DE19935195C1 - Contactless torque measuring device for drive shaft of setting drive uses elastic coupling between measuring shaft and coaxial sleeve permitting relative rotation dependent on torque - Google Patents
Contactless torque measuring device for drive shaft of setting drive uses elastic coupling between measuring shaft and coaxial sleeve permitting relative rotation dependent on torqueInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung des Drehmoments einer Welle in einem Antrieb.The invention relates to a device for contactless measurement of the Torque of a shaft in a drive.
Es ist allgemein bekannt, zur Messung des Drehmoments einer Welle die kraftabhängige Torsion eines Drehstabes zu messen. Regelmäßig sind dazu die Meßwertaufnehmer zur Umwandlung der Torsion des Drehstabes in ein weiterverarbeitbares elektrisches Signal direkt auf dem Drehstab montiert. Daraus resultiert das Problem, das elektrische Signal von dem auf dem Drehstab mitrotierenden Meßwertaufnehmern zu einer ortsfesten Einrichtung zur Weiterverarbeitung und Anzeige zu übertragen.It is generally known to measure the torque of a shaft to measure force-dependent torsion of a torsion bar. These are regular Transducer for converting the torsion of the torsion bar into a Processable electrical signal mounted directly on the torsion bar. Out of it the problem arises, the electrical signal from that on the torsion bar co-rotating transducers to a stationary device for Subsequent processing and notification.
Dazu ist aus der DE 42 32 993 eine Vorrichtung zur Messung der Torsion und/oder einer relativen Winkelbewegung bekannt, bei der die Signalübertragung von der rotierenden Welle zu einer ortsfesten Einrichtung induktiv erfolgt.For this purpose, DE 42 32 993 describes a device for measuring torsion and / or a relative angular movement in which the signal transmission from the rotating shaft takes place inductively to a fixed device.
Aus dem Prospekt der Fa. Hottinger Baldwin Meßtechnik "Drehmomentaufnehmer von HBM" ist darüber hinaus bekannt, das elektrische Drehmomentsignal kapazitiv zu übertragen.From the Hottinger Baldwin Meßtechnik brochure "Torque transducers from HBM "is also known to capacitively increase the electrical torque signal transfer.
In der DE 198 48 068 ist eine Vorrichtung zur Drehmomentmessung an rotierenden Drehwellen angegeben, bei der an mindestens zwei Stellen die Drehbewegung des Drehstabes mit axial versetzten Reflektorsystemen mit ortsfesten Sendern und Empfängern optisch abgetastet wird.DE 198 48 068 describes a device for measuring torque on rotating Rotary shafts specified, in which the rotational movement of the Torsion bar with axially offset reflector systems with fixed transmitters and Receivers is optically scanned.
Aus der DE 197 45 823 ist eine Vorrichtung zum gleichzeitigen Messen von Drehmoment und Drehwinkel bekannt, bei der der Drehstab koaxial in die einander axial gegenüberliegende Antriebs- und Abtriebswelle integriert ist.DE 197 45 823 describes a device for the simultaneous measurement of Torque and angle of rotation are known in which the torsion bar coaxially into each other axially opposite input and output shaft is integrated.
Weiterhin wird bei Drehmomentaufnehmern nach dem Torsionsprinzip das geringe Verhältnis von Überlastfestigkeit zur Auflösung des Drehmomentmeßwerts als nachteilig angesehen, die darin begründet ist, daß zum meßbaren Nachweis eines applizierten Drehmoments eine gewisse Torsion des Drehstabes zugelassen werden muß, die wegen der begrenzten Materialfestigkeit bei das Nennmoment weit übersteigender Überlast zum Bruch des Drehstabes führt.Furthermore, the torque sensor is based on the torsion principle Ratio of overload resistance to the resolution of the torque measurement as considered disadvantageous, which is due to the fact that for the measurable detection of a applied torque a certain torsion of the torsion bar are allowed must, because of the limited material strength at the nominal torque far excessive overload leads to breakage of the torsion bar.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur berührungslosen Messung des Drehmoments einer Welle in einem Antrieb anzugeben, die eine hohe Auflösung des Drehmomentmeßwertes erlaubt und trotzdem eine große Überlastfestigkeit gegenüber dem Nennmoment aufweist.The invention is therefore based on the object of a device for contactless Measurement of the torque of a shaft in a drive to indicate a high Resolution of the torque measurement allowed and still a large one Has overload resistance to the nominal torque.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Mitteln des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Patentansprüchen 2 bis 6 beschrieben.According to the invention, this object is achieved with the means of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are in claims 2 to 6 described.
Das Wesen der Erfindung besteht darin, eine Meßwelle und eine koaxial auf dieser Meßwelle verdrehbar und axial fixiert angeordnete Hülse drehelastisch durch eine Mitnehmeranordnung mit einem radial angeordneten, elastischen Kraftübertragungselement zu verbinden. Die Mitnehmeranordnung besteht aus einem Mitnehmerzapfen, einer Mitnehmerscheibe und einem im wesentlichen ringförmigen, koaxial zur Meßwelle angeordneten Federelement.The essence of the invention is a measuring shaft and a coaxial on this Measuring shaft rotatable and axially fixed sleeve rotatably by a Driver arrangement with a radially arranged, elastic Power transmission element to connect. The driver arrangement consists of a Driver pin, a driver disk and an essentially ring-shaped, Spring element arranged coaxially to the measuring shaft.
