DE3104091A1 - Torque sensor - Google Patents

Torque sensor

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DE3104091A1
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Karl H. Ing.(grad.) 7300 Esslingen Kessler
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KESSLER KARL H ING
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KESSLER KARL H ING
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    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
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Abstract

Measurement of the torque in rotating systems is principally performed by means of elastically deformable measurement shafts which are subjected to torsion. When operating test stands and in the case of production devices with torque monitoring, there is the risk of overloading the deforming member. In the present invention, the deforming member is arranged in a rotatably mounted hollow shaft in such a way that it can easily be interchanged in the event of damage without dismantling the entire system.

Description

Drehmoment aufnehmerTorque transducer

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentaufnehmer, der eine in einer drehbar im Aufnehmergehäuse gelagerten Hohlwelle llutergebrachte Meßwelle enthält, deren eine Seite starr mit der Hohlwelle verbunden ist und deren andere Seite relativ zur Hohlwelle drehbar angeordnet ist und der mit einem Meßsystem zur Drehmomenterfassung versehen ist.The invention relates to a torque transducer that has a The measuring shaft is installed in a hollow shaft rotatably mounted in the transducer housing contains, one side of which is rigidly connected to the hollow shaft and the other Side is arranged rotatably relative to the hollow shaft and with a measuring system for Torque detection is provided.

Derartige Drehmomentaufnehmer werden überwiegend im Prufstandbetrieb eingesetzt, sie finden jedoch in zunehmendem MaBe auch Eingang in Fertigungsvorgänge, beispielsweise zur Kontrolle von flontagevorgängen.Such torque transducers are mainly used in test bench operation used, but they are increasingly being used in manufacturing processes, for example to control flontage processes.

Ein weitergehender Einsatz von Drehmomentaufnehmern zur Durchführung von im Rahmen der Fertigung zweckmäßigen und sinnvollen Drehmomentmessungen scheitert oft aa der æatsache, daß die Meßwellen verhältnismäßig empfindlich sind und daher bei praktisch unvermeidlichen Fehlbedingungen und/oder Uberlastungen Beschädigungen nicht auszuschließeo sind. Die Reparatur beschädigter Meßwellen oder sonstiger Meßglieder ist in der Regel kostspielig, da die Meßwelle bzw. das Meßglied bei den bekannten Drehmom'entaufnebmern das tragende Element des gesamten rotierenden Systems ist und nicht ohne weiteres aus- und eingebaut bzw. durch ein anderes ersetzt werden kann. Dieser Umstand wirkt sich auch insofern nachteilig aus, als die Verwirklichung eines beispielsweise aus fertigungstechnischen Gründen erforderlich werdenden anderen Meßbereichs zumindest mit erheblichen Schwierigkeiten verknüpft ist.A more extensive use of torque transducers for implementation of expedient and sensible torque measurements in the context of production fails often the fact that the measuring waves are relatively sensitive and therefore in the case of practically unavoidable fault conditions and / or overloads, damage cannot be ruled out. The repair of damaged measuring shafts or other measuring elements is usually expensive because the measuring shaft or the measuring element in the known Torque transducers is the supporting element of the entire rotating system and not easily removed and installed or by a other can be replaced. This fact is also disadvantageous in that the realization of a necessary for manufacturing reasons, for example the other measuring range is at least associated with considerable difficulties is.

