DE2228041B2 - Anordnung zum Messen des auf eine Welle einwirkenden Drehmoments - Google Patents

Description

30 Fig. 1 eine schematische Darstellung, teilweise im

Schnitt, der Anordnung,

Die Erfindung betrifft eine Anordnung von der im Fig. 2a ein Schemabild zur Darstellung des Kip-

Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Gat- pens der Welle in einer Richtung,
hing. Fig. 2b ein Schemabild zur Darstellung des Kip

Eine bekannte Anordnung dieser Gattung enthält 35 pens der Welle in der anderen Richtung und
zum Ausgleich von bei Kippen der Welle entstehen- Fig. 3 ein Blockschaltbild einer möglichen Aus·

den Meßfehlern ein drittes Zahnrad und einen die- führungsform der Meßschaltungsanordnung.
sem zugeordneten dritten magnetischen Fühler, die Gemäß F i g. 1 besteht die Anordnung aus einem

beide axial außerhalb der beiden anderen Zahnräder ersten Zahnrad 11, das auf dem freien Ende einer mit der Welle verbunden bzw. an dieser angeordnet *o Büchse 12 angeordnet ist, die m eine Welle 13 übersind, wobei die Meßschaltungsanordnung die Summe geht. Ein zweites Zahnrad 14 ist direkt auf der Welle bildet aus den von den beiden ersten magnetischen 13, aber im Abstand vom ersten Zahnrad 11 befe-Fühlern erzeugten Signalen und die Summe aus den stigt. Um das Drehmoment auf der Welle 13 durch beiden Signalen, die von dem dritten magnetischen Bestimmung der Stellung des ersten Zahnrades 11 reFühler und dem diesem am nahesten liegenden der +5 lativ zum zweiten Zahnrad 14 zu messen, ist eine erersten beiden Fühler erzeugt werden, und beide Sum- ste Meßeinrichtung 15 vorgesehen, welche erste mamen zur Bildung eines das Drehmoment anzeigenden gnetische Fühler 16 und 17 enthält. Beide sind in unSignals addiert. mittelbarer Nähe der Zahnräder 11 bzw. 14 angeord-Bei einem Kippen der Welle um ihre Mittelachse net. Der erste magnetische Fühler 16 ist mit dem erentstehen in den jeweils benachbarten magnetischen 50 sten Zahnrad 11 magnetisch gekuppelt und erzeugt Fühlern Signale, die bei Addition zu Werten führen, eine erste Sinuswelle, wenn die Zähne des Zahnrades die in ihrem Betrag gleich und in ihrer Phase entge- an ihm vorbeigehen. Der zweite magnetische Fühler gengesetzit sind. Bei Addition heben sie sich auf, so 17 ist mit dem zweiten Zahnrad 14 magnetisch gedaß nur noch das auf eine wirkliche Drehmomentän- kuppelt und erzeugt in ähnlicher Weise eine zweite derung zurückgehende Signal erhalten bleibt. Diese 55 Sinuswelle, wenn die Zähne an ihm vorbeigehen, bekannte Anordnung braucht zur Unterbringung des Um eine falsche Ausrichtung der Welle 13 zu komdritten Zahnrades und des diesem zugeordneten drit- pensieren, ist eine zweite Meßeinrichtung 18 vorgeseten magnetischen Fühlers axial zusätzlichen Raum hen. Die zweite Meßeinrichtung enthält einen zwei-(US-PS 3 538 762). ten magnetischen Fühler 19, der mit dem ersten Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfin- 60 Zahnrad 11 magnetisch gekuppelt ist, und einen weidung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Anord- teren zweiten magnetischen Fühler 20, der mit dem nung dahingehend zu verbessern, daß gleiche Meßer- zweiten Zahnrad 14 magnetisch gekuppelt ist. Jeder gcbnisse mit geringerem axialem Raumbedarf erziel- Fühler 19 und 20 ist in unmittelbarer Nähe der bar werden. Zahnräder angeordnet. Die zweiten magnetischen Zur Lösung dieser Aufgabe dienen gemäß der Er- 65 Fühler 19 und 20 erzeugen dritte und vierte Sinusfindung die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 wellen, wenn die Zähne des ersten Zahnrades 11 und beanspruchten Maßnahmen. zweiten Zahnrades 14 an ihnen vorbeigehen. Die er-Damit wird eine besonders raumsparende Bau- sten und zweiten Sinuswellen können als die von dem