Im Meßbereich der Drehmomentmessung ist der Mitnehmerzapfen gegen die Mitnehmerscheibe drehmomentabhängig gegen die Kraft des Federelements verdrehbar. Dabei ist der Verdrehwinkel des Mitnehmerzapfens gegen die Mitnehmerscheibe ein Maß für das übertragene Drehmoment. In the measuring range of the torque measurement, the driver pin is against the Driving disc depending on the torque against the force of the spring element rotatable. The angle of rotation of the driver pin against the Drive plate a measure of the torque transmitted.
Die dabei gegenüber dem Torsionsprinzip großen, realisierbaren Verdrehwinkel des Mitnehmerzapfens gegen die Mitnehmerscheibe gestatten eine hohe Auflösung des Drehmoments im Meßbereich.The large, realizable angle of rotation of the torsion principle Driver pin against the drive plate allow a high resolution of the Torque in the measuring range.
Der Verdrehwinkel der Mitnehmerscheibe gegen den Mitnehmerzapfen ist innerhalb der Mitnehmeranordnung mechanisch begrenzt. Dadurch wird bei den Meßbereich überschreitenden, übertragenen Drehmomenten jede Überlastung der Kraftübertragungselemente vermieden.The angle of rotation of the drive plate against the drive pin is within the driver arrangement mechanically limited. This will result in the measuring range transmitted torque exceeding any overload Power transmission elements avoided.
Im einzelnen ist vorgesehen, daß die Mitnehmerscheibe für mindestens eine Verdrehrichtung einen Anschlag zur Aufnahme des Mitnehmerzapfens aufweist. Vorzugsweise weist die Mitnehmerscheibe symmetrisch zur momentenfreien Ruhelage zwei Anschläge zur Aufnahme des Mitnehmerzapfens auf, so daß das übertragene Drehmoment unabhängig vom Drehsinn des Antriebs über den vorgebbaren Meßbereich meßbar ist und bei den Meßbereich überschreitenden, übertragenen Drehmomenten unabhängig vom Drehsinn des Antriebs jede Überlastung der Kraftübertragungselemente vermieden wird.In particular, it is provided that the drive plate for at least one Direction of rotation has a stop for receiving the driver pin. The drive plate preferably has a symmetrical position with respect to the moment-free rest position two stops for receiving the driver pin, so that the transmitted Torque regardless of the direction of rotation of the drive via the specifiable Measuring range is measurable and transmitted when the measuring range is exceeded Torques regardless of the direction of rotation of the drive any overload of the Power transmission elements is avoided.
Die Meßwelle und die Hülse weisen jeweils einen Drehgeber auf, denen jeweils ein ortsfester Sensor zugeordnet ist. Mit den Sensoren wird die Drehbewegung der Meßwelle und der Hülse separat abgetastet und in elektrische Signale umgewandelt. Vorzugsweise werden dabei Pulssignale erzeugt, wobei ein Puls einem vorgebbaren, absoluten Drehwinkel entspricht. Ausgehend von der momentenfreien Ruhelage wird die Pulsdifferenz zwischen der Anzahl der fortlaufend erzeugten Pulse der Drehgeber der Meßwelle und der Hülse ermittelt, die ein Maß des Verdrehwinkels zwischen der Meßwelle und der Hülse und damit ein Maß für das übertragene Drehmoment ist.The measuring shaft and the sleeve each have a rotary encoder, each one stationary sensor is assigned. With the sensors the rotary movement of the Measuring shaft and the sleeve scanned separately and converted into electrical signals. Pulse signals are preferably generated, a pulse being a predefinable, corresponds to the absolute angle of rotation. Starting from the moment-free rest position the pulse difference between the number of continuously generated pulses of the encoder the measuring shaft and the sleeve determined, which is a measure of the angle of rotation between the Measuring shaft and the sleeve and thus a measure of the transmitted torque.
Die Mitnehmeranordnung ist bezüglich der Kraftübertragungsrichtung symmetrisch aufgebaut. Dabei ist vorgesehen, daß der Mitnehmerzapfen mit der Meßwelle und die Mitnehmerscheibe mit der Hülse verbunden ist. Alternativ kann vorgesehen sein, daß der Mitnehmerzapfen mit der Hülse und die Mitnehmerscheibe mit der Meßwelle verbunden ist.The driver arrangement is symmetrical with respect to the direction of force transmission built up. It is provided that the driver pin with the measuring shaft and the Drive plate is connected to the sleeve. Alternatively, it can be provided that the driving pin with the sleeve and the driving disk with the measuring shaft connected is.
Vorteilhafterweise ist die gesamte Vorrichtung zur berührungslosen Messung des Drehmoments bezüglich der Kraftübertragungsrichtung symmetrisch aufgebaut. Es ist vorgesehen, daß die Meßwelle der Antrieb und die Hülse der Abtrieb der Vorrichtung sind. Alternativ kann vorgesehen sein, daß die Meßwelle der Abtrieb und die Hülse der Antrieb der Vorrichtung sind.The entire device for the contactless measurement of the Torque constructed symmetrically with respect to the direction of power transmission. It is provided that the measuring shaft of the drive and the sleeve of the output of the device are. Alternatively, it can be provided that the measuring shaft of the output and the sleeve of the Drive the device.
