DE2060033C3 - Anordnung zum Messen des auf eine Welle einwirkenden Drehmomentes - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen des auf eine Welle einwirkenden Drehmoments mit zwei mit deren beiden Enden verbundenen Zahnrädern, mit mit den Zahnrädern magnetisch gekoppelten und deren Drehung in Wechselspannungssignale umwandelnden magnetischen Fühlern und mit einer Meßschaltungsanordnung. die eine Phasenverschiebung zwischen den von den beiden magnetischen Fühlern abgegebenen Signalen als Anzeige eines Drehmoments erkennbar macht.

Bekannt ist eine Anordnung dieser Art. mit der sich das auf eine Welle einwirkende Drehmoment genau bestimmen läßt. Die beiden magnetischen Fühler oder Wandler sind in geringem Abstand von den auf der Welle sitzenden Zahnrädern ortsfest angeordnet. Bei einer Winkelverschiebung zwischen den beiden Zahnrädern, die auf eine Torsion der Welle infolge eines auf diese einwirkenden Drehmoments zurückgeht, ergibt sich eine Phasenverschiebung zwischen den beiden in den beiden magnetischen Fühlern erzeugten Signalen. Diese Phasenverschiebung läßt sich messen und ist ein Maß für das Drehmoment.

Die Stärke der in den magnetischen Fühlern entstehenden Signale ist abhängig von dem Abstand zwischen ihnen und den Zahnrädern. Bei einem Kippen der Welle um ihre Längsachse verändern sich diese Abstände und führen zu einem Meßsignal, das nicht auf eine Drehmomentänderung zurückgeht und damit zu einer fehlerhaften Anzeige

ίο führt (USA.-Patentschrift 3 25S961).

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der ErSndung die technische Aufgabe zugrunde, eine Anordnung so auszubilden, daß das Drehmoment auch bei einem Kippen der Welle genau

'.5 angezeigt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einer Anordnung der eingangs genannten Gattung vor. daß ein drittes Zahnrad und ein ihm zugeordneter dritter magnetischer Fühler axial außerhalb der beiden anderen Zahnräder mit der Welle verbunden bzw. an ihr angeordnet sind, und die Meßschaltungsanordnung die Summe bildet aus den von den beiden ersten magnetischen Fühlern erzeugten Signalen und die Summe aus den beiden Signalen, die von dem dritten magnetischen Fühler und dem diesem am nahesten liegenden der ernten beiden Fühler erzeugt werden, und beide Summen zur Bildung eines das Drehmoment anzeigenden Signals addiert

Bei einem Kippen der Welle um ihre Mittelachse entstehen in den jeweils benachbarten magnetischen Fühlern Signale, die bei Addition zu Werten führen, die in ihrem Betrag gleich und in ihrer Phase entgegensetzt sind. Bei Addition heben sie sich auf.

so daß nur noch das auf eine wirkliche Drehmomentänderung zurückgehende Signal erhalten bleibt.

In einer zweckmäßigen Ausführungsform sieht die Erfindung vor, daß der Abstand zwischen den beiden ersten Zahnrädern gleich dem Abstand ist zwischen dem dritten Zahnrad und dem diesem am nahesten liegenden ersten Zahnrad.

Weitere Ausführungsformen der Erfindung sehen zweckmäßige elektrische Schaltungen vor.

Der mi' der Erfindung erzielte Vorteil besteht darin, daß ein Kippen der Welle nicht zu einer fehlerhaften Anzeige führt.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Hierzu dient auch die Zeichnung. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Meßanordnung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung der ertindungsgemäßen Ausführungsform,

Fig. 3 ein Schaubild zur Erläuterung der Wirkungsweise der Erfindung und

Fig. 4 eine scheniatische Darstellung der erfiiidungsgemäßen Schaltung mit gleichzeitiger Angabe von an verschiedenen Punkten auftretenden Spanimingen.

