DE2320309C3 - Drehmoment-Meßkupplung - Google Patents

Description

zur weiteren Auswertung ausgesiebt wird, d a durch gekennzeichnet, daß die unverstimmten Oszillatorfrequenzen (Zl. /2) unterschiedlich gewählt sind und daß ein elektronischer Schalter (3) vorgesehen ist, der im Takte der einen Oszillatorfrequenz (Λ) die andere Oszillatorfrequenz (f2) auf die Primärseite (5) eines rotierenden Meßwert-Drehtransformators (5, 6) durchschaltet, der sekundärseitig das Tiefpaßfilter (7) speist.

2. Drehmoment-Meßkupplung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die unverstimmten Oszillatorfrequenzen (Λ, /2) derart gewählt sind, daß der Betrag der Differenzfrequenz kleiner ist als jede dieser Oszillatorfrequenzen (Λ, /2).

quenzen gebildet und mittels eines Tiefpaßfilters 15 nungssignalen und deren Frequenz mit nachfolgender

Umsetzung an einem nicht linearen Element zur Quadrierung der Größen benutzt. Diese Art der Gewinnung einer für das Drehmoment proportionalen Größe ist sehr aufwendig.

Der Zweck der Drehmoment-Meßkupplung ist zum einen die Lieferung einer drehmomentproportionalen Verschiebung der beiden Kupplungsflansche gegeneinander und zum anderen auf der elektrischen Seite die Verschiebung der beiden Kuppiungsteile gegeneinandezu erfassen und in ein elektrisches Signal umzuwandeln.

Aufgabe der Erfindung ist es bei einer Drehmoment-Meßkupplung der eingangs genannten Art, ohne die Verwendung von Schleifringen auszukommen, die Signalerzeugung empfindlicher zu machen und trotzdem

den für den elektrischen Teil der Meßkupplung notwendigen Aufwand so gering wie möglich zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

Die Erfindung betrifft eine Drehmoment-Meßkupp- löst, daß die unverstimmten Oszillatorfrequenzen unllung, bei der mittels der Verdrehung zweier auf der 35 terschiedlich gewählt sind und daß ein elektronischer Antriebs- bzw. Abtriebsseite einer Welle angeordnete Schalter vorgesehen ist, der im Takte der einen Oszilla-Flansche gegeneinander die Luftspalte von auf den torfrequenz die andere Oszillatorfrequenz auf die Pri-IFIanschen fest angebrachten Spulen gegensinnig verän- märseite eines rotierender: Meßwert-Drehübertragers dert werden, wobei die Spulen als frequenzsteuernde durchschaltet, der sekundärseitig das Tiefpaßfilter Bauelemente in zwei Oszillatoren vorgesehen sind und 40 speist.

bei Torsion der Welle über die Luftspaltänderung der Durch die Anwendung des Differenzverfahrens der

Induktivitäten gegensinnig geändert werden und wobei beiden Oszillatorfrequenzen werden in vorteilhafter schließlich die dem Drehmoment proportionale Diffe- Weise die Anforderungen an die Präzision der elektrorenzfrequenz der beiden Oszillatorfrequenzen gebildet nischen Bauelemente und der Schaltung vermindert, und mittels eines Tiefpaßfilters zur weiteren Auswer- 45 und zum anderen wird durch die Anwendung frequenztung ausgesiebt wird. modulierter Wechselspannung die Anwendung von

Eine derartige Drehmoment-Meßkupplung ist aus

der US-PS 27 32 713 bekannt. Bei dieser bekannten Drehmoment-Meßkupplung sind die Oszillatorfrequenten der beiden Schwingkreise gleich groß gewählt, und die elektrischen Signale werden über Schleifringe von der sich drehenden Welle auf die stationären Teile der Kupplungsvorrichtung übertragen. Die dem Drehmoment proportionale Differenzfrequenz der beiden Ostillatorfrequenzen wird mittels einer Frequenzmischlchaltung gewonnen.

