DE3726148C2

DE3726148C2 -

Info

Publication number: DE3726148C2
Application number: DE19873726148
Authority: DE
Inventors: Egbert Dr. 6236 Eschborn De Schaepermeier
Original assignee: Schaepermeier, Egbert, Dr.-Ing., 6232 Bad Soden, De
Current assignee: SCHAEPERMEIER, EGBERT, DR.-ING., 6231 SCHWALBACH,
Priority date: 1987-08-06
Filing date: 1987-08-06
Publication date: 1992-07-09
Also published as: DE3726148A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Messung eines Drehmomentes an einem Maschinenelement zur Dreh momentenübertragung in einem Antriebssystem mit mindestens zwei Sensoren, die in einem stillstehenden Gehäuseteil ange ordnet sind und an zwei mit Abstand zueinander angeordneten Stellen des Antriebssystems Impulse empfangen, die in einem Weiterverarbeitungsteil bezüglich des Differenzwinkels im Hinblick auf die Drehmomentenerfassung ausgewertet werden, gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine derartige Vorrichtung ist bekannt aus US 45 92 241.The invention relates to a device for measurement of a torque on a machine element for rotation Torque transmission in a drive system with at least two sensors attached in a stationary part of the housing are arranged and at two spaced from each other Set the drive system to receive pulses in one Processing part with respect to the difference angle in Be evaluated with regard to the torque detection, according to the preamble of claim 1. Such a device is known from US 45 92 241.

Es ist bereits ein Meßsystem bekannt (Druckschrift, Elektro nische Drehmomentenüberwachung ETG, Anwendung u. Einsatzge biete v. Ringspann, Albrecht Maurer KG), das aus einem Dreh teil besteht, das auf einer Welle fest angeordnet ist. Der Drehteil weist einen Außenteil auf, über den der Antrieb eingeleitet bzw. der Abtrieb abgeleitet wird. In dem Drehteil sind zahlreiche nebeneinander angeordnete koaxial zur Welle ausgerichtete Aussparungen vorgesehen, die in der Art angeordnet sind, daß der Außenteil über zahlreiche dünn wandige Stege mit einer Nabe verbunden ist, die auf der Welle fest angeordnet ist. Die Stege haben die Aufgabe, eine Verdrehung des Außenteiles gegenüber der Welle zuzulassen. Die Verdrehung des Außenteiles gegenüber der Welle wird durch eine mechanische Übersetzung in eine Axialbewegung umgesetzt, die dann erfaßt und in ein Drehmoment umgerechnet wird. Der Nachteil beider bekannten Vorgehensweisen liegt in der geringen meßtechnischen Auflösung, die trotz des hohen mechanischen Aufwandes nicht verbesserbar ist. Ferner erfordern die für die Generierung der Drehung des Verdrehwinkels notwendigen und durch die Aussparungen gebildeten Stege beim letztgenannten System einen hohen Bearbeitungsaufwand. Außerdem führt diese Art der konstruk tiven Lösung zu einem großen Bauraum.A measuring system is already known (publication, electro African torque monitoring ETG, application u. Operational area offer v. Ringspann, Albrecht Maurer KG), from one turn part exists, which is fixed on a shaft. The Turned part has an outer part, through which the drive initiated or the output is derived. By doing Turned part are numerous coaxial arranged side by side recesses aligned to the shaft are provided, which in the Are arranged that the outer part is thin over numerous Wall webs is connected to a hub on the Shaft is fixed. The bridges have the task of one Permit rotation of the outer part in relation to the shaft. The rotation of the outer part relative to the shaft is through a mechanical translation into an axial movement implemented, which is then recorded and converted into a torque becomes. The disadvantage of both known approaches is that they are small metrological resolution, despite the high mechanical Effort cannot be improved. Furthermore, the require for the generation of the rotation of the angle of rotation necessary and webs formed by the recesses a high one in the latter system Processing effort. In addition, this type of construct tive solution to a large installation space.

