DE3828456A1 - Measuring device for recording angle of rotation (revolution), direction (sense) of rotation and torque - Google Patents

Measuring device for recording angle of rotation (revolution), direction (sense) of rotation and torque

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Abstract

According to the invention, a measuring device (10) for recording angle of rotation, direction of rotation and torque of a metering shaft (spindle) (16) integrated in the measuring device (10) is proposed which has an electronic circuit. A strain gauge measuring bridge (24) is mounted on the metering shaft (16) for the purpose of measuring torque. The purpose of incremental measurement of angle of rotation and direction of rotation is served by a pulse disc (64) which is connected to the metering shaft (16) and rotates therewith, and a phase disc (66), which is fixed to the housing and [lacuna] by a two-track optronic device formed from light-emitting diodes (86) and phototransistors (88). After being mounted in their concentric alignment relative to one another and to the metering shaft (16), the pulse disc (64) and the phase disc (66) are fixed on a bearing (42) without the need for further adjustment. The circuit according to the invention is subdivided into a rotatable part (36, 38), connected to the metering shaft (16), and a stationary part (80), fixed to the housing. A calibration system is provided in the rotatable circuit part and acts as a shunt circuit relative to the strain gauge measuring bridge (24) at the input of the measuring system. The signal of said calibration system traverses all the function stages under completely identical conditions as for the actual measurement signal from the strain gauge measuring bridge (24). The rotatable circuit part is linked to the stationary circuit part by means of inductive ring transformers (44, 46, 48). <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßvorrichtung zur Aufnahme von Drehwinkel, Drehrichtung und Drehmoment einer in der Meßvorrichtung integrierten Meßwelle gemäß dem Oberbe­ griff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a measuring device for recording of angle of rotation, direction of rotation and torque one in the Measuring device integrated measuring shaft according to the Oberbe handle of claim 1.

Die prinzipielle Funktionsweise solcher Meßvorrichtungen und ihre Verwendung innerhalb der industriellen Meßtech­ nik wird im "Handbuch der industriellen Meßtechnik" von Prof. Dr. P. Profos, 3. Auflage, Vulkan-Verlag, Essen 1984, Kapitel 3.5.2.1.2 ausführlich beschrieben.The principle of operation of such measuring devices and their use within industrial metrology nik is described in the "Handbook of Industrial Metrology" by Prof. Dr. P. Profos, 3rd edition, Vulkan-Verlag, Essen 1984, chapter 3.5.2.1.2 described in detail.

Bekannte Meßvorrichtungen der gattungsgemäßen Art, bei denen eine Dehnungsmeßstreifen (DMS)-Vollbrücke zur Aufnahme des Drehmoments auf der Meßwelle angebracht ist, verwenden zur Übertragung der Meßsignale von der Meßwelle an eine nachgeschaltete Signal-Auswerteschaltung und zur Spannungsversorgung der DMS-Vollbrücke bzw. einer auf der sich drehenden Meßwelle angebrachten elektronischen Schaltung, Schleifringübertrager. Aufgrund ihres Abriebs bei hoher Drehzahlbelastung der Meßwelle begrenzen solche Schleifring-Übertrager die Lebensdauer einer derartigen Meßvorrichtung. Da außerdem bei solchen Schleifringen we­ gen der geringen, zu übertragenden Signalspannungen für eine gute Kontaktgabe üblicherweise eine dünne Beschich­ tung der Schleifringe mit Edelmetallen (z.B. Gold) er­ forderlich ist, kommt eine Verstärkung der Edelmetall-Be­ schichtung zur Erhöhung der Lebensdauer der Schleifring­ kontakte meist aus Kostengründen nicht in Frage.Known measuring devices of the generic type, at which a strain gauge (DMS) full bridge to Torque is attached to the measuring shaft is used to transmit the measurement signals from the Measuring shaft to a downstream signal evaluation circuit and to supply the strain gauge full bridge or one electronic mounted on the rotating measuring shaft Circuit, slip ring transmitter. Because of their abrasion limit at high speed load of the measuring shaft Slip ring transmitter the life of such Measuring device. Since we also with such slip rings against the low signal voltages to be transmitted for a good contact is usually a thin coating of the slip rings with precious metals (e.g. gold) is necessary, there is a reinforcement of the precious metal loading layering to increase the life of the slip ring  contacts mostly out of the question for cost reasons.

Darüber hinaus sind gattungsgemäße Meßvorrichtungen bekannt, die zur inkrementalen Drehwinkel- und Drehrichtungs-Er­ fassung mit Strichgitter-Scheibe(n) und optronischem Aufnehmer ausgerüstet sind. Wird in diesem Fall eine mit der Meßwelle verbundene und dadurch sich mit der Meßwelle drehende Strichgitter-Scheibe (Impuls-Scheibe) mit einer drehfesten Referenzscheibe kombiniert, so ist bei diesen Meßvorrichtungen ein erheblicher Justage-Aufwand zur Ver­ meidung unerwünschter Moire-Strukturen erforderlich, wobei bei zusätzlicher Rüttelbelastung der Meßwelle die exakte Beibehaltung der Justage nicht immer gewährleistet werden kann.In addition, generic measuring devices are known for incremental rotation angle and direction of rotation frame with grating disc (s) and optronic Sensors are equipped. In this case, one with connected to the measuring shaft and thereby to the measuring shaft rotating grating disk (impulse disk) with a non-rotatable reference disc combined, so with these Measuring devices a considerable adjustment effort for ver avoidance of undesirable moire structures is required, whereby with additional vibrating load on the measuring shaft, the exact Maintaining the adjustment cannot always be guaranteed can.

Darüber hinaus sind gattungsgemäße Meßvorrichtungen vorge­ schlagen worden, bei denen zur Übertragung der auf der Meßwelle erzeugten Meßsignale statt Schleifring-Übertragern induktive Übertrager verwendet werden. In diesem Fall ist zur Vermeidung einer Vormagnetisierung der induktiven Über­ trager eine Wechselspannung ohne überlagerten Gleichspan­ nungsanteil notwendig. Wird als alternatives Übertragungs­ verfahren ein Trägerfrequenzverfahren gewählt mit einem Phasen-empfindlichen Demodulator, so müssen äußerst hohe Ansprüche an die Übertrager und die Elektronikschaltung gestellt werden, da sowohl Änderungen des Übertragungs­ faktors als auch des Phasenwinkels zwischen Primär- und Sekundärseite zu Meßfehlern führen. Infolgedessen sind Übertrager dieser Art von oft unerwünschter Größe.In addition, generic measuring devices are featured have been proposed to those on the transfer of the Measuring wave generated measuring signals instead of slip ring transmitters inductive transformers can be used. In this case to avoid premagnetization of the inductive over support an AC voltage without superimposed DC voltage share necessary. Used as an alternative transmission a carrier frequency method chosen with a Phase sensitive demodulator, so must be extremely high Requirements for the transformer and the electronic circuit be made because of both changes in transmission factor as well as the phase angle between primary and Secondary side lead to measurement errors. As a result Transducers of this type, often of an undesirable size.