Die Erfindung wird nachstehend am Beispiel eines Stellantriebs näher erläutert. Die dazu erforderlichen Zeichnungen zeigen:The invention is explained below using the example of an actuator. The necessary drawings show:
Fig. 1 eine Ansicht eines Stellantriebs mit einer Drehmomentmeßeinrichtung Fig. 1 is a view of an actuator with a torque measuring device
Fig. 2 eine explosive, teilweise geschnittene Detaildarstellung mechanischer Anschlüsse Fig. 2 is an explosive, partially sectioned detailed representation of mechanical connections
Fig. 3 eine geschnittene Detaildarstellung der Kraftmeßeinrichtung Fig. 3 is a sectional detailed view of the force measuring device
Fig. 4 eine axiale Ansicht der Mitnehmeranordnung Fig. 4 is an axial view of the driver arrangement
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung der elektrischen Einrichtungen in gefäßgebundener Zuordnung Fig. 5 shows a schematic diagram of the electrical devices in vessel-related assignment
In Fig. 1 ist ein Stellantrieb bestehend aus einem Elektromotor 1, einer Kraftmeßeinrichtung 2 und einem Getriebe 3 dargestellt. Dabei ist die Kraftmeßeinrichtung 2 zwischen dem Elektromotor 1 und dem Getriebe 3 angeordnet. Der Stellantrieb steht mit einer Armatur 4 in Wirkverbindung, die als Ventil, Klappe, Schieber oder dergleichen ausgeführt sein kann.In Fig. 1, an actuator consisting of an electric motor 1 , a force measuring device 2 and a gear 3 is shown. The force measuring device 2 is arranged between the electric motor 1 and the transmission 3 . The actuator is operatively connected to a valve 4 , which can be designed as a valve, flap, slide or the like.
Der Elektromotor 1 weist einen Anschlußflansch 12 auf. Das Getriebe 3 weist einen Anschlußflansch 32 auf, dessen Geometrie zu dem Anschlußflansch 12 des Elektromotors 1 passend ausgeführt ist.The electric motor 1 has a connecting flange 12 . The gear 3 has a connecting flange 32 , the geometry of which is designed to match the connecting flange 12 of the electric motor 1 .
Die Kraftmeßeinrichtung 2 ist mit einem motorseitigen Anschlußflansch 22 und einem getriebeseitigen Anschlußflansch 23 ausgestattet. Dabei weist der motorseitige Anschlußflansch 22 dieselbe Geometrie wie der Anschlußflansch 32 des Getriebes 3 auf. Der getriebeseitige Anschlußflansch 23 weist dieselbe Geometrie wie der Anschlußflansch 12 des Elektromotors 1 auf. Bezüglich ihrer äußeren Anschlußparameter paßt die Kraftmeßeinrichtung 2 exakt zwischen das Getriebe 3 und den Elektromotor 1.The force measuring device 2 is equipped with a motor-side connection flange 22 and a transmission-side connection flange 23 . The motor-side connection flange 22 has the same geometry as the connection flange 32 of the transmission 3 . The transmission-side connection flange 23 has the same geometry as the connection flange 12 of the electric motor 1 . With regard to its external connection parameters, the force measuring device 2 fits exactly between the gear 3 and the electric motor 1 .
Das Getriebe 3 ist mit einem Anschlußkasten 33 zum Anschluß von externen Anschlußkabeln 5 ausgestattet. Die Anschlußkabel 5 dienen in getrennter Verlegung zur Versorgung des Stellantriebs mit elektrischer Energie und zur Signalübertragung.The gear 3 is equipped with a connection box 33 for connecting external connection cables 5 . The connecting cables 5 are used in separate laying to supply the actuator with electrical energy and for signal transmission.
Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ist in Fig. 2 eine explosive, teilweise geschnittene Detaildarstellung der mechanischen Anschlüsse der Elemente des Stellantriebs gezeigt.Using the same reference numerals for the same means, an explosive, partially sectioned detailed illustration of the mechanical connections of the elements of the actuator is shown in FIG. 2.
Der Elektromotor 1 weist eine Abtriebswelle 11 mit einem Abtriebswellenstumpf 111 auf. Das Getriebe 3 weist eine Antriebswelle 31 mit einem Antriebswellenstumpf 311 auf. Die Wellenstümpfe 111 und 311 sind mit zueinander komplementären Kraftübertragungsmitteln ausgestattet. Die zueinander komplementären Kraftübertragungsmittel sind vereinfacht als radiale Nut-Feder-Kombination dargestellt.The electric motor 1 has an output shaft 11 with an output shaft stub 111 . The transmission 3 has a drive shaft 31 with a drive shaft stub 311 . The stub shafts 111 and 311 are equipped with complementary power transmission means. The complementary power transmission means are shown in simplified form as a radial tongue and groove combination.