Es ist ferner eine Schaltanordnung zur Messung des Drehmo mentes bekannt (DE-OS 35 09 763), die zwei Sensoren auf weist, die eine Welle an zwei räumlich voneinander getrenn ten Meßebenen abtasten und die empfangenen Meßwerte an ein Meßgerät weitergeben, das den Differenzwinkel zwischen den beiden Meßebenen ermittelt und dadurch das Drehmoment er rechnet. Die Meßebenen sind jedoch auf unterschiedlichen Wellen des Antriebssystems angeordnet, wobei zur Voraus setzung für eine derartige Messung die beiden Wellen form schlüssig miteinander verbunden sein müssen.It is also a switching arrangement for measuring the torque mentes known (DE-OS 35 09 763), the two sensors points that a shaft on two spatially separated from each other Scan th measuring levels and the received measured values on Pass on the measuring device, the difference angle between the determined both measurement levels and thereby the torque calculates. However, the measurement levels are at different levels Shafts of the drive system arranged, with advance setting the two wave form for such a measurement must be conclusively connected.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Meßsystem derart auszubilden, daß eine Drehmomentmessung auch an Maschinenelementen möglich ist, die zur kraftschlüs sigen Drehmomentenübertragung eingesetzt werden sollen. Diese Aufgabe ist durch die im An spruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Da das Maschinen element aus zwei koaxial zueinander angeordneten Drehteilen besteht, die über ein elastomeres Verbindungsteil verbunden sind, läßt sich dieses auf einfache Weise auch bei vor handenen Übertragungselementen integrieren. Somit kann auf einfache Weise die Vorrichtung zur Messung eines Drehmo mentes verbilligt werden. In vorteilhafter Weise werden die Drehteile über das Verbindungsteil formschlüssig miteinander verbunden. Das elastomere Verbindungsteil kann beispiels weise aus Gummi oder aus einem anderen elastischen Material hergestellt sein, das mit den Oberflächen der Drehteile bei spielsweise verklebt wird. Das elastomere Verbindungsteil kann auch zwischen die Oberflächen der Drehteile einvulkani siert werden. Eine einwandfreie Zentrierung und gute Lager ung des Drehteiles auf der Welle erhält man dadurch, daß die Drehteile sich in etwa über die gesamte Länge der sich gegenüberliegenden, miteinander verbundenen Flächen der Drehteile erstreckt. In vorteilhafter Weise ist die Dicke des Verbindungsteils sehr klein gehalten. Damit wird ver hindert, daß das Drehteil auf der Welle bzw. dem zugehörigen Nabenteil eine Schwingbewegung ausführt. Das Verhältnis der axialen Länge des Verbindungsteils zur Dicke des Ver bindungsteils ist dabei größer als 10 : 1.In contrast, the invention is based on the object Design the measuring system such that a torque measurement is also possible on machine elements that are used for frictional locking torque transmission should be used. This task is through the in the An pronounced 1 solved characteristics. Because that's machines element made of two coaxial rotating parts exists, which is connected via an elastomeric connecting part are, this can be done in a simple way integrate existing transmission elements. Thus, on simple way the device for measuring a torque be made cheaper. Advantageously, the Turned parts form-fitting with each other via the connecting part connected. The elastomeric connecting part can, for example wise from rubber or from another elastic material be produced with the surfaces of the turned parts is glued, for example. The elastomeric connector can also be vulcanized between the surfaces of the turned parts be settled. Perfect centering and good bearings The rotating part on the shaft is obtained by the fact that the Turned parts are roughly the entire length of the opposite, interconnected surfaces of the Turned parts extends. The thickness is advantageous the connecting part was kept very small. This ver prevents the rotating part on the shaft or the associated Hub part performs an oscillating movement. The ratio of axial length of the connecting part to the thickness of the ver binding part is larger than 10: 1.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, daß die Drehteile aus zwei ineinandergefügten zylindrischen Buchsen gebildet sind, wobei das eine Drehteil auf einer Welle drehfest angeordnet ist und das andere Drehteil ein Antriebs- bzw. ein Abtriebsteil trägt. Die ineinanderge steckten Buchsen können dabei die gleiche Länge aufweisen, wobei die innere Buchse das Nabenteil bildet, das mit der Welle drehfest verbunden ist. Auf der äußeren Buchse kann beispielsweise eine Riemenscheibe oder ein Zahnkranz ange ordnet sein.In a further embodiment of the invention, it is advantageous that the turned parts from two interlocking cylindrical Bushings are formed, the one rotating part on a Shaft is arranged rotatably and the other rotating part Drive or an output part carries. The intertwined inserted sockets can have the same length, the inner sleeve forming the hub part that mates with the Shaft is rotatably connected. Can on the outer socket for example, a pulley or sprocket to be in order.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert.In the following the invention is based on one only an embodiment illustrating the drawing explained in more detail.