Es ist Auf gabe der Erfindung, unter Uberwindung der Nachteile des Standes der Technik mit wirtschaftlichen Mitteln einen dahingehend verbesserten Drehmomentaufnehmer zu schaffen, daß der Ein- und Ausbau des Meßglieds bzw. der Meßwelle rasch und bequem vonstatten. geht und die Meßwelle weitestgehend von Störgrößen freigehalten wird.It is on task of the invention, overcoming the disadvantages of the State of the art with economical means an improved to that effect To create torque transducers that the installation and removal of the measuring element or the Run the measuring shaft quickly and easily. goes and the measuring wave largely from disturbance variables is kept free.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die starre Verbindung zwischen der einen Seite der Meßwelle und der Hohlwelle durch eine lösbare, den betreffenden Stumpf der Meßwelle mit der Hohlwelle verdrehfest vereinigende Elemmvorrichtung verwirklicht ist und der relativ zur Hohlwelle drehbare andere Stumpf der Meßwelle mittels eines ebenfalls lösbaren Klemmstücks ;verdr.ehfest mit dem Träger eines Teils des Meßsystems zur Drehmomenterfassung verbunden ist, derart, daß die Meßwelle nach Lösen der beiden Klemmverbindungen aus der Hohlwelle herausnehmbar ist.According to the invention, this object is achieved in that the rigid connection between one side of the measuring shaft and the hollow shaft by a detachable, the relevant stump of the measuring shaft with the hollow shaft torsionally unifying clamping device is realized and the relative to the hollow shaft rotatable other stub of the measuring shaft by means of a likewise detachable clamping piece; twisted securely with the carrier of a Part of the measuring system for torque detection is connected in such a way that the measuring shaft can be removed from the hollow shaft after loosening the two clamping connections.

Ein nach der Erfindung konzipierter Drehmomentgeber bietet die Voraussetzung für eine Erweiterung der Anwendungsmöglichkeiten von Drehmomentgebern. Dies vor allem auch deshalb, weil hinsichtlich der Wahl des Drehmoment- und Drehzahlbereichs nunmehr ein beträchtlicher Spielraum besteht und die weitgehend von Störgrößen freigehaltene und gegen Biegemomente unempfindliche Meßwelle eher axiale oder radiale Ankopplungen ermöglicht und weitere Ausgestaltungen des Drehmomentgebers, z.B. zu einer Leistungsbremse, nahelegt.A torque transmitter designed according to the invention provides the prerequisite for an expansion of the application possibilities of torque transducers. This before especially because of the choice of torque and speed range There is now considerable leeway and that which is largely kept free of disturbance variables and the measuring shaft, which is insensitive to bending moments, is more likely to be axial or radial couplings and further configurations of the torque transducer, e.g. to a performance brake, suggests.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung, die einen in Iangsrichtung geschnittenen Drehmomentgeber veranschaulicht, erläutert.An embodiment of the invention is based on the following the drawing, which illustrates a torque transducer cut in the longitudinal direction, explained.

Im Gehäuse 1 des Drehmomentgebers ist die Hohlwelle 2 mittels zweier Wälzlager 3,4 drehbar gelagert. Auf der Hohlwelle 2 ist ein Wicklungsträger 5 fest angeordnet, der auf seiner Frontseite eine Wicklung 6 eines Winkelmeßsystems trägt und am Umfang mit einer ransformatorwicklung 7 versehen ist, die zur Speisung der Wicklung 6 dient. Der Wicklung 6 liegt unter Zwischenschaltung eines Luftspalts 8 eine Spule 9 gegenüber, die ebenfalls zum Winkelmeßsystem gehört und auf einem Spulenträger 10 angebracht ist, der fest auf der Meßwelle 11 sitzt. In einer Umfangsnut des Spulenträgers 10 ist eine Transformatorwicklung 12 angeordnet, die zur Speisung der Spule 9 dient.In the housing 1 of the torque transmitter, the hollow shaft 2 is by means of two Rolling bearings 3.4 rotatably mounted. A winding support 5 is fixed on the hollow shaft 2 arranged, which carries a winding 6 of an angle measuring system on its front side and is provided on the circumference with a transformer winding 7, which is used to feed the Winding 6 is used. The winding 6 lies with the interposition of an air gap 8 a coil 9 opposite, which also belongs to the angle measuring system and on a Coil carrier 10 is attached, which is firmly seated on the measuring shaft 11. In a circumferential groove of the coil support 10, a transformer winding 12 is arranged, which is used for feeding the coil 9 is used.