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ersten Zahnrad und dem zweiten Zahnrad abgelelte- durch eine entsprechende Schaltung aufgehoben werten ersten Signale angesehen werden, während die den.

dritten und vierten Sinuswellen als die von den ersten Obwohl die bevorzugte Ausführungsform zeigt,

und zweiten Zahnrädern abgeleiteten zweiten Signale daß die zweite Meßeinrichtung 18 auf der Welle 13

angesehen werden können. 5 der ersten Meßeinrichtung 15 diametral gegenüber-

Wäbrend bei der bevorzugten Ausführungsform liegend angeordnet ist, kann sie selbstverständlich mit

magnetische Kopplung verwendet wird, kann irgend- den Zahnrädern in irgendeiner Stellung im Abstand

eine entsprechende Kopplung, wie zum Beispiel opti- von der ersten Meßeinrichtung gekuppelt werden. In

sehe oder elektrische Kopplung verwendet werden. diesem Fall wird ein Kompensationsfaktor vorge-

Die Art und Weise, wie diese Anordnung die fal- »o sehen, um ungleiche Größen zu berücksichtigen,

sehe Ausrichtung der Welle 13 relativ zu der ersten F i g. 3 zeigt eine Schaltung einer Anzahl von

Meßeinrichtung 15 und zu der zweiten Meßeinrich- Schaltungen, die verwendet werden können, um ein

tung 18 kompensiert, ist aus den Fi g. 2 a und 2 b er- genaues, das Drehmoment anzeigendes Signal abzu-

sichtüch. leiten. Die Schaltung ist mit der ersten Meßeraricb-

F i g. 2 a, die als eine Ansicht A der F i g. 1 darge- 15 tung 15 und der zweiten Meßeinrichtung 18 gekop-

stellt ist, zeigt die be'den ersten magnetischen Fühler pelt. Insbesondere ist der Eingang eines Nulldurch-

16 und 17 der ersten Meßeinrichtung 15, sowie die gangsdetektors 21 mit dem Fühler 16 gekoppelt, und

normal und falsch ausgerichtete Stellung der Mittelli- dessen Ausgang ist über ein ÄC-Glied 22 und eine

nie der Welle 13 relativ zu diesen. F i g. 2 b, die als Diode 23 mit dem einen Eipgang eines Flip-Flops 24

eine AnsichtB der Fig. 1 dargestellt ist, zeigt die 20 gekoppelt. Ein zweiter Nulldurchgangsdetektor 25 ist

dritten magnetischen Fühler 19 und 20 der zweiten mit dem Fühler 17 gekoppelt und über ein zweites

Meßeinrichtung 18, sowie die normal und falsch aus- jRC-Glied 26 und eine Dicie 27 mit dem anderen

gerichteten Stellungen der Welle 13 relativ zu diesen. Eingang des Flip-Flops 24. D^;e Nulldurchgangsde-

Wegen der falschen Ausrichtung der W<:lle 13 relativ tektoren 21 und 25 führen den ÄC-GIiedern 22 und

zu den Fühlern 16, 17 und zu den Fühlern 19, 20 ist 25 26 Viereckimpulse zu, welche differenziert werden

die Welle Vj und infolgedessen das erste Zahnrad 11 und durch die Dioden 23 und 27 hindurchgehen, um

vom magnetischen Fühler 16 weiter entfernt als das den Eingängen des Flip-Flops 24 zwei Reihen negati-

zweite Zahnrad 14 vom Fühler 17. Eine ähnliche Si- ver Impulse zuzuführen, welche eine Phasenverschie-

tuation ergibt sich hinsichtlich der Fühler 19 und 20. bürg aufweisen, die zu der Phasenverschiebung zwi-

Diese Differenz bewirkt, daß ein Zahn des zweiten 30 sehen den ersten und zweiten Sinuswellen in Bezie-

Zahnrades 14 an dem Fühler 17 vorbeigeht, kurz be- hung steht, welche von den Fühlern 16 und 17 er-

vor ein entsprechender Zahn des ersten Zahnrades zeugt werden.