In der Zeichnung ist mit 10 eine Antriebs- bzw. Abtriebs scheibe der Einfachheit halber nur teilweise dargestellt, die Teil einer Vorrichtung zur Messung eines Drehmomentes eines Maschinenelementes bzw. einer Welle 12 ist. Auf der Welle 12 ist eine zylindrische Buchse 14 drehfest angeordnet, die die Funktion einer Nabe hat. Die Buchse 14 liegt mit ihrem linken Ende gegen einen auf der Welle 12 vorgesehenen Kragen 16 an. Am rechten Ende der Welle 12 ist ein Lager 20 mittels einer Schraube 22 befestigt. Das Lager 20 preßt die Buchse 14 gegen den Kragen 16 der Welle 12 und stellt somit eine drehfeste Verbindung zwischen der Welle 12 und der Buchse 14 her. Das Lager 20 dient ferner zur Aufnahme eines Wälzlagers 24. Das Lagergehäuse 28 ist mit einem Gehäuseteil 36 drehfest verbunden, damit der Sensorhalter 30 nicht mit der Welle 12 umläuft. An das Lagergehäuse 28 ist ein Sensorhalter 30 angeschlossen, der zur Aufnahme von zwei mit Abstand zueinander angeordneten Sensoren 32 und 34 dient. In der Zeichnung sind lediglich zwei Sensoren 32 und 34 dargestellt. Es können jedoch in dem Sensorhalter 30 auch mehrere Sensoren vorgesehen werden. Die Sensoren dienen zum Empfang von Impulsen, die in einem in der Zeichnung nicht dargestellten Weiterverarbeitungsteil bezüglich des Differenzwinkels im Hinblick auf die Dreh momentenerfassung ausgewertet werden. (Ein derartiges Wei terverarbeitungsteil ist in der DE-OS 35 09 763 beschrieben und dargestellt).In the drawing, a drive or output disk is only partially shown at 10 for the sake of simplicity, which is part of a device for measuring a torque of a machine element or a shaft 12 . On the shaft 12 , a cylindrical sleeve 14 is rotatably arranged, which has the function of a hub. The socket 14 bears with its left end against a collar 16 provided on the shaft 12 . At the right end of the shaft 12 , a bearing 20 is fastened by means of a screw 22 . The bearing 20 presses the bush 14 against the collar 16 of the shaft 12 and thus establishes a rotationally fixed connection between the shaft 12 and the bush 14 . The bearing 20 also serves to receive a rolling bearing 24 . The bearing housing 28 is rotatably connected to a housing part 36 so that the sensor holder 30 does not rotate with the shaft 12 . A sensor holder 30 is connected to the bearing housing 28 and serves to receive two sensors 32 and 34 arranged at a distance from one another. Only two sensors 32 and 34 are shown in the drawing. However, a plurality of sensors can also be provided in the sensor holder 30 . The sensors are used to receive pulses that are evaluated in a further processing part, not shown in the drawing, with respect to the difference angle with regard to the torque detection. (Such Wei processing part is described and shown in DE-OS 35 09 763).

Auf der zylindrischen Buchse 14 ist eine weitere zylindri sche Buchse 40 angeordnet, die in etwa die gleiche Länge aufweist wie die zylindrische Buchse 14. Die Buchse 40 ist über ein Verbindungsteil 42 formschlüssig mit der Buchse 14 verbunden. Das Verbindungsteil 42 kann aus einem elastomeren Material, beispielsweise aus Gummi gebildet sein und mit der äußeren Oberfläche 44 der Buchse 14 und der innenliegenden Oberfläche 46 der Buchse 40 verklebt werden. Es ist jedoch auch möglich, das gummiartige Verbindungsteil durch Vulka nisieren mit den Oberflächen 44 und 46 zu verbinden.On the cylindrical sleeve 14 , a further cylindrical sleeve 40 is arranged, which has approximately the same length as the cylindrical sleeve 14 . The socket 40 is positively connected to the socket 14 via a connecting part 42 . The connecting part 42 can be formed from an elastomeric material, for example rubber, and can be glued to the outer surface 44 of the bush 14 and the inner surface 46 of the bush 40 . However, it is also possible to connect the rubber-like connecting part by vulcanizing to the surfaces 44 and 46 .

Auf der zylindrischen Buchse 40 sitzt eine Keilriemenscheibe 48, über die der Antrieb eingeleitet bzw. der Abtrieb abgeleitet wird. Die Keilriemenscheibe 48 ist über Schraubenbolzen 50 lösbar mit der zylindrischen Buchse 40 verbunden. Wie aus der Zeichnung hervorgeht, ist am rechten Ende der Buchse 40 und der Buchse 14 je ein Ringflansch 50 und 52 vorgesehen, an deren Außenumfang die mit den Sensoren 32 und 34 in Wirkverbindung stehenden Impulsgeber 54 und 56 angeordnet sind. Die Impulsgeber 54 und 56 können beispiels weise als Zahnkranz ausgebildet sein.A V-belt pulley 48 sits on the cylindrical bushing 40 , via which the drive is introduced or the output is derived. The V-belt pulley 48 is detachably connected to the cylindrical bush 40 by means of screw bolts 50 . As can be seen from the drawing, an annular flange 50 and 52 is provided at the right end of the socket 40 and the socket 14 , on the outer circumference of which the pulse generators 54 and 56, which are operatively connected to the sensors 32 and 34 , are arranged. The pulse generators 54 and 56 can, for example, be designed as a ring gear.

