DE29901513U1 - Vorrichtung zur Drehmomentmessung - Google Patents
Vorrichtung zur DrehmomentmessungInfo
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Description
PATENTANWALT
Bergiusstr. 2c, 30655 Hannover
Anmelder: KTR Kupplungstechnik GmbH
Rodder Damm 170
48432 Rheine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Messen des in Geräte-, Maschinen- und
ruhenden Vorrichtungsteilen eingeleiteten oder von diesen abgegebenen Drehmoments
durch Messen der Torsion zwischen zwei voneinander entfernten Querschnitten des drehmomentbelasteten Bauteils mit einem Lichtstrahl sichtbarer oder unsichtbarer
Wellenlänge der zwischen den Querschnitten auf strahlungsempfindliche Empfangsflächen
projiziert wird und das Drehmoment über drehmomentabhängige Änderungen der bestrahlten Fläche (Flächendifferentiale) errechenbar ist.
Es ist bekannt, mit Dehnungsmeßstreifen als Drehmomentgeber bestückte
Drehmomentmeßnaben (Torsionsdynamometer) sowohl für die Messung statischer Drehmomente als auch für die Messung zeitlich veränderlicher Drehmomente zu
verwenden. Verschiedene Geräte für die Drehmomentmessung messen ferner mechanisch,
induktiv, kapazitiv oder optisch den Verdrehwinkel zweier voneinander entfernter
Wellenquerschnitte. Da der Verdrehwinkel innerhalb des Hookeschen Gesetzes dem einwirkenden Drehmoment proportional ist, kann das Drehmoment ermittelt werden.
Die bekannten Methoden erfordern jedoch einen recht hohen und damit kostenintensiven technischen Aufwand, der aus wirtschaftlichen Gründen nicht immer gerechtfertigt ist.
Die bekannten Methoden erfordern jedoch einen recht hohen und damit kostenintensiven technischen Aufwand, der aus wirtschaftlichen Gründen nicht immer gerechtfertigt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache Vorrichtung zu schaffen, deren
Einsatz kostengünstige, möglichst handelsübliche Bauteile ermöglicht, so daß technische
Einrichtungen oder Bauteile durch eine Ausstattung mit Drehmomentmeßvorrichtungen
nicht unvertretbar verteuert werden. Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine mit dem
vom Drehmoment beaufschlagten Bauteil verbindbare Meßnabe oder Torsionshülse oder
eine Torsionswelle mit jeweils zwei axial entfernt voneinander angeordneten, sich radial
erstreckenden Trägern für wenigstens eine Sendediode und eine handelsübliche Differential-Fotodiode als Empfangsdiode.
Weitere, den Erfindungsgegenstand vorteilhaft gestaltende Merkmale sind in den
Schutzansprüchen enthalten.
In der Zeichnung sind Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und
nachstehend erläutert. Es zeigen:
Figur 1 den Radialschnitt durch eine Meßnabe auf einem Wellenzapfen in
Verbindung
mit einem an einer Seite angeordneten Adapter für den Anschluß einer
zweiten Welle,
zweiten Welle,
Figur 2 die Darstellung des Arbeitsprinzips des Erfindungsgegenstandes,
Figur 3 die Stirnansicht einer radförmig ausgebildeten Meßnabe,
Figur 4 die Stirnansicht einer Torsionshülse mit paarweise angeordneten Diodenträgern,
Figur 5 eine Prinzipskizze eines weiteren Ausfuhrungsbeispiels der Erfindung in
Gestalt einer Torsionswelle mit auf Übertragungshülsen angeordneten
Meßbauteilen,
Meßbauteilen,
Figur 6 eine Perspektive Darstellung des Ausfuhrungsbeispiels nach Fig. 5 als
Explosionsschaubild.
Auf einem Wellenzapfen 1 Fig. 1 ist eine über eine Paßfeder 2 formschlüssig verbundene
Meßnabe 3 angeordnet. Jede andere geeignete Befestigung ist ebenso ausfuhrbar.