Die Kraftmeßeinrichtung 2 ist mit einer Meßwelle 21 ausgestattet, deren Wellenstümpfe 212, 213 zueinander komplementäre Kraftübertragungsmittel aufweisen. Dabei weist das Kraftübertragungsmittel am getriebeseitigen Wellenstumpf 213 dieselbe Geometrie wie das Kraftübertragungsmittel am Abtriebswellenstumpf 111 der Abtriebswelle 11 des Elektromotors 1 auf und das Kraftübertragungsmittel am motorseitigen Wellenstumpf 212 weist dieselbe Geometrie wie das Kraftübertragungsmittel am Antriebswellenstumpf 311 der Antriebswelle 31 des Getriebes 3 auf. Dabei umfaßt die Geometrie sowohl die Lage und die Abmessungen des jeweiligen Kraftübertragungsmittels bezüglich des jeweiligen Wellenstupfes 111, 212, 213 und 311 als auch bezüglich des korrespondierenden Anschlußflansches 12, 22, 23 und 32.The force measuring device 2 is equipped with a measuring shaft 21 , the stub shafts 212 , 213 of which have complementary force transmission means. The force transmission means on the transmission-side stub shaft 213 has the same geometry as the force transmission means on the output-shaft stump 111 of the output shaft 11 of the electric motor 1 , and the force transmission means on the motor-side shaft stub 212 has the same geometry as the force transmission means on the drive shaft stump 311 of the drive shaft 31 of the transmission 3 . The geometry includes both the position and the dimensions of the respective power transmission means with respect to the respective shaft stub 111 , 212 , 213 and 311 and also with respect to the corresponding connecting flange 12 , 22 , 23 and 32 .
Dadurch wird erreicht, daß der Motor 1 und das Getriebe 3 mit und ohne Zwischenordnung der Kraftmeßeinrichtung 2 mechanisch und bezüglich der Kraftübertragung zueinander passen. Dabei ist der modulare Aufbau des elektromotorischen Antriebs besonders vorteilhaft. Folglich reduziert sich die Anzahl vorzuhaltender Varianten, Einzelteile und Ersatzteile. It is thereby achieved that the motor 1 and the transmission 3 with and without the intermediate arrangement of the force measuring device 2 fit mechanically and with respect to the transmission of force. The modular structure of the electric motor drive is particularly advantageous. As a result, the number of variants, individual parts and spare parts to be kept is reduced.
Im einzelnen weist die Meßwelle 21 der Kraftmeßeinrichtung 2 gemäß Fig. 3 eine gegen die Meßwelle 21 koaxial verdrehbar gelagerte Hülse 211 auf, die den getriebeseitigen Wellenstumpf 213 mit dem zur Antriebswelle 31 des Getriebes 3 komplementären Kraftübertragungsmittel umfaßt. Die Meßwelle 21 und die Hülse 211 sind über eine Mitnehmeranordnung 24 bestehend aus einem Mitnehmerzapfen 241, einer Mitnehmerscheibe 242 und einem Federelement 243 drehelastisch miteinander verbunden. Dabei ist der Mitnehmerzapfen 241 fest mit der Meßwelle 21 und die Mitnehmerscheibe 242 fest mit der Hülse 211 verbunden. Alternativ kann vorgesehen sein, den Mitnehmerzapfen 241 fest mit der Hülse 211 und die Mitnehmerscheibe 242 fest mit der Meßwelle 21 zu verbinden.In detail, the measuring shaft 21 of the force measuring device 2 according to FIG. 3 has a sleeve 211 which is mounted coaxially rotatably against the measuring shaft 21 and which comprises the shaft end 213 on the transmission side with the force transmission means complementary to the drive shaft 31 of the transmission 3 . The measuring shaft 21 and the sleeve 211 are connected to one another in a torsionally elastic manner via a driver arrangement 24 consisting of a driver pin 241 , a driver disk 242 and a spring element 243 . The driving pin 241 is firmly connected to the measuring shaft 21 and the driving plate 242 is fixed to the sleeve 211 . Alternatively, provision can be made to firmly connect the driver pin 241 to the sleeve 211 and the driver disk 242 to the measuring shaft 21 .
Darüber hinaus ist mit der Meßwelle 21 und der Hülse 211 jeweils ein Drehgeber 26 fest verbunden. Jedem Drehgeber 26 ist jeweils ein Sensor 25 zugeordnet, der ortsfest im Gehäuse 20 der Kraftmeßeinrichtung 2 angeordnet ist. Die Drehgeber 26 weisen an ihrem Umfang Markierungen auf, die mit den Sensoren 25 abgetastet werden. Im einzelnen ist vorgesehen, die Drehgeber 26 als Inkrementalgeber auszuführen.In addition, a rotary encoder 26 is firmly connected to the measuring shaft 21 and the sleeve 211 . Each rotary encoder 26 is assigned a sensor 25 , which is arranged in a stationary manner in the housing 20 of the force measuring device 2 . The rotary encoders 26 have markings on their circumference which are scanned by the sensors 25 . In particular, it is provided to design the rotary encoder 26 as an incremental encoder.
Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ist in Fig. 4 eine axiale Ansicht der Mitnehmeranordnung 24 dargestellt. Die Mitnehmerscheibe 242 weist eine im wesentlichen kreisförmige Gestalt mit einem kreisringsegmentförmigen Auschnitt auf. Innerhalb dieses Ausschnitts ist der Mitnehmerzapfen 241 ausgehend von der Ruhelage in beide Richtungen um jeweils einen Verdrehwinkel 244 gegen die Mitnehmerscheibe 242 bis zu jeweils einem Anschlag 2423 verdrehbar. Am Rand des Ausschnitts ist mittig ein Mitnehmerblock 2421 angeordnet.Using the same reference numbers for the same means, an axial view of the driver arrangement 24 is shown in FIG. 4. The drive plate 242 has an essentially circular shape with a cutout in the form of an annular segment. Within this section, the driver pin 241 can be rotated from the rest position in both directions by an angle of rotation 244 against the driver disk 242 up to a stop 2423 in each case. A driver block 2421 is arranged centrally on the edge of the cutout.