Zur Vermeidung der geschilderten Nachteile bekannter Meß­ vorrichtungen der oben erwähnten Art liegt daher der Er­ findung die Aufgabe zugrunde, eine kompakte Meßvorrichtung zur Aufnahme von Drehwinkel, Drehrichtung und Drehmoment einer Meßwelle zu schaffen, die sich durch große Lebens­ dauer auch bei rauhem Meßbetrieb auszeichnet und die bei Montage ihres optronischen, inkrementalen Drehwinkelgebers einfach und kostengünstig ohne Justage herstellbar ist.To avoid the disadvantages of known measuring devices of the type mentioned above is therefore the Er Find the task of a compact measuring device for recording the angle of rotation, direction of rotation and torque to create a measuring wave that is characterized by great life duration even in rough measuring operation and the at  Installation of your optronic, incremental rotary encoder is easy and inexpensive to manufacture without adjustment.

Diese Aufgabe wird gelöst von einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1.This object is achieved by an inventive one Measuring device with the features of the characteristic Part of claim 1.

Durch die erfindungsgemäße Verwendung von induktiven Ring­ übertragern und einem durch Frequenzteilung mittels einer Flip-Flop-Schaltung erzielten absolut konstanten Tastver­ hältnis von 1:1 und unter Vermeidung von temperaturabhän­ gigen Lade-Elkos, die für die erfindungsgemäß verwendete Rechteckspannung nicht erforderlich sind, wird in vor­ teilhafter Weise eine große Lebensdauer der Meßvorrich­ tung erzielt.By using inductive ring according to the invention transmitters and one by frequency division using a Flip-flop circuit achieved absolutely constant Tastver Ratio of 1: 1 and avoiding temperature-dependent are charging electrolytic capacitors used for the invention Rectangular voltage is not required in front a long service life of the measuring device achieved.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist darin zu sehen, daß für die Drehwinkel- bzw. Drehrich­ tungs-Erfassung durch einen optronischen Aufnehmer eine Impulsscheibe und eine Phasenscheibe verwendet werden, die direkt einem Radiallager zwischen drehendem und sta­ tischem Teil der Meßvorrichtung zugeordnet sind. Dies er­ möglicht eine einfache Montage und erfordert keine weitere Justage der beiden Scheiben zueinander, so daß ihre Aus­ richtung und Zuordnung zueinander auch bei rauhem Meßbe­ trieb erhalten bleibt. Dabei ist erfindungsgemäß der Im­ puls- und Phasenscheibe ein 2-Spur-Aufnehmer zugeordnet, mit dem in vorteilhafter Weise eine exakte Drehwinkel­ und Drehrichtungs-Erfassung vorgenommen werden kann.Another advantage of the measuring device according to the invention can be seen in the fact that for the angle of rotation or rotation detection by an optronic sensor Pulse disk and a phase disk are used which directly a radial bearing between rotating and sta table part of the measuring device are assigned. This he allows easy assembly and requires no further Adjustment of the two discs to each other so that their off Direction and assignment to each other even with rough measuring conditions drive remains. According to the invention, the Im a 2-track sensor assigned to the pulse and phase disks, with the advantageously an exact angle of rotation and detection of the direction of rotation can be made.

Die Erfassung des Drehmoments der Meßwelle der Meßvorrich­ tung wird erfindungsgemäß unabhängig von einer Drehzahl­ bzw. Drehwinkel-Bestimmung durchgeführt, so daß in vor­ teilhafter Weise positive wie auch negative sowie schnell wechselnde Drehmomente erfaßt werden können. The detection of the torque of the measuring shaft of the measuring device device is independent of a speed according to the invention or rotation angle determination carried out so that in front partly positive as well as negative as well as fast changing torques can be detected.  

Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung ist darin zu sehen, daß am Eingang ihrer Meßsystem-Beschal­ tung eine Nebenschlußkalibrierung anliegt, die alle Schalt­ stufen einschließlich der Übertrager unter den gleichen Bedingungen wie das Meßsignal durchläuft und dadurch eine optimale Systemkontrolle vom Eingang des Meßsystems an ermöglicht.A particular advantage of the measuring device according to the invention can be seen in the fact that at the entrance of your measuring system a shunt calibration is present, which all switching levels including the transmitters under the same Conditions such as the measurement signal passes through and thereby a optimal system control from the entrance of the measuring system enables.

Weitere vorteilhafte und zweckvolle Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.Further advantageous and useful embodiments of the Invention emerge from the subclaims.

Die Erfindung wird im folgenden unter Zuhilfenahme einer Zeichnung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung, das sich besonders für einen Einsatz im Bereich der industriellen Verschraubungstechnik eignet, ausführlich erläutert und beschrieben.The invention is described below with the aid of a Drawing based on a preferred embodiment the invention, which is particularly suitable for use in In the field of industrial bolting technology, explained and described in detail.

Dabei zeigen:Show:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Meßvorrichtung in einer teilweise geschnitten dargestellten Seitenansicht; Fig. 1 shows an embodiment of a measuring device according to the invention in a partially sectioned side view;

Fig. 2 eine Frontansicht der Meßvorrichtung gemäß Fig. 1 aus einer in Fig. 1 durch einen Pfeil U veranschaulichten Richtung; FIG. 2 shows a front view of the measuring device according to FIG. 1 from a direction illustrated by an arrow U in FIG. 1;

Fig. 3a eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht eines Trägerelements für einen 2-Spur-Op­ tronik-Aufnehmer zur Drehwinkel- bzw. Dreh­ richtungserfassung der Meßvorrichtung gemäß Fig. 1; Fig. 3a is a partially broken side view of a carrier element for a 2-track op tronic transducer for detecting the angle of rotation or direction of rotation of the measuring device according to FIG. 1;

Fig. 3b eine Ansicht des Optronik-Trägerelements gemäß Fig. 3a aus der dort durch einen Pfeil X ver­ anschaulichten Richtung; Figure 3b is a view of the Optronics-carrier member according to Fig 3a from the ver there by an arrow X anschaulichten direction..;

Fig. 4a eine Darstellung einer Impulsscheibe der Meß­ vorrichtung gemäß Fig. 1; FIG. 4a is an illustration of a pulse disc of the measuring device of FIG. 1;

Fig. 4b eine Darstellung eines Strichgitters der Im­ pulsscheibe gemäß Fig. 4a als dort mit Y be­ zeichnete Einzelheit in vergrößertem Maßstab; Fig. 4b is a representation of a grating in the pulse disc of FIG 4a as there with Y be marked detail on an enlarged scale.

