DE3511490A1

DE3511490A1 - Messeinrichtung fuer drehwinkel und/oder drehmomente

Info

Publication number: DE3511490A1
Application number: DE19853511490
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr.-Ing. 7016 Gerlingen Dobler; Hansjörg Dipl.-Ing. Hachtel (FH), 7251 Weissach
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1985-03-29
Filing date: 1985-03-29
Publication date: 1986-10-09

Description

Beschreibung
Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Meßeinrichtung zur berührungsfreien Erfassung eines Drehwinkels und/ oder Drehmoments nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits aus der DE-PS 29 51148 bzw. aus der DE-OS 3307 105 eine Einrichtung bekannt, bei der auftretende Drehmomente mit Hilfe eines Wirbelstromsensors bestimmt werden. Dieser ist in seiner konstruktiven Ausgestaltung auf das größte auftretende Drehmoment, also den jeweiligen Maximalwert, ausgelegt.
Im Betrieb, beispielsweise an einem Kraftfahrzeug, treten aber bevorzugt weit unter diesem Maximalwert liegende Meßwerte auf. Aufgrund von z.B. Nichtlinearität der Meßwerte und Driften des Gebers bzw. der angeschlossenen Elektronik wirken sich die bei diesen Meßwerten auftretende absoluten Meßfehler, deren Größe vom jeweiligen Maximalwert abhängen, stärker aus. So- mit weist der Wirbelstromsensor im Bereich der am häufigsten auftretenden Meßwerte ein schlecht auswertbares, fehlerbehaftetes Meßergebnis auf.
Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein Wirbelstromsensor mehrere unterschiedliche Meßbereiche aufweist. Im Betrieb kann somit zur Auswertung jeweils der geeignetste Meßbereich, d.h. der Meßbereich mit den geringsten Meßfehlern, verwendet werden. Die Welle selbst kann einen über die ganze Meßlänge konstanten, großen Durchmesser aufweisen und hat somit eine hohe Festigkeit.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich. Es ist sowohl möglich, für jeden einzelnen Meßbereich eine eigene Auswerteelektronik oder eine automatische, in den optimalen Meßbereich umschaltende Auswerteelektronik zu verwenden. Abhängig von der gewünschten Meßgenauigkeit ist der Gesamtmeßbereich in beliebige einzelne Teilmeßbereiche unterteilbar.
Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Drehmomentsensor.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels Auf einer Welle 10 ist mit Hilfe von Kugellagern 11, 12 ein hülsenförmiges Gehäuse 13 gelagert. Innerhalb des Gehäuses 13 ist auf der Welle 10 eine sich an das Kugellager 11 anschließende, äußere Schlitzhülse 14 drehfest angeordnet. Anschließend an deren Befestigung 15 sind radial in der äußeren Schlitzhülse 14 in Längsrichtung eingefräste Schlitze 16 ausgebildet. Ferner befinden sich auch vor dem der Befestigung 15 abgewandten Ende der Schlitzhülse 14 Schlitze 17, die gleich wie die Schlitze 16 ausgebildet sind. Im Bereich der Schlitze 16 ist eine erste innere Schlitzhülse 19 und im Bereich der Schlitze 17 eine zweite innere Schlitzhülse 20 angeordnet. Die Befestigung 19a der Schlitzhülse 19 ist im Abstand L 1 und die Befestigung 20a der Schlitzhülse 20 ist im Abstand L 2 von der Befestigung 15 der äußeren Schlitzhülse 14 drehfest auf der Welle 10 angeordnet. Beide inneren Schlitzhülsen 19, 20 sind gleich ausgebildet. Sie haben zwei Schlitzreihen 21a,21b bzw. 22a, 22b, die jeweils um eine Schlitzbreite zueinander versetzt sind. Sie verlaufen ebenfalls in Längsrichtung der inneren Schlitzhülsen 19, 20, wobei ihre Länge etwa der halben Länge der Schlitze 16 bzw. 17 der äußeren Schlitzhülse 14 entspricht. Eine innere Schlitzhülse bildet somit mit der äußeren Schlitzhülse jeweils ein Schlitzhülsenpaar. Konzentrisch zu den beiden Schlitzhülsen 19,20 befindet sich an der Innenwandung 23 des Gehäuses 13 je ein aus Isolierstoff hergestellter Spulenkörper 24 bzw. 25, auf dem zwei Meßspulen 26a, 26b bzw. 27a, 27b mit einlagiger Wicklung angeordnet sind.
Diese können durch ein Abschirmblech 28 aus Nichteisenmetall, z.B. Kupfer oder Aluminium, voneinander getrennt sein. Mit Hilfe von Leitungen 29 sind die Meßspulen 26a, 26b bzw. 27a, 27b mit einer nicht dargestellten elektronischen Auswerteschaltung verbunden. Durch die Verwendung von zwei Spulen 26a, 26b bzw. 27a, 27b kann eine Differentialmeßmethode angewendet werden. Die konzentrischen Schlitzhülsen 14, 19, 20 bestehen aus etwa 1 mm starkem, elektrisch leitfähigem, vorzugsweise nicht magnetischem Material.
Wird auf die Welle 10 ein Drehmoment übertragen, so wird die Welle 10 im Bereich des Gehäuses 13 tordiert. Dadurch wird eine Schlitzreihe 21a bzw. 21b der inneren Schlitzhülse 20 durch die äußere Schlitzhülse 14 überdeckt, während die andere Schlitzreihe 21a bzw.
21b der inneren Schlitzhülse 20 sich öffnet bzw. umgekehrt. Werden die Meßspulen 27a, 27b von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossen, so werden die auf den Schlitzhülsen erzeugten Wirbelströme vergrößert bzw. verkleinert. Dadurch wird auch die Induktivität in der einen der beiden Meßspulen 27a bzw. 27b verkleinert und in der anderen Meßspule 27a bzw. 27b vergrößert. Dasselbe gilt auch entsprechend für die Wirkungsweise zwischen der inneren Schlitzhülse 19 und der äußeren Schlitzhülse 14. Für eine hohe Empfindlichkeit der Meßeinrichtung ist es besonders wichtig, daß der Radialabstand zwischen dem Wickeldurchmesser der Meßspulen 26a, 26b bzw. 27a, 27b und dem Außendurchmesser der äußeren Schlitzhülse 14 jeweils möglichst klein gehalten wird.
Das auf die Welle 10 übertragene Drehmoment ist im gesamten Bereich des Gehäuses 13 gleich groß. Aber die Verdrehungen der Welle 10 ist im Bereich der beiden inneren Schlitzhülsen 19, 20 unterschiedlich groß.
Sie ist im Bereich der inneren Schlitzhülse 20 um das Verhältnis L 2/L 1 größer als im Bereich der Schlitzhülse 19. Geht man davon aus, daß bei einer Verdrehung von z.B. ca. 1" ein linearer Kennlinienverlauf möglich ist, so wird bei dieser Verdrehung von der Schlitzhülse 19 das Drehmoment Mmax erfaßt; bei der Schlitzhülse 20 ebenfalls bei einer Verdrehung von 1" im Bereich dieser Schlitzhülse 20 aber nur das kleinere Drehmoment von Mmax x L 1/L 2. Somit kann je nach auftretendem Drehmoment, d.h. nach dessen Größe, das Meßsignal des ersten (14, 19) oder des zweiten Schlitzhülsenpaares 14, 20 ausgewertet werden.
Selbstverständlich ist es auch möglich, mehr als nur zwei innere Schlitzhülsen auf der Welle 10 anzuordnen.
Dadurch kann der gesamte Meßbereich zwischen Null und Mmax in mehrere Meßbereiche aufgeteilt werden.
Auf diese Weise ist eine genaue Bestimmung des jeweils herrschenden Drehmoments möglich, dessen Meßwert nur mit einem geringen absoluten Fehler behaftet ist.
Die Meßwerte der einzelnen Schlitzhülsen können jeweils einem eigenen elektronischen Auswertesystem zugeführt werden. Es ist aber auch möglich, ein Auswertesystem zu verwenden, das automatisch bei einem Schwellwert von einem Schlitzhülsenpaar auf das andere umschaltet. Es wählt somit jeweils selbst den optimalen Meßbereich aus.
Mit Hilfe dieser Meßeinrichtung ist es möglich, im Betrieb auftretende kleine Drehmomentwerte mit einem geringen absoluten Meßfehler zu erfassen, wobei die Meßeinrichtung auf die maximal auftretenden Drehmomentwerte ausgelegt ist.

