DE3512969A1 - Drehmomentmessschluessel - Google Patents

Drehmomentmessschluessel

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DE3512969A1
DE3512969A1 DE19853512969 DE3512969A DE3512969A1 DE 3512969 A1 DE3512969 A1 DE 3512969A1 DE 19853512969 DE19853512969 DE 19853512969 DE 3512969 A DE3512969 A DE 3512969A DE 3512969 A1 DE3512969 A1 DE 3512969A1
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torque
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DE19853512969
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Eberhard Dr. 7312 Kirchheim Mayer
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Dr Staiger Mohilo and Co GmbH
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Dr Staiger Mohilo and Co GmbH
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25BTOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • B25B23/142Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for hand operated wrenches or screwdrivers
    • B25B23/1422Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for hand operated wrenches or screwdrivers torque indicators or adjustable torque limiters
    • B25B23/1425Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers specially adapted for hand operated wrenches or screwdrivers torque indicators or adjustable torque limiters by electrical means

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Description

  • Drehmomentmeßschlüssel
  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentmeßschlüssel mit einem Ratschenkopf oder einem auswechselbaren Werkzeugteil und einem außerhalb des Drehzentrums am Hebelarm des Schlüssels angebrachten Meßwertgeber für die Drehmomenterfassung. Das an der Meßstelle auftretende Drehmoment hängt von der Länge des Abstandes der Meßstelle (Meßhebelarm) vom Drehzentrum ab und weist bezogen auf das durch die am Hebel angreifende Querkraft und die vom Drehzentrum bis zum Kraftangriffspunkt reichende Hebelarmlänge definierte Drehmoment einen geringeren Wert auf. Dieser£ 11systematische" Fehler wird normalerweise in der Kalibrierung dahingehend berücksichtigt, daß das an der Meßstelle gemessene Moment tatsächlich einem größeren Moment am Werkzeugkopf entspricht.
  • Eine solche Kalibrierung setzt indessen einen örtlich definierten Kraftangriffs- oder einleitungspunkt voraus. Wird in der Praxis ein anderer Krafteinleitungspunkt gewählt bzw. ist ein solcher erforderlich, wie es im Falle der Verwendung einer Hebelarmverlängerung der Fall ist, so entsteht ein unter Umständen beträchtlicher Meßfehler. Das heißt, bei einer von der Kalibrierungshebelarmlänge abweichenden Hebelarmerstreckung, also bei undefinierter Hebelarmlänge, ist bei gleicher Drehmomentanzeige das tatsächliche Drehmoment am Werkzeugkopf kleiner.
  • Um diese Unzulänglichkeit auszuschalten, ist es bekannt, am Hebelarm zusätzliche Meßstellen vorzusehen, um die Kraftverteilung vollständig zu erfassen und eine Kompensation des Meßfehlers durchzuführen (DE-OS 31 39 374.8).
  • Dieser Weg ist verhältnismäßig aufwendig und umständlich.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Meßfehler durch eine solche Gestaltung der Geometrie der Meßstelle zu kompensieren, daß die Querkraft ohne zusätzliche Meßstelle erfaßbar ist.
  • Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Hebelarm einen im Bereich der Meßstelle und deren Umgebung befindlichen Abschnitt geringerer Steifigkeit gegen Querkraftbeanspruchung aufweist und daß die querkraftbedingte elastische Verformung in diesem Abschnitt durch den Meßwertgeber für das Drehmoment miterfaßt wird und dieses Verformungssignal dem auf das an der Meßstelle angreifenden Drehmoment zurückgehenden Signal überlagert wird, und daß diese beiden Signale, das tatsächliche Drehmoment am Werkzeugkopf indizieren.
  • Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Die Erfindung wird im nachstehenden anhand der Zeichnung erläutert.
  • Es zeigen: Fig. 1 einen Drehmomentmeßschlüssel mit auswechselbarem Werkzeugteil, Fig. 2 Drehmomentbeanspruchungen am Werkzeugkopf bei unterschiedlichen Hebelarmlängen schematisch, Fig. 3 einen im Bereich der Meßstelle und deren Umgebung als Doppelbiegearm ausgebildeten Hebelarm, Fig. 4 die durch Drehmomentbeanspruchung bewirkte prinzipielle Verformung des Doppelbiegearms.
  • Fig. 5 die prinzipielle Verformung des Doppelbiegarms durch Querkraftwirkung, Fig. 6 eine alternative Querschnittsform des Hebelarms an der Meßstelle.
  • Der Drehmomentmeßschlüssel gemäß Fig. 1 besteht aus einem Handgriff 1, einem diesen aufnehmenden Schaft 2 (Hebelarm) mit einem Aufnahmekopf 3 für einen Schraubenschlüssel 4 oder dergleichen Werkzeugteil. In seinem aufnahmekopfseitigen Bereich ist der Schaft 2 mit einem Meßwertgeber 5 (Meßstelle) versehen.
  • Bei einen solchen DrehmomentmeSsclllüssel mulJ die Messung des Drehmoments außerhalb des Drehzentrums 6 erfolgen. Uas an der Meßstelle 5 entstehende Drehmoment hängt von der Länge des Meßhebelarms a ab und enthält einen von der QuerKraft F, also von der Hebelarmlänge 1 abhängigen systematischen Fehler. Dieser Fehler wird normalerweise in der Kalibrierung berücksichtigt und erfordert die Einhaltung eines definierten Krafteinleitungspunktes F.