Das Federelement 243 hat im wesentlichen die Gestalt eines offenen Ringes mit eingestülpten Enden. Die eingestülpten Enden umschließen den Mitnehmerzapfen 241 und den auf der Mitnehmerscheibe 242 angeordneten Mitnehmerblock 2421 im Ruhezustand beidseitig. In Abhängigkeit von der über die Kraftmeßeinrichtung 2 übertragenen Kraft wird die Meßwelle 21 mit dem Mitnehmerzapfen 241 gegen die Kraft des Federelements 243 gegenüber der Hülse 211 mit der Mitnehmerscheibe 242 verdreht. Dabei sitzt eines der eingestülpten Enden des Federelements 243 auf dem Mitnehmerzapfen 241 und das andere eingestülpte Ende Federelements 243 auf dem Mitnehmerblock 2421. Die Verdrehung des Mitnehmerzapfens 241 gegenüber der Mitnehmerscheibe 242 ist bei Erreichen des maximalen Verdrehwinkels 244 durch die Anschläge 2423 begrenzt. Dabei wird der Umfang beziehungsweise der Radius des im wesentlichen ringförmigen Federelements 243 aufgeweitet.The spring element 243 has essentially the shape of an open ring with turned ends. The indented ends enclose the driver pin 241 and the driver block 2421 arranged on the driver disk 242 on both sides in the idle state. Depending on the force transmitted via the force measuring device 2 , the measuring shaft 21 is rotated with the driver pin 241 against the force of the spring element 243 relative to the sleeve 211 with the driver disk 242 . One of the indented ends of the spring element 243 is seated on the driver pin 241 and the other end of the spring element 243 is on the driver block 2421 . The rotation of the driving pin 241 with respect to the driving disk 242 is limited by the stops 2423 when the maximum rotation angle 244 is reached. The circumference or the radius of the essentially annular spring element 243 is expanded.
Das Federelement 243 ist mit einer Halterung 2422 beweglich auf der Mitnehmerscheibe 242 geführt. Gemäß der Darstellung in Fig. 4 ist die Halterung 2422 durch eine Mehrzahl von sich radial erstreckenden Klammern unter Bildung von radial ausgerichteten Schlitzen ausgeführt. Die Länge der Schlitze ist mindestens so groß wie der Zuwachs des Radius des Federelements 243 bei Erreichen des maximalen Verdrehwinkels 244 zuzüglich der Materialstärke des Federelements 243.The spring element 243 is movably guided on the drive plate 242 with a holder 2422 . As shown in Fig. 4, the bracket 2422 is formed by a plurality of radially extending brackets to form radially aligned slots. The length of the slots is at least as large as the increase in the radius of the spring element 243 when the maximum angle of rotation 244 is reached plus the material thickness of the spring element 243 .
Alternativ kann vorgesehen sein, die Halterung 2422 als radial umlaufende Nut in der Mitnehmerscheibe 242 auszubilden. Dabei ist die Tiefe der umlaufenden Nut mindestens so groß wie der Zuwachs des Radius des Federelements 243 bei Erreichen des maximalen Verdrehwinkels 244 zuzüglich der Materialstärke des Federelements 243.Alternatively, provision can be made for the holder 2422 to be designed as a radially circumferential groove in the drive plate 242 . The depth of the circumferential groove is at least as large as the increase in the radius of the spring element 243 when the maximum angle of rotation 244 is reached plus the material thickness of the spring element 243 .
Die Relativbewegung zwischen den auf der Meßwelle 21 und der Hülse 211 angeordneten Drehgebern 26 ist ein Maß für die vom Elektromotor 1 zum Getriebe 3 übertragene Kraft. Ausgehend von der Ruhelage ohne Kraftübertragung werden mit den Sensoren 25 die Drehung der Meßwelle 21 und die Drehung der Hülse 211 zunächst separat erfaßt und durch fortlaufende Subtraktion die aktuelle Drehwinkeldifferenz ermittelt. Die ermittelte Drehwinkeldifferenz ist ein Abbild der Relativbewegung zwischen den auf der Meßwelle 21 und der Hülse 211 angeordneten Drehgebern 26. Das Vorzeichen der ermittelten Drehwinkeldifferenz gibt dabei die Drehrichtung der Meßwelle 21 und der Hülse 211 an.The relative movement between the rotary encoders 26 arranged on the measuring shaft 21 and the sleeve 211 is a measure of the force transmitted from the electric motor 1 to the transmission 3 . Starting from the rest position without power transmission, the sensors 25 first separately detect the rotation of the measuring shaft 21 and the rotation of the sleeve 211 , and the current difference in rotational angle is determined by continuous subtraction. The determined angle of rotation difference is an image of the relative movement between the rotary encoders 26 arranged on the measuring shaft 21 and the sleeve 211 . The sign of the determined angle of rotation difference indicates the direction of rotation of the measuring shaft 21 and the sleeve 211 .