F i ii. 1 zeigt eine Welle 2. deren Drehmoment gemessen wird. Ein Ende der Welle ist mit einem Motor und das andere Ende mit einer Last verbunden. Ein Zahnrad 4 sitzt auf der Welle 2. Koaxial auf der Welle 2 ist eine Hülse 6 angeordnet. Die Hülse 6 ist mit dem vom Zahnrad 4 abgelegenen Ende der Welle 2 verbunden. Das freie Ende der Hülse 6 trägt ein zweites Zahnrad 8. Eine Dreh-

3 ⁴

,.,■■mahmeeinheit ist \ors>esehen und besteht Gemäß Fig. 4 sind die drei r.

^m^w magn^chen FühlenflO und 12 Jeder ist 10. 12. 22 angrenzend an toe ——_{n signale} ³"Jielbar an einem Zahnrad 4 bzw. 8 angeordnet. angeordnet. Die von den,FuMc _-rz ^^ STieE sich nahezu sinusförmig Signale, wenn ändern ihre Frequer,, u,.J^P^3_ation vorhänge Zahnräder an den Polschuhen der magnetischen 5 Frequenz- als aue' A^»^ _{ß an narmo}n«sehen ihirlO 12 vorbeigehen. Wenn sich die Welle 2 den ist, sowie ein bestimmtes Ma _austtebildet. 5 hf nimmt das Drehmoment zu und die Zahn- Verzerrungen. Die ^Fuh^^r"ⁿ %* _NuUdurchgangs-■dKht. nirnim _2UL._inandei eine Verfehle- daß die genaue Bestimmung der >u . ^rÜder ,1 Ie zu din, _{auf di}e Welle einwirkenden punkte 24 der sinusförmigen «jgnak du. ^ η tm mn Proportional ist. Die Phasenbeziehung to verschiebung genau an«,* uk *-" _von Jf* en Fühlern erzeugten Signale steht mioige- einen NulldurchgajjgvDetekto^ ^.^ Ksen direkter Beziehung zu der relativen Winkel- denen zwei darges te s«dü ^ _{von cinem} ^d ,bung der Zahnräder und daher auch in d.rek- ^d. vsird nur e.ncr be>eh ^ ^_n " B , -hunil zum Drehmoment. Die Signale werden der Fahler eiⁿ^^ht^¹ ^_n., ,,bracht, welcher als '",„Γ Drehmomentindikator 14 zugeführt F.ine υ iormator 7 1 zur -™^un^_r^ _{um den} L'mwand-ΤΖ--Λι ^ kompensationsemnchtung. wie z. B. ein ein Auf*anMrj^U^o^^^^^ _an/upassen Das TS .tor 16. ist zwischen den Abnehmen 10 und Ier an die NuMm,hga, - _{malors Nt inl in},er-]ϊ"ΐ ■, ordnet. Am Indikator wird die Phasen- ^^Mn^^crh _F^.^«_ich konstant und die h,: .V₁,- der Signale angeze:,, und einem Gle.ch- esMcremien Γ. ^^L^_TranNformators ist auf dte- ^, ;:;^sosvsteml8zuge· hrt. welches die Phasen- .o ^senverschul mg d s^ ^ _phascnfcn, _7U ^Sm- ", auf einem Meügera, aN F.nhe-" des sen ^equen/K u.h m 1 _{Junn übt}._{r n}

eiiic»

prelv 'incnts, in Prozent des vvmicii i':
,,J.".'-' - lnderen F.inheilen. darstellt

,.«: ^¹S SnS¹X,^,:£'-1ί .» —"- r—;-ζ-..ϊ"«- -;

änderung zwischen dem Bezu.ssignal m .hie - _; , _dcs Nulldurchgangs ht t

_und dem Drehn.omentsigna im Fühler 0 e u . ^ _{ist da scl}„e Autg| 1 e nu η ^

Die gleiche Pha^crschjebungsande, ng -^ _pcdan/anpassung beste t In «unuhenj a,^^

