DE2939620C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Drehmomentmessung an einer Welle, insbesondere für Getriebe nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Es ist durch die DE-AS 11 83 276 eine Drehmomentmeßeinrichtung bekannt, die über einen Verdrehwinkel der Welle und zwei Impuls­ abgriffe eine Phasenverschiebung feststellt. Nachteilhaft ist, daß bei kleinen Drehzahlen keine exakte Messung mehr möglich ist. Ferner wird bei der zu fordernden üblichen Genauigkeit des Si­ gnals die als Torsionsstab wirkende Welle sehr lang oder dünn und damit sehr elastisch, was aus schwingungstechnischen Gründen, insbesondere bei Getrieben, unzulässig ist.

Weiter ist aus dem DE-Gebrauchsmuster 71 38 785 eine Drehmoment­ meßwelle bekannt, die aus mindestens einem Flanschring mit ein­ seitig oder beidseitig davon angeordneten Hohlrohr besteht. In diesem befinden sich zur Wellenachse geneigte Schlitzreihen, die bei beidseitiger Anordnung entgegengesetzt orientiert sind. Am Flanschring ist eine berührungslose Meßeinrichtung angeordnet, über die jede Verlagerung des Flanschringes ermittelt wird.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Dreh­ momentmessung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 so weiter zu entwickeln, daß auschließlich aus dem Drehmoment herrührende axiale Verschiebungen gemessen werden.

Diese Aufgabe wird mit den gekennzeichneten Merkmalen vom Anspruch 1 erfüllt.

Über die Anordnung von drei Flanschringen und zwei induktive Weg­ aufnehmer kann in einfacher Weise eine von einer drehmomentunab­ hängigen axialen Verschiebung bereinigte drehmomentabhängige Längenänderung ermittelt werden. Aus einem Lagerspiel herrührende Längenveränderungen, oder solche aus Temperaturschwankungen ge­ hen nicht mehr in das Meßergebnis ein.

Mit dem abhängigen Anspruch 2 wird die Erfindung in vorteilhafter Weise ausgestaltet.

Aus der US-PS 38 32 896 ist eine Vorrichtung bekannt, in der eine aus einer Verdrehung sich ergebende axiale Verschiebung eines Bauteiles induktiv gemessen wird. Die Vorrichtung hat aber keine Welle im Sinne des Anmeldegegenstandes, über die sowohl das Drehmoment übertragen wie auch die zur Drehmoment­ messung herangezogene axiale Längenänderung erzeugt wird. Viel­ mehr sind zwischen zwei Riemenscheiben, die im Prinzip fest miteinander verbunden und lediglich sich drehmomentabhängig gegeneinander verdrehen können, zwei Glieder mit je einer Auf­ nahme für eine Übertragungseinrichtung angeordnet, die durch Ihre Gestaltung die Verdrehbewegung in eine axiale Stellgröße umwandelt. Diese Anordnung ist sehr kompliziert und für eine Drehmomentmessung an einer Welle nicht geeignet.

Aus der DE-AS 20 60 033 ist bekannt, aus einer Torsion die Dreh­ momentmessung abzuleiten. Dazu sind in axialer Richtung neben­ einander drei Fühler angeordnet, die bei einem Kippen der Welle die entstehenden Meßfehler eliminieren. Über die bei einer Verkantung der Achse der Welle zur Mittellinie der Fühler ent­ stehenden Phasenverschiebungsänderungen zwischen dem mittleren und dem jeweiligen äußeren Fühler, können die Meßfehler aus der Verkantung kompensiert werden, so daß ein nur aus dem Drehmoment herrührendes Meßergebnis erzielt wird.

Nachstehend wird der erfindungsgemäße Vorschlag anhand von Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen im einzelnen

Fig. 1 eine Vorrichtung mit einer Schlitzreihe auf der Welle;

Fig. 2 Ausführungsbeispiel des erfin­ dungsgemäßen Vorschlags mit zwei gegenein­ ander geneigt angeordneten Schlitzreihen;

Fig. 3a und 3b schematisch die Axialweglängenänderung bei entgegengesetzter Drehmomentübertragung.

In Fig. 1 ist ein präparierter Wellenteil mit 1, eine Wellenachse mit 2 und zwei Flansche mit 3 a und 3 b bezeichnet. Dabei besteht der präparierte Wellenteil 1 aus einem Hohl­ rohr 4 mit einer auf dem Umfang angeordneten und aus Schlit­ zen 5 bestehenden Schlitzreihe 6. Dabei sind die Schlitze 5, vorzugsweise in einem +/-45°-Winkel, zur Wellenachse 2 geneigt. Durch die Schlitze 5 werden dazwischenliegende Stege 7 gebildet.