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist in Abhängigkeit von der Teilung der Markierungen auf dem Drehgeber 26 auf der Hülse 211 aus dem Signal des diesem Drehgeber 26 zugeordneten Sensors 25 die Drehzahl des Antriebs des Getriebes 3 ableitbar.In an advantageous embodiment of the invention, depending on the division of the markings on the rotary encoder 26 on the sleeve 211, the speed of the drive of the transmission 3 can be derived from the signal of the sensor 25 assigned to this rotary encoder 26 .
Vorteilhafterweise ist die Mitnehmeranordnung 24 von sehr kurzer axialer Baulänge. Folglich wird der Überhang der aus dem Elektromotor 1 und der Kraftmeßeinrichtung 2 gebildeten, an das Getriebe 3 angeflanschten Kombination gegenüber dem durch den Elektromotor 1 allein gebildeten Überhang nur unwesentlich erhöht. Dadurch wird die nachträgliche Integrierbarkeit der Kraftmeßeinrichtung 2 in einen Stellantrieb ohne Kraftmessung unterstützt.The driver arrangement 24 is advantageously of a very short axial length. As a result, the overhang of the combination formed by the electric motor 1 and the force measuring device 2 and flanged to the gear 3 is increased only insignificantly compared to the overhang formed by the electric motor 1 alone. This supports the ability to subsequently integrate the force measuring device 2 into an actuator without force measurement.
Darüber hinaus ist die Kraftmeßeinrichtung 2 überlastfest. Der vorgesehene Meßbereich für die Kraftmessung ist durch den Ausschnitt in der Mitnehmerscheibe 242 zur Freigabe des Verdrehwinkels 244 vorgegeben. Darüber hinausgehende Kräfte beanspruchen nicht mehr das kraftübertragende Federelement 243 sondern werden direkt von dem Mitnehmerzapfen 241 über den Anschlag 2423 als Hartlage auf die Mitnehmerscheibe 242 übertragen. Eine Überlastung des kraftübertragenden Federelements 243 ist damit ausgeschlossen.In addition, the force measuring device 2 is overload-proof. The measuring range provided for the force measurement is predetermined by the cutout in the drive plate 242 for releasing the angle of rotation 244 . Forces exceeding this no longer stress the force-transmitting spring element 243 but are transmitted directly from the driver pin 241 via the stop 2423 as a hard position to the driver disk 242 . An overload of the force-transmitting spring element 243 is therefore excluded.
Der vorgebbare und vergleichsweise große Verdrehwinkel 244 bewirkt in vorteilhafter Weise trotz begrenzter Auflösung der Markierungen auf den Drehgebern 26 eine hohe Auflösung im Meßbereich der Kraftmessung.The predeterminable and comparatively large angle of rotation 244 advantageously brings about a high resolution in the measuring range of the force measurement, despite the limited resolution of the markings on the rotary encoders 26 .
Unter Verwendung gleicher Bezugszeichen für gleiche Mittel ist in Fig. 5 eine Prinzipdarstellung der elektrischen Einrichtungen in gefäßgebundener Zuordnung gezeigt. Ausgehend von dem Anschlußkasten 33 zum Anschluß externer Anschlußkabel 5 ist im Inneren des Getriebes 3 ein Hauptkabel 35 an eine Antriebssteuereinheit 34 geführt. Die Antriebssteuereinheit 34 umfaßt Mittel zur gesteuerten Stromversorgung des Elektromotors 1, zur Auswertung der Drehinformationen aus der Kraftmeßeinrichtung 2 und zur Auswertung der Position des Stellglieds auf.Using the same reference numerals for the same means, FIG. 5 shows a basic illustration of the electrical devices in a vessel-specific assignment. Starting from the connection box 33 for connecting external connection cable 5 , a main cable 35 is guided to a drive control unit 34 in the interior of the transmission 3 . The drive control unit 34 comprises means for the controlled power supply of the electric motor 1 , for evaluating the rotation information from the force measuring device 2 and for evaluating the position of the actuator.
Die Antriebssteuereinheit 34 ist mittels eines Motoranschlußkabels 14 mit den Motorwicklungen 13 des Elektromotors 1 verbunden. Dabei ist das Motoranschlußkabel 14 im Inneren des Getriebes 3 und im Inneren durch die Kraftmeßeinrichtung 2 geführt. Im Inneren der Kraftmeßeinrichtung 2 ist das Motoranschlußkabel 14 durch die durchgehende Leitungsdurchführung 27 verlegt.The drive control unit 34 is connected to the motor windings 13 of the electric motor 1 by means of a motor connection cable 14 . The motor connection cable 14 is guided inside the transmission 3 and inside by the force measuring device 2 . In the interior of the force measuring device 2 , the motor connection cable 14 is laid through the continuous line bushing 27 .
Weiterhin sind die Sensoren 25 über das Sensoranschlußkabel 251 an die Antriebssteuereinheit 34 angeschlossen. Das Sensoranschlußkabel 251 ist im Inneren des Getriebes 3 verlegt. Furthermore, the sensors 25 are connected to the drive control unit 34 via the sensor connection cable 251 . The sensor connection cable 251 is laid inside the transmission 3 .