Die beiden Transformatorwicklungen 7 und 12 dienen gleichzeitig auch zur Abnahme des drehmomentabhängigen Neßsignals.The two transformer windings 7 and 12 also serve at the same time to decrease the torque-dependent test signal.

Dieses wird auf die im feststehenden Gehäuseteil 1' untergebrachten Transformatorwicklungen 7' und 12' übertragen, welche den Wicklungen 7 und 12 durch einen Luftspalt 13 getrennt gegenüberliegen.This is placed on the in the fixed housing part 1 ' Transformer windings 7 'and 12' transmitted, which the windings 7 and 12 through an air gap 13 opposite separately.

Die Meßwelle 11 ist im Bereich ihres Wellenstumpfes 11' mittels einer Klemmvorrichtung 14 fest, das heißt verdrehsicher, mit der Hohlwelle 2 verbunden. Dabei kann die Elemmvorvichtung 14 gegebenenfalls auch als Rutschkupplung ausgebildet sein.The measuring shaft 11 is in the region of its stub shaft 11 'by means of a The clamping device 14 is firmly connected to the hollow shaft 2, that is to say non-rotatable. The Elemmvorvichtung 14 can optionally also be designed as a slip clutch be.

Die drehbare Anordnung der Meßwelle 11 relativ zur Hohlwelle 2 ist durch zwei Wälzlager 15,16 verwirklicht, die im Bereich des Wellenstumpfes 11" vorgesehen sind. Anstelle von Wälzlagern als Abstützmittel für die Meßwelle an der Hohlwelle kann auch ein Kreuzfedergelenk oder dergleichen verwendet werden. Zur festen Verbind-ung der Meßwelle 11 im Bereich ihres Stumpfes 1111 mit dem Spulenträger 10 dient ein Klemmstück 17.The rotatable arrangement of the measuring shaft 11 relative to the hollow shaft 2 is realized by two roller bearings 15, 16, which are provided in the area of the stub shaft 11 ″ are. Instead of roller bearings as a support means for the measuring shaft on the hollow shaft a cross-spring joint or the like can also be used. For a permanent connection the measuring shaft 11 in the area of their stump 1111 with the coil carrier A clamping piece 17 is used for 10.

Bei einer Drehmomentbelastung über die Wellenstümpfe 11' und 11" tritt eine Relativverdrehung zwischen der rotierenden Meßwelle 11 und der rotierenden Hohlwelle 2 auf. Dem entsprechend tritt auch eine Relativverdrehung zwischen der Wicklung 6 und der Spule 9 des Winkelmeßsystems auf, die als MeßgröBe ausgewertet wird. Diese drebmomentabhängige Meßgröße wird als Meßsignal über das durch die Wicklungen 7 und 12 gebildete transformatorische System berührungslos auf die Wicklungen 7' und 12' übertragen und kann an der Anschlußklemme 18 abgenommen und dem Auswertegerät zugeführt werden.With a torque load on the stub shafts 11 'and 11 "occurs a relative rotation between the rotating measuring shaft 11 and the rotating Hollow shaft 2. Accordingly, there is also a relative rotation between the Winding 6 and the coil 9 of the angle measuring system, which is evaluated as a measured variable will. This torque-dependent measured variable is transmitted as a measuring signal through the windings 7 and 12 formed transformer system without contact on the windings 7 ' and 12 'transmitted and can be removed from the terminal 18 and the evaluation device are fed.

Fur den Fall, daß die Meßwelle 11 ausgewechselt werden soll, sei es aus Gründen einer Neßbereichserweiterung oder wegen einer Beschädigung, brauchen lediglich die Klemmvorrichtung 14 und das Klemmstück 17 nach Abnahme des Gehäusedeckels 19 gelöst zu werden. Die Meßwelle 11 kann danach herausgezogen und durch eine andere ersetzt werden.In the event that the measuring shaft 11 is to be replaced, be it for reasons of widening the wet area or because of damage only the clamping device 14 and the clamping piece 17 after removing the housing cover 19 to be solved. The measuring shaft 11 can then be pulled out and replaced by another be replaced.