Erfolgt nun eine Drehmomenteinwirkung auf die Welle und damit auf die Materialstege 7, so verändern diese, ent­ sprechend der Drehmomentübertragungsrichtung, ihre Richtung zur Rohrachse, z. B. von +45° auf +46° oder auf +44° bzw. von -45° auf -46° oder -44°. Durch diese Veränderung der Stege 7 verändert sich der axiale Abstand zwischen zwei Flanschen 3 a und 3 b, der durch einen induktiven Wegaufneh­ mer 10 mit Spulen L 1 und L 2, die dem Flansch 3 b zugeordnet sind, gemessen werden kann.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des er­ findungsgemäßen Vorschlages, bei dem an dem präparierten Wellenteil 1 die drehmomentabhängige Axialweglängenänderung nicht zu einer Längenänderung der Wellen insgesamt führt. Der präparierte Wellenteil 1 in Fig. 2 besteht aus zwei Schlitzreihen 6 a und 6 b, die entgegengesetzt zur Wellen­ achse 2 orientiert sind. Dabei kann die Orientierung der Schlitze 5 a und 5 b in einem Bereich von ca. +/-20 bis +/-70° variieren. Als optimalen Wert ergibt sich eine Orientierung von +45° bzw. -45° zur Wellenachse 2, um bei einer gegebenen Drehmomentübertragung ein möglichst großes Meßsignal zu er­ halten. Vor, zwischen und nach den Schlitzreihen 6 a und 6 b sind drei Flansche 3 a, 3 b und 3 c angebracht, wobei neben dem induktiven Wegaufnehmer 10 noch ein weiterer induk­ tiver Wegaufnehmer 11 mit Spulen L 3 und L 4 vorgesehen ist. Dabei ist die Spule L 3 dem Flansch 3 a und die Spule L 4 dem Flansch 3 c zugeordnet.

Erfolgt nun eine Drehmomenteinwirkung auf die Welle und damit auf die Materialstege 7 a und 7 b, so ergibt sich eine Veränderung der Lage der Materialstege entsprechend der Tor­ sionsrichtung, wie sie in der Fig. 3a und 3b skizziert ist. Bei einer positiven Torsionsrichtung, entsprechend der Fig. 3a, werden die Materialstege 7 a in ihrer Lage so verän­ dert, daß ihre Orientierung zur Wellenachse 2 von +45° auf +46° anwächst. Die Lage der Materialstege 7 b verändert sich dabei z. B. so, daß ihre Orientierung von -45° auf -44° bezüglich der Wellenachse 2 abnimmt. Durch diese Veränderung der Lage der Materialstege 7 a und 7 b wird bewirkt, daß bei axial unverändert gebliebener Lage der Flansche 3 a und 3 c der mittlere Flansch 3 b um eine axiale Weglänge S nach links wandert. Die Veränderung der Lage des mittleren Flansches 3 b und damit das Maß S sind abhängig von dem übertragenden Drehmoment.

Bei entgegengesetzter Drehmomentübertragung, also ent­ gegen dem Uhrzeigersinn, entsprechend der Fig. 3b, verändern die Materialstege 7 a und 7 b ihre Lage bezüglich der Wellen­ achse 2 so, daß z. B. der Winkel der Materialstege 7 a von 45° auf +44° abnimmt und der Winkel der Wellenstege 7 b zur Wellenachse 2 von -45° auf -46° zunimmt. Entsprechend diesen Verhältnissen, bei axial gleichbleibender Lage der Flansche 3 a und 3 c, wandert der mittlere Flansch 3 b, entsprechend Fig. 3b, um eine Wegstrecke S nach rechts. Somit kann man auch aus dem Vorzeichen von S die Drehmomentübertragungsrichtung erkennen.

Durch den induktiven Wegaufnehmer 10 mit den beiden Spulen L 1 und L 2, die dem mittleren Flanschring 3 b zugeordnet sind, kann eine axiale Verlagerung des Flanschringes 3 b gemessen werden. Durch die Verwendung eines zweiten induk­ tiven Wegaufnehmers 11, dessen Spulen L 3 und L 4 einmal dem Flanschring 3 a und zum anderen dem Flanschring 3 c zugeordnet sind, können nicht-drehmomentabhängige, axiale Verschiebungen der Welle festgestellt werden. Werden die Spulen L 1 bis L 4 entsprechend einer Wheaston'schen Brückenschaltung verdrahtet, so erhält man ein korrigiertes Meßsignal für die axiale Verschiebung S, welches nur den reinen, drehmomentabhängigen Anteil einer axialen Verschiebung S beinhaltet. Eine z. B. durch axiales Spiel bzw. durch eine temperaturabhängige Komponente bedingte Längenveränderung an der Welle kann somit nicht zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Drehmomentmessung an einer Welle mit mindestens einem Flanschring (3 b) und einem einseitig oder beidseitig davon angeordneten Hohlrohr (4) mit gegenüber der Wellenachse (2) geneigt angeordneten Schlitzreihen (6 a, 6 b) , die bei beidseitiger Anordnung entgegengesetzt orientiert sind sowie mit einer am Flansch (3 b) angeordneten, berührungslosen Meßeinrichtung (10) für die axiale Verlagerung (S) des Flansch­ ringes (3 b), dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden äußeren Seiten des mit Schlitzreihen (6 a, 6 b) ausge­ bildeten Wellenritzels (1) je ein Flanschring (3 a, 3 c) und ein zweiter induktiver Wegaufnehmer (11) angeordnet ist und daß über die drei Flanschringe (3 a, 3 b, 3 c) und die zwei Wegaufnehmer (10, 11) ein von einer drehmomentunabhängigen axialen Verschiebung der Welle bereinigte drehmomentabhängige Längenänderung (S) ermittelt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein erster induktiver Wegaufnehmer (10) mit zwei Spulen (L 1, L 2) dem mittleren Flanschring (3 b) und der zweite induktive Wegaufnehmer (11) mit je einer Spule (L 3, L 4) den äußeren Flanschringen (3 a, 3 b) zugeordnet ist.