen 24 und 26 gegenüberliegend sind an dem anderen Ringkörper 22 Licht­ empfänger 28 und 30 angeordnet. Mit Vorteil sind die Lichtempfänger 28 und 30 als Dif­ ferentialsensoren ausgebildet, die zwei nebeneinander befindlichen Meßfelder 32 und 34 (Fig. 1a bzw. Fig. 1b) aufweisen. Die Anordnung ist dann vorteilhafterweise derart, daß bei Drehmoment Null, d. h. nicht tordiertem Torsionselement 12, jedes der Lichtbündel ge­ nau so auf den zugehörigen, als Differentialsensor ausgebildeten Lichtempfänger trifft, daß dessen beide Meßfelder 32 und 34 in gleicher Weise beleuchtet werden. Werden die Aus­ gangssignale der Meßfelder voneinander substrahiert, so ergibt sich an dieser Stelle ein minimales Ausgangssignal, das auf ein Drehmoment Null hinweist. Wirkt nun auf die Wel­ le 10 ein Drehmoment ein, so wird das Torsionselement 12 tordiert, wodurch das Licht­ bündel zunehmend das eine oder das andere der Meßfelder 32 und 34 beleuchtet. Das Dif­ ferenzsignal nimmt somit zu, wobei aus der Größe des Differenzsignals auf den Torsions­ winkel und damit das Drehmoment geschlossen werden kann. Fig. 1a stellt den Zustand bei Drehmoment Null dar. Fig. 1b zeigt einen stark tordierten Zustand, bei dem das Lichtbündel nur noch auf das rechte Meßfeld 34 trifft. Dabei ist im dargestellten Fall ein maximales Ausgangssignal erreicht.

Der Lichtempfänger kann beispielsweise auch mehrere, in Umfangsrichtung nebeneinan­ derliegende Sensoren bzw. lichtempfindliche Zellen aufweisen, die einzeln ausgewertet werden. Das Lichtbündel kann auch parallel sein. Der Lichtfleck auf dem Lichtempfänger sollte jedoch groß genug sein, damit ein sich mit zunehmender Torsion stetig änderndes Ausgangssignal erhalten werden kann.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 werden zwei Lichtquellen 24 und 26 und zwei Lichtempfänger 28 und 30 verwendet, wodurch eine besonders hohe Zuverlässigkeit erzielt wird. Es versteht sich, daß es ausreicht, mit einer Lichtquelle und nur einem Licht­ empfänger zu arbeiten.

Im vorstehend beschriebenen Beispiel, in dem die Lichtempfänger als Differentialsensoren ausgebildet waren, ist das Ausgangssignal bei drehmomentfreier Welle 10 minimal. Es ver­ steht sich, daß auch andere Ausbildungen möglich sind, in denen das Ausgangssignal bei drehmomentfreier Meßwelle ein Maximum ist. Wenn mit Differentialsensoren gearbeitet wird, kann die Richtung des Drehmoments dadurch erkannt werden, daß nicht nur die Dif­ ferenz der Meßfelder 32 und 34 ausgewertet wird, sondern wenigstens eines der Meßfelder auch einzeln ausgewertet wird.

Im Beispiel der Fig. 1 erfolgt die Energieversorgung der Lichtquellen 24 und 26 über das Kabel 27. Auch die Energieversorgung und die Auswertung der Lichtempfänger 28 und 30 erfolgt über nicht dargestellte Kabel. Solche Kabel sind in an sich bekannter Weise derart ausgeführt, daß sie mehrere Umdrehungen der Welle 10 zulassen.

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform, die insgesamt der gemäß den Fig. 1 und 2 entspricht. Die Energieversorgung der Lichtquellen 24 und 26 sowie der Lichtempfänger 28 und 30 erfolgt hier jedoch über eine ortsfeste Spule 36, die die Welle 36 umschließt und eine wel­ lenfeste Spule 38, die über Leitungen mit den Lichtquellen 24 und 26 und den Licht­ empfängern 28 und 30 verbunden ist. Damit die Ausgangssignale der Lichtempfänger 28 und 30 über die Spulen 38 und 36 nach außen übertragen werden können, ist beispielswei­ se jeder der Lichtempfänger 28 und 30 mit einem Logikbaustein versehen, der das oder die analogen Gleichspannungsausgangssignale in Wechselspannungsausgangssignale oder digi­ tale Signale umwandelt, die von der Spule 38 zur Spule 36 und von dort an eine Auswerte­ einheit übertragen werden können.