  • Wira auf den Handgriff des Drehmomentmeßschlüsseis eine VerlängetlJng 8 aufgesteckt, so entsteht ein unter Umständen erheblicher Meßfehler, der auf den weiter vom Drehzentrum entfernt liegenden Krafteinleitungspunkt Fl zurückzuführen ist. Während bei der Kalibrierung mit der Hebelarmlänge 1 berücksichtigt wird, daß das gemessene Moment M einem größeren Moment M am Werkzeugkopf entspricht (vergl. hierzu Fig.2), aist es im Falle einer HeBelarmverlängerung (Hebelarmlänge 11) so, daß bei gleicher Drehmomentanzeige M das tatsächliche Moment M1 am Werkzeugkopf kleiner ist. a eine korrekte Messung zu erhalten, wird, wie die Figur 3 im Prinzip zeigt, der hebelarm in der Umgebung der Meßstelle 5 beispielsweise als Doppelbiegebalken ausgebildet. Der dadurch bewirkten Verminderung der Steifigkeit des Hebelarms gegen Querkräfte ist eine Transformation der Querkraft bzw. der Querkräfte in ein Zusatznoment immanent, das miterfaßt wird. Dabei Kommt es darauf an, daß der Transformationsfaktor geeignet gewählt wird.
  • Im Falle der Figur 3 ist die Hebelarmlänge vom Drehzentrum 6 bis zur Meßstelle 5 wieder mit a bezeicllnet, während e die Länge des gewünschten Transformationsgliedes (Doppelbiegebalken), b die Hebelarmbreite, c die handstärke des Hebelarms und d den Abstand der Wandungsitten des geschlitzten Hebelarms voneinander kennzeichnen.
  • Unter der Voraussetzung Wandstärke c<<d errechnet sich die Länge c des Transformationsfaktors näherungsweise zu e = 2ac.
  • 3d Unter dem Einfluß eines Drehmoments verformt sich der Doppelbiegebalken gemäß Fig. 3 in der in Fig. 4 uargestellten Weise.
  • Im oberen Steg 9 des Balkenabschnitts entstehen Zugspannungen, die an seiner Außenseite 9' größer sind als an seiner Innenseite 9". Die infolge der Ausbiegung des Balkenabschnitts nach oben an seinem unteren Steg 10 auftretenden Druckbeanspruchungen sind an dessen Außenseite 1U' ebenfalls größer als an seiner Innenseite 10". Die Zug- oder Druckbeanspruchungen können in den Punkten A und/oder B oder in den Punkten C und/oder D gemessen werden, wobei die Signale entsprechend den besagten Beanspruchungen in den Punkten A oder B größer sind als in den Punkten C oder D. Es empfiehlt sich daher eine Messung an der Stelle A und/oder B, die mittels Dehnmeßstreifen erfolgen kann.
  • Die durch die Querkraft F erzeugte Verformung des Doppelbiegebalkens ist in Fig. 5 veranschaulicht. Hier handelt es sich um eine Verformung des Balkenabschnitts mit Wendepunkt. Trotz dieser im Vergleich zur drehmomentbedingten Verformung völlig anderen Verbiegung erhält man in den Punkten A,B,C und fl ein Signal in gleicher Richtung wie bei Drehmomentbelastung. Im Wendepunkt E entsteht kein querkraftabhängiges Signal.
  • Infolge dieser mechanischen Gegebenheiten kann durch geeignete Wahl der geometrischen Abmessungen des geschlitzten Balkenabschnitts, insbesondere des Verhältnisses Länge zur Höhe der Stege 9 und 10, erreicht werden, daß die Meßgröße M = M + a.F = M , also gleich dem Drehmoment am Werkzeugkopf wird. a 0 Durch Veränuerung des Widerstands des Balkenabschnitts im Bereich der Meßstelle gegen Biegung kann der Transformationsfaktor durch zusätzliche, nicht mit einem Dehnmeßstreifen beklebte Stege 11, die in der Biegeachse liegen und den Widerstand gegen Biegung erhöhen, reduziert werden, ohne daß dabei die Empfindlichkeit des Balkenabschnitts auf Drehmomentbeanspruchung nennenswert beeinflulst wird. Line Querschnittsform der Meßstelle gemäß Fig.
  • @ führt näherungsweise zu einer Transformationslänge e#2 a(bc2 + f3).
  • 3 bcd Ls ist ersichtlich, da ohne weiteres auch andere Querschnitte des balken-bzw. Hebelarmabschnitts im Bereich der Meßstelle verwirklichbar sind, insbesondere kann der Hebelarm in dieser Bereich mehrfach durchbrochen sein, um die Empfindlichkeit für Drehmoment und Querkraft unabhänig voneinander einstellen zu können.
  • Nach abgeschlossener Verklebung eines Doppelbiegebalkens gemäß Fig. @ mit Dehnmeßstreifen kann die Meßempfindlichkeit auf einfache Weise abgeglichen werden. So kann im Falle eines zu geringen Meßsignals das Maß e durch spanabhebende Bearoeitung im Punkt 12 vergrößert werden, wodurch das querkraftbedingte Zusatzmoment M@ = F.e erhöht wird.
  • 4 Andererseits kann bei einem zu großen Meßsignal das al e an der Stelle 13 vergrößert werden, so da die bereits fixierte Meßstelle sich scheinbar in Richtung auf die Mitte des Biegebalkens zubewegt und damit ihre Anteil vermindert ( Im Punkt E ist das Signal = O).
  • Mit der erfindungsgemäßen Meßanordnung lassen sich auch Zusatzmomerte am Handgriff (MZ in Fig. 2) durch die erhöhten Querkräfte in ihrer Auswirkung auf die betreffende Schraubverbindung richtig bewerten.
  • Die Summe der beiden das tatsächliche Drehmoment am Werkzeugkopf verifizierenden Signale werden in bekannter Weise ausgewertet.