Fig. 5a eine Darstellung einer Phasenscheibe der Meßvorrichtung gemäß Fig. 1; FIG. 5a shows a phase disc of the measuring device according to FIG. 1;

Fig. 5b eine Darstellung eines Strichgitters der Phasenscheibe gemäß Fig. 5a als dort mit Z bezeichnete Einzelheit in vergrößertem Maßstab; FIG. 5b is a representation of a bar grating of the phase plate according to Figure 5a there with Z designated detail in an enlarged scale.

Fig. 6 ein Blockschaltbild einer elektronischen Schaltung der Meßvorrichtung gemäß Fig. 1; FIG. 6 is a block diagram of an electronic circuit of the measuring device according to FIG. 1;

Fig. 7 ein Schaltplan eines F/U-Wandlers im sta­ tischen Teil der Elektronik-Schaltung gemäß Fig. 6 einer Meßvorrichtung gemäß Fig. 1; Fig. 7 is a circuit diagram of an F / U converter in the sta tical part of the electronic circuit shown in FIG 6 of a measuring device shown in FIG. 1.

Fig. 8 ein Schaltplan eines mit einer Meßwelle der Meßvorrichtung gemäß Fig. 1 drehbaren Teils der Elektronik-Schaltung gemäß Fig. 6; . Fig. 8 is a circuit diagram of a measuring shaft with the measuring device according to FIG 1 the rotatable part of the electronic circuit of FIG. 6;

Fig. 9 ein Schaltplan eines AC/DC-Umformers mit Oszillator und Kalibrieransteuerung im sta­ tischen Teil der Elektronik-Schaltung gemäß Fig. 6 einer Meßvorrichtung gemäß Fig. 1; Fig. 9 is a circuit diagram of an AC / DC converter with oscillator and calibration control in the sta tical part of the electronics circuit of FIG 6 of a measuring device of FIG. 1.

Fig. 10 ein Schaltplan eines optischen Drehwinkel­ und Drehrichtungs-Aufnehmers der Meßvorrich­ tung gemäß Fig. 1 im statischen Teil der Schaltung gemäß Fig. 6. Fig. 10 is a circuit diagram of an optical rotation angle and rotation direction of the pickup Meßvorrich processing of FIG. 1 in the static part of the circuit of Fig. 6.

Die Fig. 1 zeigt im wesentlichen den mechanischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Meßvorrichtung 10. In einem Grund­ gehäuse 12 der Meßvorrichtung 10 ist in einer zentrischen Ausnehmung 14 eine Meßwelle 16 angeordnet, die zur Verbin­ dung bzw. Integration in einen Schrauber jeweils an ihren Enden mit einer 4-Kant-Muffe 18 und einem 4-Kant-Zapfen 20 versehen ist. Die Meßwelle 16 weist einen im Durchmesser verringerten, verjüngten Bereich 22 auf, in dem eine Dehnungsmeßstreifen (DMS)-Vollbrücke 24 aufgeklebt ist. Fig. 1 shows essentially the mechanical structure of a measurement device 10 according to the invention. In a basic housing 12 of the measuring device 10 , a measuring shaft 16 is arranged in a central recess 14, each of which is provided with a square socket 18 and a square pin 20 for connection or integration in a screwdriver is. The measuring shaft 16 has a tapered area 22 with a reduced diameter, in which a strain gauge (DMS) full bridge 24 is glued on.

Die Meßwelle 16 ist im Grundgehäuse 12 im Bereich der 4-Kant-Muffe 18 in einem Radiallager 26 und dem Bereich des 4-Kant-Zapfens 20 in einem Axial-/Radiallager 28 gelagert. Das Radiallager 26 schließt das Grundgehäuse 12 im Bereich der 4-Kant-Muffe 18 gegenüber dem Grund­ gehäuse 12 ab, beim Axial-/Radiallager 28 ist das Grund­ gehäuse 12 mit einem ringförmigen Deckel 30, der in das Grundgehäuse vorzugsweise eingeschraubt ist,verschlossen, wobei sich das Axial-/Radiallager 28 mit seinem äußeren Ring am ringförmigen Deckel 30 abstützt.The measuring shaft 16 is mounted in the basic housing 12 in the area of the square socket 18 in a radial bearing 26 and the area of the square pin 20 in an axial / radial bearing 28 . The radial bearing 26 closes the basic housing 12 in the area of the square socket 18 from the basic housing 12 , in the axial / radial bearing 28 the basic housing 12 is closed with an annular cover 30 , which is preferably screwed into the basic housing, the axial / radial bearing 28 is supported with its outer ring on the annular cover 30 .

Die Meßwelle 16 ist von einer Hülse 32 umgeben, die an einer Schulter 34 der Meßwelle 16 aufliegt und mit einem inneren Zwischenring 60 durch eine nicht dargestellte Stiftschraube drehfest verbunden ist. Im verjüngten Be­ reich 22 der Meßwelle 16 sind auf der Hülse 32 eine erste ringförmige Platine 36 und eine zweite ringförmige Platine 38 befestigt, die mit gedruckten Schaltungen versehen und für die Aufnahme von Elektronikbauteilen vorbereitet sind. Die erste ringförmige Platine 36 stützt sich dabei an ei­ ner Schulter der Hülse 32 ab, die zweite ringförmige Pla­ tine 38 ist an der ersten ringförmigen Platine 36 durch elektrische Verbindungsstifte 40, vorzugsweise vier Stück, die auch als Abstandshalter fungieren, verbunden, so daß beide ringförmigen Platinen 36, 38 in ihrer Lage auf der Hülse 32 fixiert sind. Im Bereich der ringförmigen Pla­ tinen 36, 38 weist die Hülse 32 wenigstens eine radiale Bohrung, hier nicht dargestellt, auf zur Durchführung von elektrischen Signalleitungen der DMS-Vollbrücke 24. The measuring shaft 16 is surrounded by a sleeve 32 which rests on a shoulder 34 of the measuring shaft 16 and is non-rotatably connected to an inner intermediate ring 60 by a stud screw, not shown. In the tapered area 22 of the measuring shaft 16 , a first annular plate 36 and a second annular plate 38 are fastened on the sleeve 32 , which are provided with printed circuits and are prepared for the reception of electronic components. The first annular board 36 is supported on egg ner shoulder of the sleeve 32 , the second annular Pla tine 38 is connected to the first annular board 36 by electrical connecting pins 40 , preferably four pieces, which also act as spacers, so that both annular plates 36 , 38 are fixed in their position on the sleeve 32 . In the area of the annular plates 36 , 38 , the sleeve 32 has at least one radial bore, not shown here, for carrying out electrical signal lines of the strain gauge full bridge 24 .