Es versteht sich, daß auch andere, berührungsfreie Energie- und Signalübertragungswege eingesetzt werden können, wie kapazitive, optische oder andere Systeme.

Die Wellenteile 16 und 18 müssen nicht zwangsläufig einteilig mit dem Torsionselement 12 ausgebildet sein; das Torsionselement 12 kann als Torsionsstab auch über entsprechende Keilverzahnungen mit den Wellenteilen 16 und 18 verbunden sein.

Im folgenden wird anhand Fig. 4 eine Drehwinkelmeßeinrichtung beschrieben. Fig. 4a zeigt einen Axialschnitt durch einen Teil der Welle und Fig. 4b zeigt einen Querschnitt durch die Fig. 4 längs der Linie IV-IV.

Die grundsätzliche Anordnung entspricht der der Fig. 2, wobei für funktionsähnliche Teile gleiche Bezugszeichen verwendet sind.

Der Ringkörper 22 ist bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 mit einem Außengewinde 40 versehen, das mit einem an einer Buchse 42 ausgebildeten Innengewinde 44 kämmt. Die Buchse 42 ist über einen längs ihrer Länge verlaufenden radialen Ansatz 46 in einer Nut 48 einer ortsfesten Hülse 50 axial beweglich geführt. Die Hülse 50 kann beispielswei­ se am Gehäuse eines Lenkgetriebes oder sonstwo an geeigneter Stelle befestigt sein.

An ihrem gemäß Fig. 4 linken Ende ist die Buchse 42 einwärts umgebogen und bildet ei­ nen insgesamt U-förmigen Querschnitt, der in einer Ringblende 52 endet. An dem Ring­ körper 22 ist radial innerhalb der Ringblende 52 eine Lichtquelle 54 befestigt, deren Licht­ bündel bzw. Lichtstrahl radial auswärts strahlt und auf einen Lichtempfänger 56 trifft, der radial außerhalb der Ringblende 52 angeordnet ist.

Die Funktion der beschriebenen Anordnung wird anhand Fig. 5 erläutert.

Bei Drehung der Welle 10 wird über den Gewindeeingriff die Buchse 42 axial bewegt, wo­ durch sich die Ringblende 52 in Richtung des Doppelpfeils der Fig. 5 derart bewegt, daß sie das von der Lichtquelle 54 ausgestrahlte Lichtbündel mehr oder weniger überdeckt. In­ folge dieser unterschiedlichen Überdeckung wird der Lichtempfänger 56 in unterschiedli­ cher Weise beleuchtet, was zur Erzeugung eines Ausgangssignals verwendet wird, das der Stellung der Ringblende 52 und damit dem Drehwinkel der Welle 10 entspricht.

Im dargestellten Beispiel weist der Lichtempfänger 56 einen lichtempfindlichen Schlitz 58 auf, der sich über die gesamte axiale Länge des Meßbereiches erstreckt. Der lichtempfind­ liche Schlitz 58 enthält beispielsweise eine Vielzahl photoempfindlicher Dioden, deren Ausgangssignale addiert werden, so daß mittels des lichtempfindlichen Schlitzes 58 ein Ausgangssignal erhalten wird, das dem beleuchteten Anteil des Schlitzes 58 entspricht. Auf diese Weise wird ein Meßbereich von mehreren, beispielsweise 3 oder 4 Umdrehungen der Welle 10 erzielt. Der Lichtempfänger kann vorteilhafterweise als ein PSD (position sensiti­ ve Detektor) bzw. als Lateraleffektdiode ausgebildet sein.