Schließlich ist im Inneren des Getriebes 3 ein Positionsdetektor 36 zur Erfassung der aktuellen Position des Stellgliedes angeordnet, der über ein im Inneren des Getriebes 3 geführtes Detektoranschlußkabel 37 mit der Antriebssteuereinheit 34 verbunden ist.Finally, a position detector, in the interior of the transmission 3 is 36 arranged for detecting the current position of the actuator which is connected via a guided inside the transmission 3 detector cable 37 to the drive control unit 34th
Ausgehend vom Anschlußkasten 33 sind alle Verbindungsleitungen 14, 251, 35 und 37 zur elektrischen Verbindung der Hauptbestandteile des Antriebs ausschließlich im Inneren des Antriebs geführt. Vorteilhafterweise sind dadurch über den notwendigen Anschlußkasten 33 hinausgehende, durch die Außenwand des Antriebs geführte elektrische Leitungen vermieden. Starting from the junction box 33 , all connecting lines 14 , 251 , 35 and 37 for the electrical connection of the main components of the drive are routed exclusively inside the drive. Advantageously, electrical lines which extend beyond the necessary junction box 33 and are guided through the outer wall of the drive are avoided.
11
Elektromotor
Electric motor
1010th
Motorgehäuse
Motor housing
1111
Abtriebswelle
Output shaft
111111
Abtriebswellenstumpf
Output shaft stump
1212th
Anschlußflansch
Connecting flange
1313
Motorwicklung
Motor winding
1414
Motoranschlußkabel
Motor connection cable
22nd
Kraftmeßeinrichtung
Force measuring device
2020th
Gehäuse
casing
2121
Meßwelle
Measuring shaft
211211
Hülse
Sleeve
212212
, ,
213213
Meßwellenstumpf
Stub shaft
2222
motorseitiger Anschlußflansch
motor-side connection flange
2323
getriebeseitiger Anschlußflansch
gearbox-side connection flange
2424th
Mitnehmeranordnung
Driver arrangement
241241
Mitnehmerzapfen
Driver pin
242242
Mitnehmerscheibe
Drive plate
24212421
Mitnehmerblock
Driver block
24222422
Halterung
bracket
24232423
Anschlag
attack
243243
Federelement
Spring element
244244
Verdrehwinkel
Angle of rotation
2525th
Sensor
sensor
251251
Sensoranschlußkabel
Sensor connection cable
2626
Drehgeber
Encoder
2727
Leitungsdurchführung
Cable entry
33rd
Getriebe
transmission
3030th
Getriebegehäuse
Gear housing
3131
Antriebswelle
drive shaft
311311
Antriebswellenstumpf
Stub shaft
3232
Anschlußflansch
Connecting flange
3333
Anschlußkasten
Junction box
3434
Antriebssteuereinheit
Drive control unit
3535
Hauptkabel
Main cable
3636
Positionsdetektor
Position detector
3737
Detektoranschlußkabel
Detector connection cable
44th
Armatur
Fitting
55
externes Anschlußkabel
external connection cable
Claims (6)
- - mit einer Meßwelle (21) und einer axial fixierten und koaxial zu der Meßwelle (21) verdrehbar angeordneten Hülse (211), wobei
- - die Meßwelle (21) und die Hülse (211) durch eine Mitnehmeranordnung (24) drehelastisch verbunden sind, und
- - die Mitnehmeranordnung (24) aus einem sich radial erstreckenden Mitnehmerzapfen (241), einer Mitnehmerscheibe (242) und einem koaxial zur Meßwelle (21) angeordneten Federelement (243) besteht, das die Gestalt eines offenen Ringes mit eingestülpten Enden hat, wobei die eingestülpten Enden den Mitnehmerzapfen umschließen,
- - so daß der Mitnehmerzapfen (241) im Meßbereich gegen die Mitnehmerscheibe (242) drehmomentabhängig gegen die Kraft des Federelements (243) verdrehbar ist,
- - wobei der Verdrehwinkel der Mitnehmerscheibe (242) gegen den Mitnehmerzapfen (241) innerhalb der Mitnehmeranordnung (24) mechanisch begrenzt ist und
- - die Meßwelle (21) und die Hülse (211) jeweils einen Drehgeber (26) aufweisen, denen jeweils ein ortsfester Sensor (25) zugeordnet ist und deren Drehbewegung durch die Sensoren (25) abtastbar ist.