Zur Spannungsversorgung bzw. zur Übertragung von Signalen aus dem mit der Hülse 32 verbundenen drehbaren Teil der Elektronik-Schaltung auf den ringförmigen Platinen 36, 38 sind ein erster induktiver Ringübertrager 44, ein zweiter induktiver Ringübertrager 46 und ein dritter induktiver Ringübertrager 48 zwischen der drehbaren Hülse 32 bzw. der Meßwelle 16 und dem statischen Teil der Meßvorrich­ tung 10 vorgesehen. Die induktiven Ringübertrager 44, 46, 48 bestehen im wesentlichen aus Innenringkörpern 50, die beim ersten induktiven Ringübertrager 44 und beim zweiten induktiven Ringübertrager 46 auf der Hülse 32 und beim dritten induktiven Ringübertrager 48 direkt auf der Meß­ welle 16 angebracht sind. Jeder Innenringkörper 50 nimmt eine Wicklung 54 auf. Den Innenringkörpern 50 der induk­ tiven Ringübertrager 44, 46, 48 stehen entsprechend ge­ staltete Außenringkörper 52 gegenüber, die gleichfalls eine Wicklung 54 aufnehmen und somit die induktiven Ring­ übertrager 44, 46, 48 komplettieren. In bevorzugter Aus­ gestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß bei jedem der aus jeweils einem Innenringkörper 50 und einem Außen­ ringkörper 52 mit Wicklungen 54 gebildeten induktiven Ringübertragern 44, 46, 48 ihre Stegbreiten der sich ge­ genüberstehenden Schenkel (U-förmige-Querschnittform) der Innen- bzw. Außenringkörper 50, 52 unterschiedlich breit gewählt sind, so daß auch bei axialem Spiel der Meßwelle 16 bzw. der daran befestigten Hülse 32 eine Überdeckung der Stege gewährleistet bleibt. Da der in den Innen- und Außenringkörpern 50, 52 zwischen den Schenkeln (Stegen) befindliche Raum üblicherweise vollständig von den Wick­ lungen 54 ausgefüllt wird, ergibt sich daher bei unterschiedlicher Breite der Innen- und Außenringkörper 50, 52, eine unterschiedliche Breite der sich gegenüber­ stehenden Wicklungen 54 jeweils eines Ringübertragers. Der Innenringkörper 50 des dritten Ringübertragers 48 stützt sich an einer Schulter der Meßwelle 16 ab, der Außenringkörper 52 des dritten Ringübertragers 48 ist von einem Stützring 55 umgeben, der sich seinerseits an einer Innenkante des Grundgehäuses 12 im Bereich der 4-Kant-Muffe 18 der Meßwelle abstützt.For the voltage supply or for the transmission of signals from the rotatable part of the electronic circuit connected to the sleeve 32 on the annular circuit boards 36 , 38 there are a first inductive ring transmitter 44 , a second inductive ring transmitter 46 and a third inductive ring transmitter 48 between the rotatable sleeve 32 or the measuring shaft 16 and the static part of the Meßvorrich device 10 is provided. The inductive ring transmitters 44 , 46 , 48 consist essentially of inner ring bodies 50 which are attached directly to the measuring shaft 16 in the first inductive ring transmitter 44 and in the second inductive ring transmitter 46 on the sleeve 32 and in the third inductive ring transmitter 48 . Each inner ring body 50 receives a winding 54 . The inner ring bodies 50 of the inductive ring transducers 44 , 46 , 48 are correspondingly designed as opposed ge outer ring bodies 52 , which likewise accommodate a winding 54 and thus complete the inductive ring transmitters 44 , 46 , 48 . In a preferred embodiment of the invention it is provided that in each of the inductor ring transducers 44 , 46 , 48 formed from an inner ring body 50 and an outer ring body 52 with windings 54 , their web widths of the opposing legs (U-shaped cross-sectional shape) of the inside - Or the outer ring body 50 , 52 are selected to be of different widths, so that an overlap of the webs remains ensured even with axial play of the measuring shaft 16 or the sleeve 32 attached to it. Since the space in the inner and outer ring bodies 50 , 52 between the legs (webs) is usually completely filled by the windings 54 , the inner and outer ring bodies 50 , 52 therefore have a different width when the width is different standing windings 54 each of a ring transformer. The inner ring body 50 of the third ring transmitter 48 is supported on a shoulder of the measuring shaft 16 , the outer ring body 52 of the third ring transmitter 48 is surrounded by a support ring 55 , which in turn is located on an inner edge of the basic housing 12 in the area of the square socket 18 Measuring shaft supported.

Zur Lagefixierung des ersten induktiven Ringübertragers 44 und des zweiten Ringübertragers 46 ist ein Lagerdeckel 56 des Axial-/Radiallagers 28 so ausgeführt, daß er die unter einem gewissen Abstand zueinander angeordneten Au­ ßenringkörper 52 des ersten Ringübertragers 44 und des zweiten Ringübertragers 46 überdeckt. Zwischen den beiden Außenringkörpern 52 des ersten und des zweiten Ringüber­ tragers 44, 46 ist ein äußerer Zwischenring 58 angeordnet, und zwischen den Innenringkörpern 50 des ersten und des zweiten Ringübertragers 44, 46 ist ein innerer Zwischen­ ring 60 vorgesehen, wobei insbesondere der Innenringkör­ per 50 des zweiten Ringübertragers 46 von einer Kante der Hülse 32 axial begrenzt wird. Die Innenringkörper 50 des ersten induktiven Ringübertragers 44 und des zweiten in­ duktiven Ringübertragers 46 sind mit der Hülse 32 ver­ klebt.To fix the position of the first inductive ring transmitter 44 and the second ring transmitter 46 , a bearing cover 56 of the axial / radial bearing 28 is designed such that it covers the outer ring body 52 of the first ring transmitter 44 and the second ring transmitter 46 , which are arranged at a certain distance from one another. An outer intermediate ring 58 is arranged between the two outer ring bodies 52 of the first and second ring transfer devices 44 , 46 , and an inner intermediate ring 60 is provided between the inner ring bodies 50 of the first and second ring transmitters 44 , 46 , in particular the inner ring body per 50 of the second ring transmitter 46 is axially limited by an edge of the sleeve 32 . The inner ring body 50 of the first inductive ring transmitter 44 and the second inductive ring transmitter 46 are glued to the sleeve 32 ver.