Claims (3)

  1. Patentansprüche 1. Drehmomentmeßschlüssel mit einem außerhalb des Drehzentrums am Hebelarm des Schlüssels angebrachten Meßwertgeber für die Drehmomenterfassung, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm (2) einem im Bereich der Meßstelle (5) und deren Umgebung befindlichen Abschnitt geringerer Steifigkeit gegen Querkraftbeanspruchung aufweist und daß die querkraftbedingte elastische Verformung in diesem Abschnitt durch den Meßwertgeber für das Drehmoment miterfaßt wird und dieses Verformungssignal dem auf das an der Meßstelle angreifenden Drehmoment zurückgehenden Signal überlagert wird, und daß diese beiden Signale das tatsächliche Drehmoment am Werkzeugkopf indizieren.
  2. 2. Drehmomentmeßschlüssel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geringere Steifigkeit gegen Querkraftbeanspruchung aufweisende Abschnitt des Hebelarms (2) als Doppelbiegebalken (9,10) allsgebildet ist.
  3. 3. Drehmomentschlüssel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hebelarm (2) im Bereich der Meßstelle (5) mehrfach durchbrochen ist.
DE19853512969 1985-04-11 1985-04-11 Drehmomentmessschluessel Granted DE3512969A1 (de)

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DE3512969C2 DE3512969C2 (de) 1988-04-07

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0293310A1 (de) * 1987-05-27 1988-11-30 SAM OUTILLAGE Société Anonyme Verfahren zum Kalibrieren eines elektronischen Drehmomentschlüssels
EP0448504A1 (de) * 1990-03-20 1991-09-25 Amir Shlomo Vorrichtung zum Ausführen von Arbeitsvorgängen an Werkstücken, insbesonders zum Quetschen von Anschlüssen an elektrischen Leitungsdrähten

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3576128A (en) * 1969-03-13 1971-04-27 Blh Electronics Half bridge moment desensitization of parallelogram-type beams
US3927560A (en) * 1973-12-20 1975-12-23 Transducers Inc Moment desensitization of load cells
DE3139374A1 (de) * 1981-10-03 1983-04-14 Dr. Staiger, Mohilo + Co GmbH, 7060 Schorndorf Mechanischer drehmementschluessel (drehmomentmessung ausserhalb des angriffszentrums)

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DE3512969C2 (de) 1988-04-07

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