Da es in vielen Anwendungsfällen erwünscht ist, eine mittlere Drehstellung der Welle 10 gezielt zu erkennen, die beispielsweise der Geradeausstellung der gelenkten Räder ent­ spricht, ist der Lichtempfänger 56 mit einem weiteren Sensorfeld 60 versehen, das bei­ spielsweise ein weiterer PSD mit kleinerem Meßbereich bzw. größerer Auflösung ist oder als Differentialdiode mit einem Meßbereich von nur ± 90° Drehung ausgebildet ist. Der Lichtempfänger arbeitet beispielsweise mit einer Auswertelogik derart zusammen, daß in der Neutralstellung der Welle 10 (Geradeausstellung der Räder) ein Maximum oder Mini­ mum des Ausgangssignals erzielt wird, das in beide Drehrichtungen abfällt bzw. ansteigt.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 der Ring­ körper 20 ohne Funktion ist, so daß in einer abgeänderten Ausführungsform dieser Ring­ körper 20 und das Torsionselement 12 für die Drehwinkelmeßeinrichtung entfallen können und die Drehwinkelmeßeinrichtung an irgendeiner Stelle der Welle angebracht werden kann, wobei die Welle dort lediglich mit dem mit Außengewinde 40 versehenen Ringkör­ per 22 ausgebildet ist.

Fig. 6 zeigt einen Axialschnitt durch eine Ausführungsform, in der die Drehmomentmeß­ einrichtung und die Drehwinkelmeßeinrichtung zusammengefaßt sind. Funktionsähnliche Bauteile sind wiederum mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wie in den vorhergehen­ den Ausführungsformen.

Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Fig. 4 und ähnlich wie bei der Ausführungs­ form gemäß Fig. 2 ist am Ringkörper 20 eine Lichtquelle 24 angebracht, deren Licht auf einen Strahlenteiler bzw. halbdurchlässigen Spiegel 62 fällt, der an den mit Außengewinde 40 versehenen Ringkörper 22 mittels einer Konsole 64 angebracht ist. Von dem Spiegel 62 wird ein Teil des Lichts auf den ebenfalls an dem Ringkörper 22 angebrachten Licht­ empfänger 56 radial nach außen geleitet, wobei sich in den Lichtweg die Ringblende 52 wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 4 mehr oder weniger weit hineinbewegt. Ein Teil des Lichts durchstrahlt den halbdurchlässigen Spiegel 62 und gelangt auf einen Licht­ empfänger 28, der wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 2 an dem Ringkörper 22 an­ gebracht ist.

Die Funktion der Anordnung ist folgende:
Bei drehmomentfreier Drehung der Welle 10 verändert sich die Winkellage zwischen der Lichtquelle 24 und dem Lichtempfänger 28 nicht, wohingegen sich die Ringblende 52 je nach Drehung zunehmend in das gespiegelte Lichtbündel bewegt und den Lichtempfänger 56 mehr oder weniger weit abdeckt, so daß das Ausgangssignal des Lichtempfängers 56 ein Maß für die Verdrehung der Welle 10 bildet. Wirkt ein Drehmoment, so tordiert das Torsionselement 12, wodurch sich die Menge des auf den Lichtempfänger 28 gelangenden Lichts ändert und aus dem Ausgangssignal des Lichtempfängers 28 das wirksame Torsions­ moment hergeleitet werden kann. Die durch die Torsion bedingte Verdrehung zwischen der Lichtquelle 24 und dem halbdurchlässigen Spiegel 62 ist im wesentlichen ohne Einfluß auf die auf den Lichtempfänger 56 gelangende Lichtmenge, so daß das Drehwinkelsignal, das die Drehstellung der Welle 10 angibt, durch das Drehmoment nicht verfälscht wird.

Es versteht sich, daß die Anordnung gemäß Fig. 6, die mit einer einzigen Lichtquelle aus­ kommt, auch derart abgeändert werden könnte, daß für den Lichtempfänger 56 eine eigene Lichtquelle ähnlich der Lichtquelle 54 der Fig. 4 vorgesehen wird, so daß der Spiegel 62 entfallen kann.

Ein weiterer Unterschied zwischen der Ausführungsform gemäß Fig. 6 und der der Fig. 4 liegt darin, daß bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 die Hülse 50 mit einem Ring­ flansch 64 versehen ist, in dem die Welle 10 mittels Radiallagern 66 gelagert ist. Auf diese Weise ist eine einwandfreie Zentrierung gewährleistet. Die Lagerung der Welle 10 könnte auch über einen an der Buchse 42 ausgebildeten Bund erfolgen.