Nachteilig bei dieser bekannten Anordnung ist es. daß zum einen die beiden Oszillatorfrequenzen gleich sind, so daß bei der Messung des Drehmomentes, welches bei unterschiedlicher Drehrichtung der Welle auftritt, keine Unterscheidung gemacht werden kann, in welcher Richtung sich die Welle dreht. Dts weiteren ist durch die Verwendung von Schleifringen diese Anordnung einem wesentlichen, nachteiligen Verschleiß unterworfen.

Aus der DT-OS 20 37 585 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur automatischen Auswertung der Frequenzen von Dehnungsmeßseiten bei der Drehmo-Drehübertragern ermöglicht. Anforderungen an die Präzision dieses Übertragers werden nicht gestellt, und Schleifringe werden vermieden.

Bei der Übertragung eines Drehmomentes über die Welle werden die in einigem Abstand voneinander auf der Welle angeordneten Flansche gegeneinander verdreht und somit die Luftspalte der beiden verwendeten Spulen gegensinnig verändert. Dementsprechend andem sich auch die Induktivitäten gegensinnig. Da die beiden Induktivitäten die frequenzsteuernden Teile zweier Oszillatoren sind, sind deren Frequenzen abhängig vom Drehmoment, mit dem die Drehmoment-Meßkupplung belastet wird. Mit der gegensinnigen Änderung der beiden Induktivitäten ändern sich die Frequenzen der Schwingkreise ebenfalls gegensinnig.

Die Differenzfrequenz der beiden Schwingkreise wird gemäß der Erfindung vorteilhafterweise durch eine sehr einfache Art gebildet, die durch die Verwen-

^fis dung eines einzelnen Transistors zur Durchschaltung der einen Frequenz im Rhythmus der anderen Frequenz realisiert werden kann.

Durch eine vorteilhaft gewählte Art der Frequenzen

■ ieine eindeutige Aussage und ein eindeutiger Zusam- * nhang zwischen der Differenzfrequenz und dem Drehmoment ermöglicht, unabhängig davon, ob es sich

m ein Drehmoment in der einen oder der anderen η hrichtung handelt. Die Verwendung eines MeB-

_ert.p_rehübertragers vermei !et in vorteilhafter Weise die Anwendung von Schleifringen.

Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen ließkupplung ist es zweckmäßig, die Frequenz der Os-

illforen derart zu wählen, daß im Arbeitsbereich der Betrag der Differenzfrequenz kleiner ist als jede der beiden einzelnen Frequenzen. Dadurch wird es ermöglicht, daß ein einfaches Tiefpaßfilter die gewünschte Differenzfrequenz aussieben kann.

Gemäß einem praktischen Ausführungsbeispiel der Meßkupplung ist die Frequenz des einen unverstimmten Schwingkreises mit 150 kHz gewählt und die andere mit 13OkHz.

An Hand der folgenden Beschreibung sollen der Aufhau und die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Drehmoment-Meßkupplung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen im einzelnen:
F i g. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen

Schaltung.

Fig.2 schematisch die Wechselspannung am Austang des elektronischen Schalters und

F i g. 3 schematisch die Anordnung der beiden ^claniche mit den sich auf diesen gegenüberstehenden Schalenkernhälften.

In dem in F i g. 1 dargestellten Blockschaltbild ist ein erster Oszillator 1 mit einer veränderlichen Induktivität IX ausgestattet und ein zweiter Oszillator 2 mit einer tweiten veränderlichen Induktivität 12. Die beiden veränderlichen Induktivitäten Ll und L2 bestimmen zusammen mit passend gewählten, konstanten Kapazitäten die Frequenzen Λ und fl der beiden Oszillatoren 1 und 2.