Von der Meßnabe erstrecken sich radial und parallel zwei rotationssymmetrische Flansche
4 und 5 als Träger wenigstens einer Sendediode 6 und einer zugehörigen Empfangsdiode
7. Als Sendediode wird vorzugsweise eine Infrarot-Diode eingesetzt, während die Empfangsdiode eine Differential-Fotodiode mit strahlungssensitiven Empfangsflächen 8
und 9 ist. Zum Fokussieren dient eine Linse 10 oder geeignete Blende, um auf den
strahlungsempfindlichen Flächen 8 und 9 ein scharf abgegrenztes Strahlenbündel zu
werfen und damit eindeutig abgegrenzte Auftreffbereiche 12, 12a, 12 b zu schaffen.
Die Meßnabe 3 kann mit einem Adapter 20 verbunden, beispielsweise verschraubt,
werden, um in einfacher Weise eine Verbindung mit einem weiteren Wellenzapfen 21
herzustellen. Bei dem gezeigten Beispiel wird diese Verbindung über eine drehelastische
Kupplung mit einer Kupplungsnabe 22 und einem elastischen Zahnkranz 23 verwirklicht.
Andere Befestigungsarten der Drehmomentnabe sind denkbar und möglich, beispielsweise eine Einspannung zwischen zwei Wellenflanschen oder zwei Adaptern mit Kupplungselementen.
Andere Befestigungsarten der Drehmomentnabe sind denkbar und möglich, beispielsweise eine Einspannung zwischen zwei Wellenflanschen oder zwei Adaptern mit Kupplungselementen.
In Ruheposition, d. h. bei einem Drehmoment 0, wird das Strahlenbündel 11 genau
zentrisch auf die beiden parallelen Empfangsflächen 8 und 9 geworfen, so daß sie gleiche
Anteile an bestrahlter Fläche aufweisen. Diese Symmetrie wird durch die Einwirkung eines
Drehmoments, und zwar in Abhängigkeit von dessen Größe, zunehmend verlassen. Beispiele solcher Verschiebungen der bestrahlten Fläche oder Auftrefffläche sind durch
die Bezugsziffern 12a und 12b gekennzeichnet. Die Verschiebung erfolgt außerdem drehrichtungsabhängig, d. h. bei einer Drehrichtungsumkehr in die entgegengesetzte
Richtung, so daß nicht die lichtempfindliche Fläche 8, sondern die Fläche 9 einen größeren
Anteil erhalten würde. Die Verschiebungsanteile oder Flächendifferentiale werden durch
eine geeignete programmierte Einrichtung in das zu ermittelnde Drehmoment umgesetzt.
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Die Meßvorrichtung gemäß Figur 3 besteht aus einer auf der Welle 1 verdrehsicher
sitzenden Nabe 30, die über Speichen 31 zwei in Wellenrichtung hintereinander
angeordnete Felgen 32 trägt, in welchen sich die Sende- bzw. Empfangsdioden 6, 7
befinden.
Bei einer weiteren Vorrichtungsausführung (Figur 4) ist die auf der Welle 1 sitzende Nabe
40 lediglich mit paarweise in Wellenrichtung hintereinander angeordneten, laschenförmigen Ansätzen als Diodenträger 41 und 42 versehen. Die Trägerpaare 41, 42
sind zur Vermeidung einer Unwucht um 180° gegeneinander versetzt. Beide Paare können
mit Sende- und Empfangsdioden 6, 7 bestückt sein.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 5 ist eine Welle 51 mit einem Torsionsabschnitt 52
verringerten Durchmessers mit Hülsen 54 und 55 versehen. Die Hülsen sind mit einem
Ende beispielsweise durch Aufschrumpfen mit der Torsionswelle fest verbunden, wie mit
56 angedeutet ist. Die einander benachbarten freien Enden der Hülsen 54 und 55 tragen
ringförmige Scheiben 57, 58. Sie können durch eine Klebeschicht gegen Verdrehung auf
den Hülsen gesichert sein. Die Scheiben dienen zur Montage oder Befestigung der Sendediode 513 und der Fotodiode 514, sowie der elektronischen Bausteine für die
Spannungsversorgung 517, für die Meßdatenaufbereitung (Signalaufbereitung und
Differenzbildung) 511 und den Datensender 512.