Auf der Hülse 32 ist ein Radiallager 42 vorgesehen. Direkt benachbart zu diesem Radiallager 42, vorzugsweise ein Wälz­ lager, ist auf der Hülse 32 zur optronischen Drehwinkel­ bzw. Drehrichtungserfassung eine, vorzugsweise aus trans­ parentem Kunststoff bestehende und mit einer Strichgitter­ teilung versehene Impulsscheibe 64 angebracht. Die Impuls­ scheibe 64 ist vorzugsweise mit einer dem Radiallager 42 der Hülse 32 direkt benachbarten Schulter der Hülse 32 fest verbunden, beispielsweise verklebt. Der Impulsscheibe 64 ist zur optischen Drehwinkel- bzw. Drehrichtungsaufnahme eine gleichfalls aus transparentem Kunststoff gefertigte Phasenscheibe 66 zugeordnet, (s. dazu auch Fig. 4a, b und 5a, b) die in radialer Richtung auf einer vorsprin­ genden Kante des äußeren Ringes des Radiallagers 42 und in axialar Richtung an einem Lagerring 67 des Radiallagers 42 befestigt ist, vorzugsweise angeklebt. Diese Art der An­ bringung der Impulsscheibe 64 und der Phasenscheibe 66 auf der Hülse 32 ermöglicht eine einfache genaue Montage der Scheiben 64, 66 und gewährleistet daher eine dauerhafte konzentrische Ausrichtung der Scheiben 64, 66 zueinander ohne zusätzliche Justage. Die Impulsscheibe 64 ist somit durch ihre Verbindung mit der Hülse 32 drehbeweglich ge­ genüber der gehäusefesten Phasenscheibe 66 montiert.A radial bearing 42 is provided on the sleeve 32 . Immediately adjacent to this radial bearing 42 , preferably a roller bearing, a, preferably made of trans parent plastic and with a grating division pulse disk 64 is attached to the sleeve 32 for optronic rotation angle or direction of rotation detection. The pulse disk 64 is preferably firmly connected to a radial bearing 42 of the sleeve 32 directly adjacent shoulder of the sleeve 32 , for example glued. The pulse disk 64 is assigned to the optical rotation angle or direction of rotation recording also made of transparent plastic phase disk 66 , (see also Fig. 4a, b and 5a, b) which in the radial direction on a protruding edge of the outer ring of the radial bearing 42 and is attached in the axial direction to a bearing ring 67 of the radial bearing 42 , preferably glued. This type of attachment to the pulse disk 64 and the phase disk 66 on the sleeve 32 enables simple, precise assembly of the disks 64 , 66 and therefore ensures a permanent concentric alignment of the disks 64 , 66 with respect to one another without additional adjustment. The pulse disk 64 is thus rotatably mounted by its connection to the sleeve 32 ge compared to the housing-fixed phase disk 66 .

An dem im wesentlichen zylindrischen Grundgehäuse 12 ist außen ein Anschlußkasten 68 befestigt. Der Anschlußkasten 68 besteht im wesentlichen aus einem Trägerelement 70 und einem kastenförmigen Deckel 72 zur Abdeckung und zum Schutz von im Anschlußkasten 68 untergebrachten Elektro­ nik-Schaltungen. Der kastenförmige Deckel 72 kann auf dem Trägerelement 70 lösbar befestigt werden, beispielsweise wie in Fig. 1 dargestellt, durch Schrauben (s. dazu auch Fig. 2). Am Deckel 72 des Anschlußkastens 68 ist eine elektrische Anschlußbuchse 74 vorgesehen, die der Verbin­ dung der Meßvorrichtung 10 mit einer weiteren, hier nicht dargestellten Meßauswertungs- und Registrier-Einheit dient. Im Trägerelement 70 ist eine Ausnehmung 76 und im Grund­ gehäuse 12 ist eine Ausnehmung 78 vorgesehen, die beide konzentrisch zueinander und radial zur Meßwelle 16 orien­ tiert sind und in etwa gleichen Durchmesser aufweisen. In diese Ausnehmung ragt ein, vorzugsweise quer zur Meß­ welle 16 angeordneter, Trägerstab 82 mit einem daran be­ festigten U-Profil-Stück 84, das zur Impulsscheibe 64 und zur Phasenscheibe 66 hin geöffnet ist, wobei die Schenkel des U-Profil-Stückes 84 jene mit Strichtei­ lungen 94 bzw. 96 (s. dazu Fig. 4a, b und Fig. 5a, b) ver­ sehene Randbereiche der Impulsscheibe 64 und der Phasen­ scheibe 66 umgreifen. In diesem Bereich sind auf den Schen­ keln des U-Profil-Stückes 84 zur optronischen Drehwinkel­ und Drehrichtungserfassung der Meßwelle 16 jeweils in ent­ sprechend gestalteten Ausnehmungen der Schenkel des U- Profil-Stückes 84 zwei LED′s 86 auf einem Schenkel und auf dem gegenüber liegenden Schenkel zwei Fototransisto­ ren 88 angeordnet. Die aus den zwei LED′s 86 und den ihnen zugeordneten zwei Fototransistoren 88 gebildeten 2-Spur-Optronikpaare sind elektrisch mit einer Elektronik­ platine 80 verbunden, die gleichfalls im Innern des An­ schlußkastens 68 untergebracht ist.A junction box 68 is attached to the outside of the essentially cylindrical basic housing 12 . The junction box 68 consists essentially of a carrier element 70 and a box-shaped cover 72 for covering and protecting electronics electronics circuits housed in the junction box 68 . The box-shaped cover 72 can be releasably attached to the carrier element 70 , for example, as shown in FIG. 1, by screws (see also FIG. 2). On the cover 72 of the connection box 68 , an electrical connection socket 74 is provided, which serves to connect the measuring device 10 to a further measurement evaluation and registration unit, not shown here. In the support member 70 , a recess 76 and in the base housing 12 , a recess 78 is provided, both of which are concentric to one another and radially oriented to the measuring shaft 16 and have approximately the same diameter. Extends into this recess, preferably arranged transversely to the measuring shaft 16 , support rod 82 with a U-profile piece 84 fastened thereon, which is open to the pulse disk 64 and to the phase disk 66 , the legs of the U-profile piece 84 those with Strichtei lungs 94 and 96 respectively (see Fig., Fig. 4a, b and Fig. 5a, b) provided ver edge portions of the pulse disc 64 and the disc-phases encompass 66th In this area are on the legs of the U-profile piece 84 to the optronic angle of rotation and direction of rotation detection of the measuring shaft 16 each in accordingly designed recesses of the legs of the U-profile piece 84 two LED's 86 on one leg and on the opposite lying leg two Fototransisto ren 88 arranged. The formed from the two LED's 86 and the associated two phototransistors 88 2-track optronic pairs are electrically connected to an electronic circuit board 80 , which is also housed in the inside of the terminal box 68 .