Durch das über die Welle übertragene Drehmoment Md werden die beiden Induktivitäten Ll und L2 gegensinnig verändert. Dadurch ändern sich die beiden Frequenzen Λ und fl ebenfalls gegensinnig. In einem praktischen Ausführungsbeispiel ist für das Drehmoment Md = 0 die Frequenz Λ des Oszillators 1 mit 150 kHz gewählt und die Frequenz fl des Oszillators 2 mit 13OkHz. Diese beiden Frequenzen werden einem elekironischen Schalter 3 zugeführt. Dieser Schalter kann auch als Frequenz-Mischstufe bezeichnet werden, in der im Takte der Oszillator-Wechselspannung mit der Frequenz Λ die Wechselspannung des Oszillators 2 mit der Frequenz fl über einen Verstärker 4 auf die Primärspule 5 eines rotierenden Me3wert-Drehübertragers durchgeschaltet wird. Die in der Sekundärspule 6 des Meßwert Drehübertragers induzierte Spannung wird über einen Filter 7 einem Demodulator 8 zugeführt und in eine Meßwert-Gleichspannung umgesetzt. Diese Spannung kann gegebenenfalls über einen weiteren Verstärker 9 verstärkt auf einen Meßwertausgang 10 gegeben werden, an dem dann die gewünschte drehmomentproportionale Meßwertspannung ansteht.

Aus dem in dem elektrischen Schalter 3 hergestellt Frequenzgemisch wird mittels des Drehübertragers 5,6 und des anschließenden Filters 7, das im allgemeinen ein Tiefpaß- oder Bandpaßfilter ist, die Differenzfrequenz der beiden Oszillatoren, im praktischen Ausführungsbeispiel also die Differenz zwischen der höheren <>5 Oszillatorfrequenz Λ und der niedrigeren Oszillatorfrequenz fl, herausgesiebt und anschließend demoduliert. Zweckmäßigerweise werden dabei die Oszillatorfrequenzen derart gewählt, daß der Betrag der Differenzfrequenz kleiner ist als der Betrag aller anderen auftretenden Frequenzen.

Die F i g. 2 zeigt in ausgezogener Darstellungsweise die Wechselspannung am Ausgang des elektronischen Schalters 3. Die Lücken zwischen diesen ausgezogenen Spannungs-Kurvenstücken entstehen dadurch, daß im Takte der schaltenden Frequenz fl die Spannung des Oszillators 2 mit der Frequenz fl unterbrochen bzw. unterdrückt wird. Die gestrichelte Kurve zeigt im Vergleich dazu die Wechselspannung am Ausgang des Filters 7, d. h„ es ist das die gewünschte Meßwertkurve mit der drehmomentproportionalen Frequenz.

F i g. 3 zeigt schematisch die Anordnung der Spulen und Schaienkernhälften auf den Flanschen und deren Anordnung auf einer Welle 11. Der eine Flansch 12 ist in der Zeichenebene fest mit der Welle 11 verbunder und besitzi zwei in axialer Richtung der Welle 11 vorkragende Teile 13 und 14, an denen je eine Seha-(enkernhälfte 15 bzw. 16 angeordnet ist. Der zweite Flansch 17 ist in axialer Richtung um einen gewissen Abstand versetzt mit der Welle 11 verbunden und trägt ebenfalls zwei in axialer Richtung vorkragende Teile 18 und 19, die sich jedoch in zur Richtung der Teile 13 und 14 entgegengesetzter Richtung axial erstrecken. Diese beiden vorkragenden Teile 18 und 19 tragen ebenfalls Schaienkernhälften 20 und 21, die den bereits erwähnten Scbalenkernhälften 15 bzw. 16 örtlich genau gegenüberstehen.