Die Torsionswelle 51 wird von einem Gehäuse 515 umfaßt, daß sich auf Wälzlagern 516
abstützt.
Die Stromübertragung zur Versorgung der mit der Torsionswelle rotierenden
elektronischen Bauteile geschieht induktiv über ein konzentrisch angeordnetes Spulenpaar
518, 519. Die äußere Primärspule 518 steht still und wird über Aussparungen im Gehäuse
515 befestigt. Die Sekundärspule 519 ist mit der rotierenden Hülse 54 verbunden.
Der übertragene Strom wird im Baustein 517 zur Versorgung der übrigen elektronischen Bauteile aufbereitet. Das Bauteil 517 stellt so die elektrische Leistung für alle rotierenden Elemente zur Verfugung, nämlich für die Leucht- oder Sendediode 513, für die Meßdatenaufbereitung 511 und den Datensender 512. Nach der Aufbereitung der gemessenen Daten in der Meßdatenaufbereitung 511 werden diese über eine Senderantenne 520 drahtlos an die feststehende Empfangseinheit 521 übertragen.
Der übertragene Strom wird im Baustein 517 zur Versorgung der übrigen elektronischen Bauteile aufbereitet. Das Bauteil 517 stellt so die elektrische Leistung für alle rotierenden Elemente zur Verfugung, nämlich für die Leucht- oder Sendediode 513, für die Meßdatenaufbereitung 511 und den Datensender 512. Nach der Aufbereitung der gemessenen Daten in der Meßdatenaufbereitung 511 werden diese über eine Senderantenne 520 drahtlos an die feststehende Empfangseinheit 521 übertragen.
Auch dieses Element wird in Aussparungen im Gehäuse 515 befestigt.
Da die optischen Bauteile, die Sendediode 513 und die Empfangsdiode 514 dicht bei
einander stehen müssen, ist vorgesehen, die relative Winkelposition der beiden Enden der
Torsionswelle über die Hülsen 54 und 55 zur Mitte hin zu übertragen. Die Winkeländerung wird direkt über eine Positionsänderung registriert.
Innerhalb des Gehäuses befinden sich zwei konzentrisch angeordnete Kunststoffringe 523
und 524 auf denen sich jeweils eine der Induktionsspulen 518 bzw. 519 befinden. Wird an
die äußere Spule ein Wechselstrom gelegt, entsteht durch Induktion in der inneren
rotierenden Spule 519 ein Strom, dessen Größe für die Versorgung der auf der Welle
befindlichen Bauteile ausreicht. Das Prinzip entspricht dem eines Transformators, wobei
im vorliegenden Fall auf verstärkende Ferritkerne verzichtet wird und eine Spule in
Rotation versetzt werden kann. Um die auf diese Weise übertragene elektrische Leistung
für die nachfolgenden elektronischen Bauteile verwenden zu können, muß der Strom
aufbereitet werden. Dies geschieht in dem Baustein 517. Er formt als Stromrichter den aus
der Spule kommenden Wechselstrom in einen Gleichstrom um und hält die Spannung konstant. Von diesem Baustein ausgehend, werden die Sendediode 513, die
Meßdatenaufbereitung 511 und die Sendeelektronik 512 mit Leistung versorgt.
Der Abstand der Sendediode 513 von der Empfangsdiode 514 beträgt nur wenige
Millimeter. Das Bauteil 525, eine Schraube, dient der Justierung. Die Vorrichtung ist
notwendig, um auf mechanische Weise den Lichtstrahl der Sendediode zu bündeln und das
Meßsystem abzugleichen. Tritt kein Drehmoment auf, muß der Lichtstrahl exakt auf die
Mitte der beiden lichtempfindlichen Flächen der Empfangsdiode 514 treffen, so daß beide
Flächen gleichmäßig stark bestrahlt werden und zur Differenz 0 führt.