Zur Montagevereinfachung ist erfindungsgemäß zur Fixierung des Lagerringes 67 und damit zur gehäusefesten Ausrichtung der am Lagerring 67 befestigten Phasenscheibe 66 bezüglich des bereits montierten U-Profil-Stückes 84 ein erster Stift 90 vorgesehen, der in eine mit einem Innengewinde versehene Sacklochbohrung des Lagerringes 67 geschraubt wird und der durch die Ausnehmungen 76, 78 ragend in den Anschlußkasten 68 mündet. Endseitig wird der erste Stift 90 im Anschluß­ kasten 68 in der in Fig. 1 dargestellten Weise von einem Anschlag 92, beispielsweise einer Drahtbügelfeder, gehäu­ sefest fixiert.To simplify assembly, a first pin 90 is provided according to the invention for fixing the bearing ring 67 and thus for the housing-fixed alignment of the phase disk 66 fastened to the bearing ring 67 with respect to the already assembled U-profile piece 84 , which is screwed into a blind hole of the bearing ring 67 provided with an internal thread and which projects through the recesses 76 , 78 into the junction box 68 . At the end, the first pin 90 in the connection box 68 is fixed in the manner shown in FIG. 1 by a stop 92 , for example a wire bow spring, in a housing-fixed manner.

Zur Verdeutlichung ist in Fig. 2 eine Stirnansicht des erfindungsgemäßen Drehmoment-/Drehwinkel-Aufnehmers 10 dargestellt. Im Zentrum des Grundgehäuses 12 ist die Meß­ welle 16 mit dem daran befindlichen 4-Kant-Zapfen 20 zu sehen. Das im wesentlichen zylindrische Grundgehäuse 12 ist an einer dargestellten Stirnseite vom ringförmigen Deckel 30 verschlossen. Weiterhin zeigt Fig. 2 den am Grundgehäuse 12 befestigten Anschlußkasten 68, von dem das Trägerelement 70 und der darauf lösbar befestigte Deckel 72 abgebildet sind.For clarification, an end view of the torque / angle sensor 10 according to the invention is shown in FIG. 2. In the center of the basic housing 12 , the measuring shaft 16 can be seen with the square pin 20 located thereon. The essentially cylindrical basic housing 12 is closed on one end face by the annular cover 30 . Furthermore, FIG. 2 shows the connection box 68 fastened to the basic housing 12 , of which the carrier element 70 and the cover 72 releasably fastened thereon are shown.

Vorzugsweise wird das Trägerelement 70, in den Fig. 3a und 3b dargestellt, als rechteckiger Profilstab ausgebil­ det, der zu seiner Anbringung im Anschlußkasten 68 mit zwei, hier nicht näher bezeichneten, zentrischen Sack­ lochbohrungen versehen ist, die wiederum jeweils mit einem Innengewinde versehen sind. Das etwa mittig am Trägerstab 82 angebrachte U-Profil-Stück 84 ist im äu­ ßeren Bereich jedes seiner Schenkel mit zwei Bohrungen oder Ausnehmungen versehen, in denen LED′s 88 und ihnen gegenüberliegend Fototransistoren 88 eingesetzt sind. Preferably, the support member 70 , shown in FIGS . 3a and 3b, ausgebil det as a rectangular profile bar, which is provided for its attachment in the junction box 68 with two, not shown here, central blind holes, which in turn are each provided with an internal thread . The U-profile piece 84, which is attached approximately centrally to the support rod 82, is provided in the outer region of each of its legs with two bores or recesses, in which LEDs 88 and phototransistors 88 opposite them are used.

In Fig. 4a ist die Impulsscheibe 84 dargestellt, die als Kreisring-Scheibe aus transparentem Kunststoffmaterial gefertigt ist. Sie ist an sich handelsüblich. In ihrem äußeren randnahen Bereich ist sie mit einer, vorzugsweise aufgedruckten Strichteilung 94 versehen. Die Strichteilung 94 ist umlaufend, wobei in der gewählten Abbildung der Fig. 4a aus zeichentechnischen Gründen nur ein Ausschnitt dargestellt ist. Bei der Erfindung wird eine Strichteilung von vorzugsweise 360 Strichen für den vollen Kreis verwen­ det, so daß auf der Impulsscheibe 64, wie in Fig. 4b dar­ gestellt, jeweils abwechselnd 360 schwarze und 360 trans­ parente balkenartige, radial angeordnete Striche zu fin­ den sind. Etwa in der Mitte des in Fig. 4b dargestellten Ausschnitts der Strichteilung 94 der Impulsscheibe 64 ist ein dünner Referenzstrich 96 angebracht. Die schwarzen und transparenten Balken sind in ihren Breiten 88, 100 gleich.In Fig. 4a, the pulse disk 84 is shown, which is made as a circular ring disc made of transparent plastic material. It is customary in itself. In its outer region close to the edge, it is provided with a, preferably printed, line division 94 . The line division 94 is circumferential, only a section being shown in the selected illustration in FIG. 4a for drawing reasons. In the invention, a line division of preferably 360 lines is used for the full circle, so that on the pulse disk 64 , as shown in FIG. 4b, 360 alternating and 360 trans parent bar-like, radially arranged lines are to be found. A thin reference line 96 is applied approximately in the middle of the section of the line division 94 of the pulse disk 64 shown in FIG. 4b. The black and transparent bars are the same in widths 88 , 100 .