Die Ankupplung kann axial an den beiden Wellenstümpfen 1X' und 11" erfolgen. Es besteht auch die Soglichkeit, zur Radialmomenteinleitung eine Riemenscheibe auf den Wellenstumpf 11' aufzusetzen. Auf der Hohlwelle 2 kann des weiteren auch der Rotor einer Bremsvorrichtung angeordnet werden; beispielsweise in Form einer Wirbelstrombremse 20.The coupling can be axially attached to the two stub shafts 1X 'and 11 " take place. It is also possible to use a pulley to introduce radial torque to put on the stub shaft 11 '. On the hollow shaft 2 can also the rotor of a braking device are arranged; for example in the form of a Eddy current brake 20.

Anstelle der Meßsignalerfassung und Ubertragung mittels eines auf induktiver Basis arbeitenden Systems kann auch jedes andere hierfür geeigaete Meßsystem verwendet werden, beispielsweise ein auf optoelektronischer, kapazitiver, magnetischer oder funktechnischer Grundlage beruhendes System.Instead of the measurement signal acquisition and transmission by means of a System working on an inductive basis can also be any other measuring system suitable for this purpose can be used, for example an optoelectronic, capacitive, magnetic or radio-based system.

Mit 21 ist eine integrierte Anordnung zur Drehzahlmessung mit der Anschlußklemme 22 angedeutet. Zur Befestigung des Drehmomentgebers dient ein Haltewinkel 23.With 21 is an integrated arrangement for speed measurement with the Terminal 22 indicated. A bracket is used to fasten the torque transmitter 23

Die als Torsionswelle ausgebildete Meßwelle 11 weist in ihrem Mittenbereich eine Einschnürung 11 " ' auf.The measuring shaft 11, designed as a torsion shaft, has in its central area a constriction 11 "'on.

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Claims (7)