Die im Strahlengang befestigte Schraube besitzt eine Bohrung geringen Durchmessers, die exzentrisch angeordnet und axial ausgerichtet ist. Wird die Schraube gedreht, beschreibt die Bohrung mit dem austretenden Lichtstrahl eine Kreisbahn um die Schraubenachse. Auf diese Weise kann der horizontale Auftrefrpunkt des Lichtstrahls auf die als Differenzdiode ausgeführte Empfangsdiode justiert werden. Die gleichzeitige vertikale Veränderung hat keinen Einfluß auf die Meßwerte, da die Differenzdiode zwei benachbarte
Die im Strahlengang befestigte Schraube besitzt eine Bohrung geringen Durchmessers, die exzentrisch angeordnet und axial ausgerichtet ist. Wird die Schraube gedreht, beschreibt die Bohrung mit dem austretenden Lichtstrahl eine Kreisbahn um die Schraubenachse. Auf diese Weise kann der horizontale Auftrefrpunkt des Lichtstrahls auf die als Differenzdiode ausgeführte Empfangsdiode justiert werden. Die gleichzeitige vertikale Veränderung hat keinen Einfluß auf die Meßwerte, da die Differenzdiode zwei benachbarte
lichtempfindliche Flächenelemente besitzt und nur eine eindimensionale horizontale
Positionsveränderung registriert wird.
Die gemessenen Spannungen der beiden bestrahlten Flächen der Differenzdiode werden in
dem Baustein 511 für die Meßdatenaufbereitung elektronisch subtrahiert, so daß ein
einzelnes aussagekräftiges Signal entsteht. Die aufbereiteten Daten werden dem Datensender 512 zugeführt.
Die gesamten elektronischen Bauteile können sich auf einer Platine befinden, die auf die
Trägerscheibe 58 gesetzt wird. Über die Funkantenne 520 gelangt das Datensignal zu dem
im festen Gehäuse installierten Empfangsbaustein 521, von dem die Daten abgenommen
werden können.
Eine für die Praxis vorgesehene Vorrichtung zeigt die Ausführung gemäß Figur 6. Bei
diesem Ausführungsbeispiel sind die Montagescheiben als Flanschringe 57 und 58 auf den
Traghülsen 54 und 55 der Torsionswelle befestigt. Die Trägerscheibe 58 ist mit einer
Platine 530 versehen, aufweicher alle rotierenden elektronischen Bauteile 511, 512 und
517 angeordnet sind.
Sowohl die Sendediode als auch die Empfangsdiode sind handelsübliche, äußerst
kostengünstige Bauteile, die sich in eine ebenso einfach herstellbare Nabe einsetzen oder
für eine Torsionswelle nutzen lassen. Die Meßvorrichtung zeichnet sich daher nicht nur
durch eine ausreichende Genauigkeit aus, sondern bildet eine sehr kostengünstige
Alternative zu den bislang bekannten Systemen.