Fig. 5a zeigt die aus dem gleichen transparenten Kunst­ stoffmaterial gefertigte Phasenscheibe 86 mit ihrer in Fig. 5b vergrößert dargestellten Strichteilung 102. Diese Strichteilung ist nicht umlaufend auf der gesamten Phasen­ scheibe 66 angebracht, sondern beschränkt sich auf einen Kreisringsektor, der durch einen Winkel 104 veranschau­ licht wird und wenigstens der Breite der Schenkel des U-Profil-Stückes 84 entspricht. In Fig. 5b ist vom mit­ tig angeordneten Referenzstrich 108 ausgehend ein rechter Bereich der Strichteilung 96 mit 110 bezeichnet, der den sogenannten 0°-Phasenbereich beschreibt sowie ein mit 112 bezeichneter, links vom Referenzstrich 106 angeordneter, sogenannter 80°-Phasenbereich abgebildet. Der 0°-Phasen­ bereich 110 entspricht in seiner Ausführung der in Fig. 4b verdeutlichten Strichteilung 84 der Impulsscheibe 64. Der 90°-Phasenbereich 112 jedoch beginnt am mittigen Referenzstrich 106 nach links hin mit einem in seiner Breite 108 halbierten schwarzen Balkenstrich, auf den dann in der üblichen Reihenfolge jeweils ein transparenter und ein schwarzer Balken voller, gleicher Breite 98 bzw. 100 folgen. Da ein LED-Fototransistor-Paar 86, 88 den 0°- Phasenbereich 110 der Strichteilung 102 der Phasenscheibe 66 und das andere LED-Fototransistor-Paar 86, 88 den 90°- Phasenbereich 112 abtastet, sind die in den Fototransisto­ ren 88 erzeugten Signale aufgrund der besonderen Ausführung der Strichteilung 102, wie in Fig. 5b dargestellt, phasen­ verschoben, so daß bei Drehung der Meßwelle 16 bzw. der mit ihr verbundenen Hülse 32 Drehwinkel- und Drehrichtung der Meßwelle 16 exakt erfaßt werden können. Diese Art der optronischen Abtastung wird im folgenden im Zusammenhang mit den Erklärungen zum Aufbau der elektronischen Beschal­ tung und ihrer Funktionsweise erläutert. Fig. 5a shows the material made of the same transparent plastic disc 86 with its phase in Fig. 5b enlarged graduation marks 102 shown. This line division is not attached to the entire phase disk 66 , but is limited to a circular ring sector, which is illustrated by an angle 104 and at least corresponds to the width of the legs of the U-profile piece 84 . In Fig. 5b from with tig arranged reference bar 108, starting denotes a right region of the line graduation 96 110, which describes the so-called 0 ° phase region and displayed a 112 specified, the left arranged from the reference line 106, so-called 80 ° phase range. The design of the 0 ° phase area 110 corresponds to the line division 84 of the pulse disk 64 illustrated in FIG. 4b. However, the 90 ° phase region 112 begins at the center reference line 106 to the left with a black bar line halved in its width 108 , which is then followed in the usual order by a transparent bar and a black bar of the same width 98 and 100 , respectively. Since an LED-phototransistor pair 86, 88 of the 0 ° - phase portion 110 of the line graduation 102 of phase disk 66 and the other LED-phototransistor pair 86, 88 to 90 ° - sampling phase region 112 are contained in the Fototransisto ren 88 signals generated due to the special design of the line division 102 , as shown in FIG. 5b, phases shifted, so that when the measuring shaft 16 or the sleeve 32 connected to it, the angle of rotation and direction of rotation of the measuring shaft 16 can be detected exactly. This type of optronic scanning is explained below in connection with the explanations for the structure of the electronic circuitry and its mode of operation.

Fig. 6 zeigt in schematisierter Darstellung die Beschal­ tung der Erfindung. Rechts im Blockschaltbild sind die Anschlüsse der elektrischen Anschlußbuchse 74 im Anschluß­ kasten 88 zu sehen (s. dazu Fig. 1). Die Schaltung wird extern versorgt über einen Anschluß F mit einer Spannung von + 12 V und über einen Anschluß A mit -12 V. Anschluß E liegt auf OV (Schaltungs-Nullpunkt) und ein Anschluß M ist mit dem Gehäuse 12 verbunden. An Anschlüssen C und D werden die drehmomentenabhängigen von der DMS-Vollbrücke 24 gelieferten und in der Schaltung aufbereiteten Signale abgegriffen, wobei der Anschluß C positives Signal und der Anschluß D negatives Signal führt. An Anschlüssen G und B werden Winkelspur-Signale zur Weiterverarbeitung in einer nachgeschalteten, hier nicht dargestellten Meßsig­ nal-Auswerteeinheit herausgeführt. Die Winkelspur-Signale sind die aus der Drehung der Meßwelle 18 herrührenden und von den LED-Fototransistor-Pärchen 86, 88 an der Impuls­ scheibe 64 und der Phasenscheibe 66 abgegriffenen und in einem Winkel-Meßteil 114 aufbereiteten Signale herausge­ führt. Über Anschlüsse J und L, die über einen Widerstand gekoppelt sind, ist eine Meßbereichs-Kennung möglich. Fig. 6 shows a schematic representation of the circuitry device of the invention. On the right in the block diagram, the connections of the electrical connection socket 74 can be seen in the connection box 88 (see FIG. 1). The circuit is externally supplied via a connection F with a voltage of + 12 V and via a connection A with -12 V. Connection E is at OV (circuit zero point) and a connection M is connected to the housing 12 . The torque-dependent signals supplied by the strain gauge full bridge 24 and processed in the circuit are tapped at connections C and D , the connection C carrying a positive signal and the connection D carrying a negative signal. At connections G and B , angular track signals are led out for further processing in a downstream measuring signal evaluation unit, not shown here. The angular track signals are the resulting from the rotation of the measuring shaft 18 and from the LED phototransistor pairs 86 , 88 on the pulse disk 64 and the phase disk 66 tapped and processed in an angle measuring part 114 leads out signals. A measuring range identifier is possible via connections J and L , which are coupled via a resistor.