Wird beispielsweise der Antrieb über die Welle 12 einge leitet und der Abtrieb über die Keilriemenscheibe 48 einge leitet, so wird bei größer werdender Momentenbelastung an der Keilriemenscheibe 48 und somit an der Buchse 40 eine Drehung der Buchse 40 gegenüber der Buchse 14 erzeugt. Bei der Drehung wird in den Sensoren 32 und 34 je ein sinus ähnliches Signal erzeugt. Je größer die Momentenbelastung an der Keilriemenscheibe 48 bzw. an der Buchse 40 ist, desto größer ist auch der Phasenversatz der beiden generierten Signale. In dem in der DE-OS 35 09 763 beschriebenen Weiter verarbeitungsteil wird der Phasenversatz und somit der Verdrehwinkel zwischen der Buchse 40 und der Buchse 14 bzw. den Ringflanschen 50 und 52 gemessen.If, for example, the drive is introduced via the shaft 12 and the output is introduced via the V-belt pulley 48 , rotation of the bush 40 relative to the bush 14 is generated as the moment load increases on the V-belt pulley 48 and thus on the bush 40 . During rotation, a sine-like signal is generated in sensors 32 and 34 . The greater the moment load on the V-belt pulley 48 or on the bush 40 , the greater the phase shift of the two generated signals. In the further processing part described in DE-OS 35 09 763, the phase shift and thus the angle of rotation between the socket 40 and the socket 14 or the ring flanges 50 and 52 are measured.

Durch die vorteilhafte Verwendung des elastischen Ver bindungsteils, das zwischen die Oberflächen der Buchsen ein vulkanisiert ist, erhält man die Möglichkeit der gegen seitigen Verdrehung der beiden Buchsen 14 und 40, ohne daß die radiale Verschiebung der Buchse 40 gegenüber der Buchse 14 hoch ist. Die geringen radialen Verschiebungen sind so klein, daß sie den Rundlauf der Buchse 40 und somit der Keilriemenscheibe 48 nicht beeinflussen. Durch das relativ dünne Verbindungsteil zwischen den beiden Buchsen 14 und 40 braucht der Gesamtaußendurchmesser der Keilriemenscheibe 48 nicht vergrößert zu werden, so daß ein derartiges Verbin dungselement sich auch bei vorhandenen Antriebssystemen ohne weiteres integrieren läßt, um eine Drehmomentenüber wachung durchführen zu können.Due to the advantageous use of the elastic Ver connecting part, which is a vulcanized between the surfaces of the bushings, one obtains the possibility of mutual rotation of the two bushings 14 and 40 without the radial displacement of the bushing 40 relative to the bushing 14 is high. The small radial displacements are so small that they do not affect the concentricity of the bush 40 and thus the V-belt pulley 48 . Due to the relatively thin connecting part between the two bushes 14 and 40 , the overall outer diameter of the V-belt pulley 48 does not need to be enlarged, so that such a connecting element can also be easily integrated into existing drive systems in order to be able to carry out a torque monitoring.

Claims

1. Device for measuring a torque on a machine element for torque transmission in a drive system with at least two sensors ( 32, 34 ), which are arranged in a stationary part of the housing and receive pulses at two positions of the drive system which are spaced apart from one another and which are received in a further processing part of the difference angle with respect to the torque detection, the machine element consisting of two coaxial rotating parts ( 14, 40 ) which are connected via a connecting part ( 42 ), the connecting part ( 42 ) consisting of elastic material, the rotating parts ( 14, 40 ) connects positively to one another and extends approximately over the entire length of the width and circumference of the opposing surfaces ( 44, 46 ) of the rotating parts ( 14, 40 ) to be connected to one another, characterized in that the connecting part is made of elastomeric Material exists and that the ratio of the axial length of the connecting part ( 42 ) to the thickness of the connecting part ( 42 ) is greater than 10: 1.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the rotating parts ( 14, 40 ) are formed from two nested cylindrical bushes, wherein the one rotating part ( 14 ) on a shaft ( 12 ) is rotatably arranged and the other rotating part ( 40 ) a drive or an output part ( 48 ) carries.