Claims

Patentansprüche 1. Meßeinrichtung zur berührungsfreien Erfassung eines Drehwinkels und/oder Drehmomentes an einer stehenden oder rotierenden Welle (10) mit mindestens zwei zueinander und zur Welle (10) konzentrischen, sich umschließenden zylindrischen Hülsen (14, 19, 20), die gegeneinander verdrehbar und an ihren Umfangsflächen in eine gleiche Anzahl mehrerer zur Wellenachse paralleler segmentartiger Mantelflächen unterteilt sind, die in Umfangsrichtung abwechselnd hohe und niedrige elektrische Leitfähigkeit aufweisen und mindestens von einer zu den Hülsen (14, 19, 20) gleichachsigen Wicklung (26, 27) umschlungen sind, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßstellen vorhanden sind.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Hülsen (14) mindestens zwei im axialen Abstand voneinander angeordnete Hülsen (19,20) umschließt.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im axialen Abstand voneinander auf der Welle (10) mindestens zwei Hülsen (19, 20) drehfest angeordnet sind, die zwei Reihen von Längsschlitzen (21, 22) aufweisen, die gegeneinander um etwa eine Längsschlitzbreite verschoben sind, daß diese Hülsen (19,20) von einer gemeinsamen auf der Welle (10) drehfest angeordneten äußeren Hülse (14) umgeben sind und daß diese jeweils im Bereich der beiden Hülsen (19, 20) Längsschlitze (16, 17) aufweist, die in Wirkverbindung mit den Längsschlitzen (21, 22) der beiden inneren Hülsen (19,20) stehen.
4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (26, 27) der in Wirkverbindung miteinander stehenden Hülsen (14, 19, 20) jeweils mit einem eigenen elektronischen Auswertesystem verbunden sind.
5. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (26, 27) der in Wirkverbindung miteinander stehenden Hülsen (14, 19, 20) mit einem elektronischen Auswertesystem verbunden sind, das bei Überschreiten eines Schwellwertes zur Auswertung von einer Hülse (19) auf eine andere Hülse (20) umschaltet.