11 an dem Fühler 16 vorbeigeht. Die Zeitdifferenz Ein dritter Nulldurchgangsdetektor 28, ein Diffe-

bewirkt, daß eine Phasenverschiebung zwischen den renzierglied 29 und eine Diode 30 koppeln den einen

ersten und zweiten Sinuswellen eingeführt wird, die 35 Eingang eines zweiten Flip-Flops 31 mit dem Fühler

von dem Fühler 16 bzw. 17 erzeugt werden. Diese 19. Der andere Eingang des Flip-Flops 31 ist über

Phasenverschiebung bezieht sich nur auf die Stellung eine Diode 32, ein Differenzierglied 33 und einen

der Welle 13 relativ zu der ersten Meßeinrichtung 15 Nulldurchgangsdetektor 34 mit dem Fühler 20 ge-

und zu den ersten Fühlern 16 und 17. Diese Phasen- koppelt. Die beiden Folgen der negativen Impulse

verschiebung wird zu irgendeiner Phasen ve rschie- 40 weisen eine Phasenverschiebung auf, die zu der Pha-

bung addiert oder von derselben subtrahiert, die senverschiebung zwischen den dritten und vierten Si-

durch das Drehmoment auf der Welle 13 eingeführt nuswellen in Beziehung steht, welche durch die Füh-

wird. Infolgedessen wird irgendein von der ersten ler 19 und 20 erzeugt werden.

Meßeinrichtung abgeleitetes Signal eine Komponente Das Signal am Ausgang des Flip-Flops ist eine po-

aufweisen, die sich auf das Drehmoment bezieht, 45 sitive Viereckwelle, die eine Komponente aufweist,

ζ. B. auf die Stellung de:s erster. Zahnrades 11 relativ welche zu der Stellung des ersten Zahnrades 11 rela-

zum zweiten Zahnrad 14, sowie eine fehlerhafte tiv zum zweiten Zahnrad 14 in Beziehung steht, so-

Komponente infolge der Stellung der Welle 13 relativ wie eine Komponente, welche zu der Stellung der

zu der ersten Meßeinrichtung 15. Welle 13 relativ zu der ersten Meßeinrichtung 15

Da die zweite Meßeinrichtung 18 verwendet wird, 50 und zu den Fühlern 16 und 17 in Beziehung steht, bewirkt die falsche Ausrichtung der Welle, daß eine Ihr Durchschnittswert ist proportional zum Drehmozweite fehlerhafte Phasenverschiebung zwischen den ment auf der Welle.