Patentansprüche W Drehmomentaufnehmer, der eine in einer drehbar im Aufnehmergehäuse gelagerten Hohlwelle untergebrachte Meßwelle enthält, deren eine Seite starr mit der Hohlwelle verbunden ist und deren andere Seite relativ zur Hohlwelle drehbar angeordnet ist, und der mit einem Meßsystem zur Drehmomenterfassung versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die starre Verbindung zwischen der einen Seite der Meßwelle und der Hohlwelle durch eine lösbare, den betreffenden Stumpf der Meßwelle mit der Hohlwelle verdrehfest vereinigende Elemmvorrichtung verwirklicht ist und der relativ zur Hohlwelle drehbare andere Stumpf der Meßwelle mittels eines ebenfalls lösbaren Klemmstücks verdrehfest mit dem Träger eines Teils des Meßsystems zur Drehmomenterfassung verbunden ist, derart, daß die Meßwelle nach Lösen der beiden Klemmverbindungen aus der Hohlwelle herausnehmbar ist. Claims W torque transducer, one in a rotatable in the transducer housing mounted hollow shaft accommodated measuring shaft, whose one side is rigidly connected to the hollow shaft and the other side is relatively is arranged rotatably to the hollow shaft, and with a measuring system for torque detection is provided, characterized in that the rigid connection between the one Side of the measuring shaft and the hollow shaft by a detachable, the relevant stump realized the measuring shaft with the hollow shaft torsionally unifying clamping device is and the relative to the hollow shaft rotatable other stub of the measuring shaft by means of a also releasable clamping piece torsion-proof with the carrier of part of the measuring system is connected for torque detection, such that the measuring shaft after loosening the two Clamping connections can be removed from the hollow shaft. 2. Drehmomentaufnehmer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwelle durch eine in ihrem Mittenbereich eine Einschnürung aufweisende Torsionswelle verkörpert ist. 2. Torque transducer according to claim 1, characterized in that the measuring shaft by a torsion shaft having a constriction in its central area is embodied. 3. Drehmomentaufnehmer nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der relativ zur Hohlwelle drehbare Stumpf der Meßwelle über wenigstens ein Wälzlager an der Hohlwelle abgestützt ist. 3. Torque transducer according to Claims 1 and 2, characterized in that that the relative to the hollow shaft rotatable stump of the measuring shaft via at least one roller bearing is supported on the hollow shaft. 4. Drehmomentaufnehmer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abstützung des relativ zur Hohlwelle drehbaren Neßwellenstumpfes zwei im Abstand voneinander angeordnete Kugellager vorgesehen sind.4. Torque transducer according to claim 3, characterized in that to support the Neßwellenstumpfes rotatable relative to the hollow shaft two at a distance mutually arranged ball bearings are provided. 5. Drehmomentaufnehmer nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der andere Teil des drehbar angeordneten Meßsystems zur Drehmomenterfassung auf einem fest auf der Hohlwelle sitzenden Tragkörper angebracht ist und den beiden rotierenden Teilen des Meßsystems ein im feststehenden Gehäuseteil untergebrachter Vbertragungsteil zugeordnet ist, und daß die drehmomentabhängige Verdrehung der Meßwelle relativ zur Hohlwelle als Meßgröße berührungslos erfaßt und berührungslos vom rotierenden Teil des Meßsystems auf dessen feststehendes Teil übertragen wird.5. Torque transducer according to claims 1 to 4, characterized in that that the other part of the rotatably arranged measuring system for torque detection is attached to a support body firmly seated on the hollow shaft and the two rotating parts of the measuring system housed in the fixed housing part Transmission part is assigned, and that the torque-dependent rotation of the Measuring shaft relative to the hollow shaft detected contactlessly and contactlessly as a measured variable is transferred from the rotating part of the measuring system to its stationary part. 6. Drehmomentaufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das rotierende Meßsystem aus einer auf der Frontseite des auf der Meßwelle angeordneten Trägers und aus einer auf der dieser Seite gegenüberliegenden Seite des fest auf der Hohlwelle sitzenden Tragkörpers angeordneten Wicklung sowie aus einer sowohl am Umfang des Trägers als auch am Umfang des Tragkörpers vorgesehenen Wicklung besteht, und daß der feststehende Teil des Meßsystems durch zwei am Innenumfang des feststehenden Gehäuseteils angebrachte Spulen verkörpert ist, die mit den am Umfang des mit der Meßwelle fest verbundenen Trägers und am Umfang des auf der Hohlwelle sitzenden Tragkörpers angebrachten Spulen transformatorisch gekoppelt sind.6. Torque transducer according to claim 5, characterized in that the rotating measuring system consists of one arranged on the front side of the measuring shaft Carrier and from a side on the opposite side of the fixed the hollow shaft seated support body arranged winding as well as from both there is a winding provided on the circumference of the support as well as on the circumference of the support body, and that the fixed part of the measuring system by two on the inner circumference of the fixed Housing part mounted coils is embodied with the on the circumference of the with the Measuring shaft firmly connected carrier and on the circumference of the seated on the hollow shaft Support body attached coils are transformer-coupled. 7. Drehmoment aufnehmer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die berührungslose Erfassung der drehmomentabhängigen erdrehung der Meßwelle relativ zur Hohlwelle auf der Basis einer Widerstandsänderung oder auf optoelektronischem, kapazitivem, magnetischem oder einem sonst geeigneten Weg erfolgt.7. Torque transducer according to claim 5, characterized in that the contactless detection of the torque-dependent rotation of the measuring shaft relative to the hollow shaft on the basis of a change in resistance or on optoelectronic, capacitive, magnetic or any other suitable way.
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