Claims (17)
1. Vorrichtung zum Messen des in Geräte-, Maschinen- und ruhenden Vorrichtungsteilen eingeleiteten oder von diesen abgegebenen Drehmoments durch
Messen der Torsion zwischen zwei voneinander entfernten Querschnitten des drehmomentbelasteten Bauteils, mit einem Lichtstrahl (11) sichtbarer oder unsichtbarer
Wellenlänge der zwischen den Querschnitten auf strahlungsempfindliche Empfangsflächen
(8, 9) projiziert wird und das Drehmoment über drehmomentabhängige Änderungen der
bestrahlten Fläche (Flächendifferentiale) errechenbar ist, gekennzeichnet durch eine mit
dem vom Drehmoment beaufschlagten Bauteil verbindbare Meßnabe (3) oder Torsionshülse oder eine Torsionswelle (51) mit jeweils zwei axial entfernt voneinander
angeordneten, sich radial erstreckenden Trägern (4, 5, 57, 58) für wenigstens eine
Sendediode (6, 513) und eine handelsübliche Differential-Fotodiode als Empfangsdiode
(7, 514).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenträger
Flansche (4, 5, 57, 58) oder Bunde sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere
gleichmäßig am Umfang der Träger verteilt angeordnete Dioden vorgesehen sind.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßnabe oder Torsionshülse (3) auf einer Welle (1) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßnabe oder Torsionshülse über ein- oder beidseitig anschraubbare Adapter mit einer
Welle verbunden ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapter als
Wellenkupplungen (20, 22, 23) ausgebildet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Adapterkupplungen elastisch sind.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß im Strahlengang Elemente (10, 525) zum Fokussieren des Strahlenbündels angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Träger für
die Sende- und Empfangsdioden am freien Ende einer Trägerhülse (54, 55) angeordnet
und jede Trägerhülse mit ihrem dem Diodenträger abgewandten Ende fest mit dem drehmomentbelasteten Bauteil verbunden sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das dem Drehmoment
ausgesetzte Bauteil eine Torsionswelle (51) ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionswelle
mit Kupplungselementen versehen und mit dem innerhalb eines Gehäuses (515)
angeordneten Meßgeräteteilen als in sich abgeschlossen einsetzbare Meßeinheit ausgebildet ist.
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12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Träger der Sende- und Empfangsdioden kreisförmige Montagescheiben (57, 58) für die
Elemente der Meßwertaumahmen sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Stromversorgung für auf rotierenden Bauteilen angeordnete elektronische Bauteile
mindestens ein einen Induktionsstrom erzeugendes Spulenpaar (518, 519) vorgesehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Bündelung des Lichtstrahls der Sendediode eine Justierschraube (525) mit exzentrischer,
axialer Bohrung in dem die Sendediode tragenden Träger angeordnet ist.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die
für rotierende Bauteile gewonnenen Datensignale drahtlos zu einem ruhenden Empfangsbaustein (521) übertragen werden.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfangsbaustein im Vorrichtungsgehäuse installiert ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß an
der die Empfangsdiode tragenden Montagescheibe (58) alle rotierenden elektronischen
Bauteile (511, 512, 517) befestigt sind.
Priority Applications (1)
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DE29901513U DE29901513U1 (de) | 1998-01-30 | 1999-01-29 | Vorrichtung zur Drehmomentmessung |
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DE29801487U DE29801487U1 (de) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | Vorrichtung zur Drehmomentmessung |
DE29901513U DE29901513U1 (de) | 1998-01-30 | 1999-01-29 | Vorrichtung zur Drehmomentmessung |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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DE29901513U1 true DE29901513U1 (de) | 1999-04-22 |
Family
ID=8051916
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE29801487U Expired - Lifetime DE29801487U1 (de) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | Vorrichtung zur Drehmomentmessung |
DE29901513U Expired - Lifetime DE29901513U1 (de) | 1998-01-30 | 1999-01-29 | Vorrichtung zur Drehmomentmessung |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE29801487U Expired - Lifetime DE29801487U1 (de) | 1998-01-30 | 1998-01-30 | Vorrichtung zur Drehmomentmessung |
Country Status (1)
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DE (2) | DE29801487U1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005023182B4 (de) * | 2004-08-11 | 2014-04-24 | Hyundai Motor Company | Drehmomenterfassungsvorrichtung |
-
1998
- 1998-01-30 DE DE29801487U patent/DE29801487U1/de not_active Expired - Lifetime
-
1999
- 1999-01-29 DE DE29901513U patent/DE29901513U1/de not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102005023182B4 (de) * | 2004-08-11 | 2014-04-24 | Hyundai Motor Company | Drehmomenterfassungsvorrichtung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE29801487U1 (de) | 1998-07-23 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 19990602 |
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R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20020219 |
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R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20050202 |
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R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years |
Effective date: 20070216 |
|
R071 | Expiry of right |