Es versteht sich, daß vielfältige Abwandlungen der beschriebenen Ausführungsformen hin­ sichtlich der verwendeten Lichtquellen, ggf. eingesetzten Abbildungsoptiken, Lichtempfän­ gern, Lagerung der Welle bzw. der Wellenteile an der ortsfesten Hülse usw. möglich sind.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum gleichzeitigen Messen eines an einer Welle wirksamen Dreh­ moments sowie des Drehwinkels der Welle, enthaltend
einen ersten Wellenteil (16) und einen zweiten Wellenteil (18), die über ein Torsionselement (12) miteinander verbunden sind,
eine Drehmomentmeßeinrichtung mit einer Lichtquelle (24, 26), deren Licht­ bündel in Abhängigkeit der Relativdrehung zwischen den beiden Wellenteilen auf einen Lichtempfänger (28, 30) zum Erzeugen eines vom an der Welle wirksamen drehmoment­ abhängigen Drehmomentssignals fällt, und
eine Drehwinkelmeßeinrichtung mit einer Lichtquelle (54; 24), deren Lichtbün­ del in Abhängigkeit von der Drehung der Wellenteile auf einen Lichtempfänger (56) zum Erzeugen eines vom Drehwinkel der Welle abhängigen Drehwinkelsignals fällt,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Bauteil (42) vorgesehen ist, das eine der Drehung der Welle (10) entspre­ chende lineare Bewegung ausführt und im Weg des auf den Lichtempfänger (56) zum Er­ zeugen eines von dem Drehwinkel der Welle abhängigen Signals fallenden Lichtbündels angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil eine an einer ortsfesten Führung (46, 48) verschiebbar geführte Buchse (42) ist, die von der Welle (10) durchdrungen ist und ein Innengewinde (44) aufweist, das mit einem an einem der Wellenteile ausgebildeten Außengewinde (40) kämmt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ende der Buchse (42) einen rückwärtsgebogenen, insgesamt U-förmigen Querschnitt aufweist, des­ sen freies Ende eine Ringblende (52) bildet, die in das radial gerichtete Lichtbündel ein­ ragt, welches auf den Lichtempfänger (56) zum Erzeugen des Drehwinkelsignals auftrifft, welcher Lichtempfänger an dem mit dem Außengewinde (40) ausgebildeten Wellenteil (18) angebracht ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an einem (16) der Wellenteile (16, 18) eine Lichtquelle (24, 26) angebracht ist, deren Lichtbündel auf den an dem anderen Wellenteil (18) angebrachten Lichtempfänger (28, 30) zum Erzeugen des Drehmomentsignals fällt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfän­ ger zum Erzeugen des Drehmomentsignals als Differentialsensor mit wenigstens zwei Meß­ feldern (32, 34) ausgebildet ist, die bei nicht mit Drehmoment beaufschlagter Welle von dem Lichtbündel in gleicher Weise beleuchtet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger (56) zum Erzeugen des Drehwinkelsignals und die ihm zugeordnete Lichtquelle (54) an demselben Wellenteil (18) angebracht sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dem Lichtempfänger (28) zum Erzeugen des Drehmomentsignals und die dem Licht­ empfänger (56) zum Erzeugen des Drehwinkelsignals zugeordneten Lichtquellen durch eine einzige Lichtquelle (24) gebildet sind, die an einem (16) der Wellenteile (16, 18) ange­ bracht ist, und daß ein Strahlenteiler (62) vorgesehen ist, der das von der Lichtquelle abge­ strahlte Lichtbündel in zwei Lichtbündel unterteilt, von denen je eines auf einen der Licht­ empfänger trifft.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Lichtempfänger (56) zum Erzeugen des Drehwinkelsignals zwei Sensoreinheiten (58, 60) aufweist, von denen eine (60) für eine hohe Meßempfindlichkeit um einen mittleren Drehwinkelbereich herum ausgelegt ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) beidseitig des Torsionselements (12) mit je einem Ringkörper (20, 22) mit gegenüber dem Torsionselement (12) größerem Querschnitt ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Wel­ le (10) und der Buchse (42) und/oder einem mit der ortsfesten Führung ausgebildeten Bau­ teil (50) ein Radiallager (66) vorgesehen ist.