- - With a measuring shaft ( 21 ) and an axially fixed and coaxial to the measuring shaft ( 21 ) rotatably arranged sleeve ( 211 ), wherein
- - The measuring shaft ( 21 ) and the sleeve ( 211 ) are rotatably connected by a driver arrangement ( 24 ), and
- - The driver assembly ( 24 ) consists of a radially extending driver pin ( 241 ), a driver plate ( 242 ) and a coaxial to the measuring shaft ( 21 ) arranged spring element ( 243 ), which has the shape of an open ring with inserted ends, the inserted Enclose the ends of the driver pin,
- - so that the driver pin ( 241 ) can be turned against the force of the spring element ( 243 ) in the measuring range against the driver disk ( 242 ), depending on the torque,
- - The angle of rotation of the driving plate ( 242 ) against the driving pin ( 241 ) within the driving arrangement ( 24 ) is mechanically limited and
- - The measuring shaft ( 21 ) and the sleeve ( 211 ) each have a rotary encoder ( 26 ), each of which is assigned a fixed sensor ( 25 ) and the rotational movement of which can be sensed by the sensors ( 25 ).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999135195 DE19935195C1 (en) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Contactless torque measuring device for drive shaft of setting drive uses elastic coupling between measuring shaft and coaxial sleeve permitting relative rotation dependent on torque |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1999135195 DE19935195C1 (en) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Contactless torque measuring device for drive shaft of setting drive uses elastic coupling between measuring shaft and coaxial sleeve permitting relative rotation dependent on torque |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19935195C1 true DE19935195C1 (en) | 2000-11-16 |
Family
ID=7916179
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1999135195 Expired - Fee Related DE19935195C1 (en) | 1999-07-27 | 1999-07-27 | Contactless torque measuring device for drive shaft of setting drive uses elastic coupling between measuring shaft and coaxial sleeve permitting relative rotation dependent on torque |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19935195C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003008747A1 (en) * | 2001-07-18 | 2003-01-30 | Robert Bosch Gmbh | Gear drive unit with speed measurement |
| DE102012217224B3 (en) * | 2012-09-25 | 2014-02-13 | SYSTEC Gesellschaft für Automatisierung, Systeme und Technische Dokumentation mbH | Measurement device for measuring rotational torque curve of e.g. knob for air conditioning apparatus installed in motor car, has input unit having guide which guides compensating element with bending of torque-transmitting element |
Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1204292A (en) * | 1915-12-18 | 1916-11-07 | Edmund B Mccormick | Torsion-dynamometer. |
| US1233269A (en) * | 1916-08-14 | 1917-07-10 | Perkins & Son Inc B F | Dynamometer. |
| US2007505A (en) * | 1931-04-11 | 1935-07-09 | Jr Marshall A Smith | Transmission dynamometer |
| US4492906A (en) * | 1980-10-15 | 1985-01-08 | Yaskawa Electric Mfg. Co., Ltd. | Electric motor |
| US4513627A (en) * | 1982-06-08 | 1985-04-30 | Nippon Soken, Inc. | Torque detector |
| DE3528147A1 (en) * | 1985-08-06 | 1987-03-05 | Karl Kessler | Torque sensor |
| DE4232993A1 (en) * | 1992-10-01 | 1994-04-14 | A B Elektronik Gmbh | Shaft torsion and=or relative angular motion measuring device - has two coil systems with annular coils and ring segments forming air gap |
| US5400663A (en) * | 1993-11-05 | 1995-03-28 | Bridges; Robert H. | Integral torsion sensor |
| GB2310291A (en) * | 1996-02-15 | 1997-08-20 | Kenwood Marks Ltd | Torque measuring coupling device |
| DE19745823A1 (en) * | 1997-10-16 | 1999-04-29 | Sensor Instr Gmbh | Torque and rotation angle measuring device e.g. for motor vehicle |
| DE19848068A1 (en) * | 1997-10-23 | 1999-04-29 | Siemens Ag | Rotating machines torque measurement method esp. for electric motors |
-
1999
- 1999-07-27 DE DE1999135195 patent/DE19935195C1/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US1204292A (en) * | 1915-12-18 | 1916-11-07 | Edmund B Mccormick | Torsion-dynamometer. |
| US1233269A (en) * | 1916-08-14 | 1917-07-10 | Perkins & Son Inc B F | Dynamometer. |
| US2007505A (en) * | 1931-04-11 | 1935-07-09 | Jr Marshall A Smith | Transmission dynamometer |
| US4492906A (en) * | 1980-10-15 | 1985-01-08 | Yaskawa Electric Mfg. Co., Ltd. | Electric motor |
| US4513627A (en) * | 1982-06-08 | 1985-04-30 | Nippon Soken, Inc. | Torque detector |
| DE3528147A1 (en) * | 1985-08-06 | 1987-03-05 | Karl Kessler | Torque sensor |
| DE4232993A1 (en) * | 1992-10-01 | 1994-04-14 | A B Elektronik Gmbh | Shaft torsion and=or relative angular motion measuring device - has two coil systems with annular coils and ring segments forming air gap |
| US5400663A (en) * | 1993-11-05 | 1995-03-28 | Bridges; Robert H. | Integral torsion sensor |
| GB2310291A (en) * | 1996-02-15 | 1997-08-20 | Kenwood Marks Ltd | Torque measuring coupling device |
| DE19745823A1 (en) * | 1997-10-16 | 1999-04-29 | Sensor Instr Gmbh | Torque and rotation angle measuring device e.g. for motor vehicle |
| DE19848068A1 (en) * | 1997-10-23 | 1999-04-29 | Siemens Ag | Rotating machines torque measurement method esp. for electric motors |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003008747A1 (en) * | 2001-07-18 | 2003-01-30 | Robert Bosch Gmbh | Gear drive unit with speed measurement |
| US7261012B2 (en) | 2001-07-18 | 2007-08-28 | Robert Bosch Gmbh | Gear drive unit with speed measurement |
| DE102012217224B3 (en) * | 2012-09-25 | 2014-02-13 | SYSTEC Gesellschaft für Automatisierung, Systeme und Technische Dokumentation mbH | Measurement device for measuring rotational torque curve of e.g. knob for air conditioning apparatus installed in motor car, has input unit having guide which guides compensating element with bending of torque-transmitting element |
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| 8100 | Publication of the examined application without publication of unexamined application | ||
| D1 | Grant (no unexamined application published) patent law 81 | ||
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: ABB PATENT GMBH, 68526 LADENBURG, DE |
|
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
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Effective date: 20120201 |