dritten und vierten Sinuswellen eingeführt wird, die In ähnlicher Weise weist das Signal am Ausgang von den zweiten Fühlern 19 und 20 erzeugt werden. des Flip-Flops 31 eine Komporete auf, welche zu Die Bewegung des ersten Zahnrades 11 und des 55 der Stellung des ersten Zahnrades 11 relativ zum zweiten Zahnrades 14 relativ zu der ersten Meßein- zweiten Zahnrad 14 in Beziehung steht, sowie eine richtung 15 ist entgegengesetzt zu jener der Zahnrä- Komponente, welche zu der Stellung der Welle 13 der relativ zu der zweiten Meßeinrichtung 18. Dem- relativ zu d-r zweiten Meßeinrichtung 18 und zu den gemäß wird die Phasenverschiebung zwischen den Fühlern 19 und 20 in Beziehung steht,
ersten und zweiten Sinuswellen eine Polarität aufwei- 60 Die Ausgänge des Flip-Flops 24 und des Flipsen, die zu jener der Phasenverschiebung zwischen Flops ill sind über Widerstände 35 und 36 mit einem den dritten und vierten Sinuswellen entgegengesetzt Integrierkondensator 37 gekoppelt, in welchem die ist. Wenn die zweite Meßeinrichtung 18 der ersten Komponenten, die sich auf die Stellung der Welle 13 Meßeinrichtung 15 diametral gegenüberliegend an- relativ zu der ersten und zu der zweiten Meßeinrichgeordnet ist, werden die Phasenverschiebungen die 65 tung 15 bzw. 18 beziehen, aufgehoben werden. Da gleiche Größe aufweisen. In vorteilhafter Weise kön- das Drehmomentinformationssignal additiv ist, wird nen die durch die falsche Ausrichtung der Welle 13 ein genaues, das Drehmoment anzeigendes Signal abeingeführten fehlerhaften Phasenverschiebungen geleitet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1. weise ermöglicht. Die Wirkungsweise liegt darin, daß

   Patentansprüche: sich die Welle beim Kippen in einer Richtung von

   ^ den Fühlern des einen Meßwandlers entfernt und

   X. Anordnung zum Messen des auf eine Weile sich den Fühlern des zweton Mfßwandlers nähert, einwirkenden Drehmoments mit zwei mit deren δ Damit verändernι sich die indi ese«erzeugten Signale, beiden Enden verbundenen Zahnrädern, mit zwei Bei passender elektrischer Zwammenfassung,dieser mit den Zahnrädern magnetisch gekoppelten und Signale, was keine Schwierigkeiten bereite ,können deren Drehung in WechTelspanntmgsslgnale um- die durch das Kippen entstandenen zusätzlichen Siwandelnden ersten magnetischen Füblera, mit gnalkomponenten unterdrückt werden, und es e_rgIbt einer Meßschaltungsanordnung, die eine Phasen- w sich wieder eine genaue Anzeige,
   verschiebung zwischen den von den beiden rna- Die erfindungsgemäß vorgesehenen Fühler werden gnetiscben Fühlern abgegebenen Signalen als An- in Umfangsrichtung angeordnet und beanspruchen zeige eines Drehmoments erkennbar macht und damit keinen zusätzlichen Raum. Hieraus fog, daß mit einer Anordnung zum Ausgleich von bei Kip- die erfindungsgemäße Anordnung ohne zusätzlichen pen der WeUe entstehenden Meßfehlern, da- 15 Raumbedarf gleiche Ergebnisse wie die raumaufwendurch gekennzeichnet, daß diese An- dige bekannte Anordnung liefert. Elektrisch biet«. Ordnung zwei weitere ebenfalls mit den Zahnrä- die Verwirklichung der erfindimgsgemäßen Anorddern (11, 14) gekoppelte und gegenüber den er- nung keine Schwierigkeiten, da die Zahl und An der sten Fühlern (16, 17) in Umfangsrichtuixg ver- anwendbaren elektrischen Ausgleichsgheder groß setzte magnetische Fühler (19, 20) enthält und 2° und für den Fachmann leicht überschaubar ist.
   die Ausgänge der beiden Fühlerpaare (16, 17; 19, Eine zweckmäßige Weiterbildung der erfindun ^-

   20) über ciektrische Ausgleichsglieder an die gemäßen Anordnung hegt dann, daß die beiden Fu::- Meßschaltungsanordnung angeschlossen sind. lerpaare um 180° gegeneinander versetzt sind.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Prinzipiell läßt sich die beschriebene Anordnung

   kennzeichnet, daß die beiden Fühlerpaare (16, 25 auch mit optischen oder rein elektrischen Mitteln 17; 19, 20) um 180° gegeneinander versetzt sind. verwirklichen.

   Am Beispiel der in der Zeichnung gezeigten Ausführungsform wird die Erfindung nun weiter erlüj-

   tert. In der Zeichnung ist