Uieicne j iia^.uw,

der entgegengesetzten Richtung zwischen dem peüanzaii|Hissuni„ .-

Bez.ugssignal und dem Stellungssignal im Fühler 22 die Nulldurchgangsschaltung direkt vom Fühler geeizeugt. Diese beiden Phascnverschiebunussienalc speist werden. Wie F" i g. 4 zeigt, steht die icsultiewerden in proportionale Cileichspannuiiiier, ui.ve- rende Cileichspannung in direkter Beziehung zu der wandelt, algebraisch summiert und dadurch unssirk- 6·ι gesainten IMiasenverschiebung zss-,sehen dem Dreh s.'.in gemacht. Die resultierende (ile'ichspannung momentsignal vom Fühler 10 und dem Bezugssignal bleibt dem übertragenen Drehmomen! der Well. 2 vom Fühle· 12. duckt proportional Die Phasenverschiebung;,ände- Ähnlich wtid das Stelluuii-si^nal vom magnen

' !--.^ -.numriischer, Fühlern scli.η Fühle, 22 e.neni Sieliungs-Nulldurchgangs-

■'·-··:■ -,κι, ti ι Ii ri. Fr erzeugt eine

,en Signalen werden m einem Nullduteh _;U- ,,ν ,sehen dem

ignalen werden in einem g

k:ei> angezeigt, welcher Steuerspannungen eizeugl.
um die Phase der eingehenden Signale zu bestimmen.

zeugt ein Kippen der Welle 2 identische Phasenverschiebungsänderungen in entgegengestzten Richtungen. Diese Phasenverschiebungsänderungen werden dann in der vorstehend beschriebenen Weise genau angezeigt und später durch algebraische Summicrung unwirksam gemacht, wenn die Gleichspannungen den Phasenvergleichstromkreisen zugeführt werden. Die Vergleichsstromkreise und die Servosteueningen haben die übliche Ausbildung und ergeben eine Anzeige in Einheiten des Drehmoments, in Prozent des vollen Drehmoments oder in einer anderen Einheit.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Messen des auf eine Weile einwirkenden Drehmoments mit zwei mit deren beiden Enden verbundenen Zahnrädern, mit mit den Zahnrädern magnetisch gekoppelten und deren Drehung in W'echselspannungssignaie umwandelnden magnetischen Fühlern und mit einer Meßschaltungsanordnung, die eine Phasenvetschiebung zwischen den von den beiden magnetischen Fühlern abgegebenen Signalen als Anzeige eines Drehmoments erkennbar macht, dadurch gekennzeichnet, daß ein drittes Zahnrad(20) und ein ihm zugeordneter dritter magnetischer Fühler (22) axial außerhalb der beiden nndercn Zahnräder (4, 8) mit der Welle (2) \erblinden bzw. an ihr angeordnet sind und die Melisu .iilung>aiu)rdnung die Summ·-" bildet aus den von den beiden ersten magnetischen Fühlern (10. 12) erzeugten Signalen und die Summe aus den beiden Signalen, die von dem dritten magnetischen Fühler (22) und dem diesem am nahesten liegenden der ersten beiden Fühler (10, 12) erzeugt werden, und beide Summen zur Bildung eines das Drehmoment anzeigenden Signals addiert.

2. Anordnung nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den beiden ersten Zahnrädern (4. 8) gleich dem Abstand ist zwischen dem dritten Zahnrad (20) und dem diesem um nahesten liegenden ersten Zahnrad (8).

3. Anordnung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßschaltungsanotdnung eine Kippschaltung (R 1 bis R 3, 7Dl) und eine Differenzierstufe (A4, Cl) enthält.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippschaltung eine Tunneldiode (TDl) und eine Schallung (R 1 bis R 3) zum Erzeugen einer Vorspannung für die Tunneldiode (TDl) aufweist.