Die beiden Schaienkernhälften 15 und 20 bzw. 16 und 21, die sich jeweils gegenüberstehen, bilden je einen zylindrischen Raum, in dem eine Spule 23 bzw. 24 untergebracht ist. Jede dieser Spulen ist einem der Oszillatoren 1 bzw. 2 aus F i g. 1 zugeordnet. Zwischen den beiden Spulenkernhälften 15 und 20 bzw. 16 und 21 ist je ein Luftspalt 25 bzw. 26. Die auf einem Flansch angeordneten Schaienkernhälften, beispielsweise die Schaienkernhälften 15 und 16 auf dem Flansch 12, stehen somit symmetrisch zu einer durch die Mitte der Welle 11 gelegten Ebene 27 den entsprechenden Schaienkernhälften 20 bzw. 21 des anderen Flansches 17 gegenüber, dessen Befestigungspunkt in axialer Richtung der Welle 11 von dem entsprechenden Befestigungspunkt des Flansches 12 entfernt ist. Durch diese Anordnung der Schaienkernhälften eines Flansches auf einer Seite der Ebene 27 und die Anordnung der anderen Schaienkernhälften auf der anderen Seite dieser Ebene 27 wird erreicht, daß die Luftspalte 25 und 26 der bei den Spulen 23 und 24 sich gegensinnig verändern, wenn die Flansche 12 und 17 gegeneinander verdreht werden.

Wird nun durch die Beanspruchung der Welle 11 infolge des übertragenen Momentes der eine Flansch 12 gegenüber dem anderen Flansch 17 verdreht, dann ändern sich die Abstände zwischen den Schaienkernhälften 15 und 20, d. h, der entsprechende Luftspalt 25 wird kleiner oder größer, und im entgegengesetzten Sinn ändert sich der Abstand zwischen den Schaienkernhälften 16 und 21, d. h„ der Luftspalt 24 wird größer bzw. kleiner. Dadurch ändern sich die Induktivitäten Ll und L2, wie sie in F i g. 1 dargestellt sind, und die Frequenzen der Oszillatoren 1 bzw. 2.

Die Oszillatoren 1 und 2 sowie der Schalter 3 und gegebenenfalls ein Verstärker 4 sowie die Primärspule 5 des Meßwert-Drehübertragers sind zusammen mit den Spuleninduktivitäten Ll und L2 rotierend in der Drehmoment-Meßkupplung untergebracht. Um diese elektrischen Schaltungen mit Betriebsspannung zu ver-

sorgen, ist auf einem der beiden Flansche die Sekundärspule eines rotierenden Übertragers angebracht, dessen Primärspule feststehend am in den Zeichnungen nicht näher dargestellten Gehäuse untergebracht ist, die an die Netzspannung angeschlossen sein kann. Ebenfalls in diesem Gehäuse untergebracht ist die Sekundärspule 6 des Meßwert-Drehübertragers, und zwar konzentrisch zu der ringförmigen Primärspule 5 des Meßwert-Drehübertragers, der ebenfalls auf dem einen rotierenden Flansch untergebracht ist. Die elektrischen Bauelemente können in vorteilhafter Weise auf einer Schaltkarte untergebracht sein, die auf einem der Flansche fest montiert ist und mit der Welle rotiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Drehmoment-Meßkupplung, bei der mittels der Verdrehung zweier auf der Antriebs- bzw. Abiriebsseite einer Welle angeordnete Flansche gegeneinander die Luftspalte von auf den Flanschen fest angebrachten Spulen gegensinnig verändert werden, wobei die Spulen als frequenzsteuernde Bauelemente in zwei Oszillatoren vorgesehen sind und bei Torsion der Welle über die Luftspaltänderung die Induktivitäten gegensinnig geändert werden und wobei schließlich die dem Drehmoment proportionale Differenzfrequenz der beiden Oszillatorfrementmessung an Antriebswellen bekannt. Dabei wird in einer Frequenzmiscnsiufe und einem Filter sowohl die Differenzfrequenz als auch die Summenfrequenz zweier Schwingkreise gebildet. Bei diesem bekannten

Verfahren wird nicht die Differenzfrequenz direkt als Maß für das Drehmoment benutzt, weil auf Grund der Verwendung von Dehnungsmeßstreifen und deren mechanischer Frequenz keine Proportionalität der einfachen Differenzfrequenz gegenüber dem Drehmoment

ο gegeben ist. Das Drehmoment ist hier vielmehr der Differenz der beiden quadrierten Frequenzwerte pro portional. Zur Gewinnung einer das Drehmoment repräsentierenden Größe wird bei dieser bekannten Anordnung eine additive Mischung von Wechselspan-