Eine gestrichelte Linie I-I in Fig. 8 verdeutlicht die Unterteilung der Beschaltung in einen oberhalb der Linie I-I dargestellten stationären Schaltungsteil, der im we­ sentlichen im Anschlußkasten 88 auf der Platine 80 zu finden ist und in einen unterhalb der Linie I-I darge­ stellten rotierenden Schaltungsteil, der im wesentlichen auf den ringförmigen Platinen 36, 38 auf der drehbaren, mit der Meßwelle 16 verbundenen Hülse 32 (s. dazu Fig. 1) angeordnet ist. Die Verbindung zwischen dem stationären und dem drehbaren Schaltungsteil wird durch die Ringüber­ trager 44, 46, 48, die verschleiß- und wartungsfrei ar­ beiten, gebildet. Der erste induktive Ringübertrager 44 dient dabei der Signal-Übertragung zwischen einer als Schwellwert-Schalter arbeitenden Kalibrier-Ansteuerung 116 im stationären Teil und der eigentlichen Kalibrierung 118 im drehbaren Schaltungsteil. Die Spannungsversorgung im drehbaren Schaltungsteil geschieht über den zweiten induktiven Ringübertrager 46, der eine Wechselspannung, die aus einem im stationären Schaltungsteil angeordneten und mit der + 12 V-Speiseleitung verbundenen DC-AC-Wandler 120 herrührt, an ein Versorgungs- und Verstärkerteil 122 im drehbaren Schaltungsteil überträgt. Von diesem Versor­ gungs- und Verstärkerteil 122 werden die gleichfalls im drehbaren Schaltungsteil befindliche Kalibrierung 118, die DMS-Vollbrücke 24 sowie ein Spannungs-Frequenz-Wandler (U/F-Wandler) versorgt. Der U/F-Wandler 124 wandelt die aus der DMS-Meßbrücke 24 im Verstärkerteil 122 aufbereite­ ten Meß-Signale, wie auch ein aus der Kalibrierung 118 stammendes Kalibriersignal in eine entsprechende Frequenz um und gibt diese an den dritten induktiven Ringübertrager 48 weiter. Der dritte induktive Ringübertrager 48 über­ trägt diese Wechselspannung mit meßwertproportionaler Frequenz im stationären Schaltungsteil auf einen Frequenz- Spannungs-Wandler (U/F-Wandler) 126, von dem dann eine meßwertproportionale Spannung über die Anschlüsse C, D abgegriffen wird. A dashed line II in Fig. 8 illustrates the subdivision of the circuitry into a stationary circuit part shown above the line II, which can be found in the essential box 88 on the board 80 and in a below the line II Darge presented rotating circuit part, the is essentially arranged on the annular plates 36 , 38 on the rotatable sleeve 32 (see FIG. 1) connected to the measuring shaft 16 . The connection between the stationary and the rotatable circuit part is formed by the ring transfer 44 , 46 , 48 , the wear and maintenance-free ar work. The first inductive ring transmitter 44 is used for signal transmission between a calibration control 116 operating as a threshold switch in the stationary part and the actual calibration 118 in the rotatable circuit part. The voltage supply in the rotatable circuit part takes place via the second inductive ring transformer 46 , which produces an alternating voltage, which comes from a DC-AC converter 120 arranged in the stationary circuit part and connected to the + 12 V supply line, to a supply and amplifier part 122 in the rotatable part Transmits circuit part. This supply and amplifier part 122 supplies the calibration 118 , which is also located in the rotatable circuit part, the strain gauge full bridge 24 and a voltage-frequency converter (U / F converter). The U / F converter 124 converts the measurement signals prepared from the strain gauge measuring bridge 24 in the amplifier part 122 , as well as a calibration signal originating from the calibration 118 , into a corresponding frequency and forwards this to the third inductive ring transformer 48 . The third inductive ring transformer 48 transmits this alternating voltage with frequency proportional to the measured value in the stationary circuit part to a frequency-voltage converter (U / F converter) 126 , from which a voltage proportional to the measured value is then tapped via the connections C , D.

Zur Feinabstimmung der drehmomentenabhängigen Ausgangs­ signale ist im stationären Schaltungsteil am F/U-Wandler 126 ein Empfindlichkeits-Trimmpotentiometer 128 und ein Nullpunkt-Trimmpotentiometer 130 vorgesehen.To fine-tune the torque-dependent output signals, a sensitivity trim potentiometer 128 and a zero trim potentiometer 130 are provided in the stationary circuit part on the F / U converter 126 .

Zur Feineinstellung der aus dem Winkel-Meßteil 114 heraus­ geführten drehwinkel- und drehrichtungsabhängigen Signale (an die Anschlüsse G, B) ist am Winkel-Meßteil 114 ein Trimmpotentiometer 132 für die 0°-Phasen-Winkelspur (Anschluß G) und ein Trimmpotentiometer 134 für die 90°-Phasen-Winkelspur (Anschluß B) vorgesehen.In order to fine-tune the signals dependent on the angle of rotation and the direction of rotation (out of the angle measuring part 114 ) (to the connections G , B ), a trimming potentiometer 132 for the 0 ° phase angle track (connection G ) and a trimming potentiometer 134 for are on the angle measuring part 114 the 90 ° phase angle track (connection B ) is provided.

In Fig. 6 ist weiterhin die Anbringung der Phasenscheibe 66 auf dem äußeren Ring des Lagers 42 und an dessen Lager­ ring 87 sowie die Befestigung der Impulsscheibe 64 auf der Meßwelle 16 zu sehen.In Fig. 6, the attachment of the phase disc 66 on the outer ring of the bearing 42 and on the bearing ring 87 and the attachment of the pulse disk 64 on the measuring shaft 16 can be seen.

Im folgenden wird, unter Berücksichtigung der Fig. 7 bis 10, anhand einer in der Praxis bereits erprobten Schaltung und unter Bezugnahme auf die bereits disku­ tierten Fig. 1 bis 6 die Funktionsweise der erfin­ dungsgemäßen Meßvorrichtung ausführlich beschrieben, wo­ bei auf die Beschreibung dem Fachmann geläufiger Schal­ tungsteile zu den erfindungsgemäßen Baugruppen verzich­ tet wird. Soweit in der Schaltung handelsübliche inte­ grierte Schaltkreise als Bausteine verwendet werden, wird dies im Text erwähnt, wobei in der Zeichnung deren Anschlüsse beziffert sind.In the following, taking into account of Fig. 7 to 10 described in detail with reference to an already proven in practice circuit, and with reference to the already DISKU oriented Figs. 1 to 6, the operation of the OF INVENTION to the invention the measuring device, where in the description the person skilled in common scarf device parts to the assemblies according to the invention is waived. Insofar as commercially available integrated circuits are used as components in the circuit, this is mentioned in the text, the connections of which are numbered in the drawing.

Zur Speisung der DMS-Meßbrücke 24 und der nachfolgenden Verstärker- und Spannungs-Frequenz-Wandler-Schaltungen im drehbaren Schaltungsteil wird eine stabilisierte Gleichspannung von 12 V benötigt. Wie bereits erwähnt geschieht die Versorgungsenergieübertragung auf den ro­ tierenden Schaltungsteil mittels des zweiten induktiven Ringübertragers 48. Da jedoch Ladekapazitäten im rotieren­ den Schaltungsteil gering zu halten sind und andererseits zur Erhöhung der Lebensdauer Elkos dort nicht verwendet werden, ist zur induktiven Energieübertragung eine Recht­ eckspannung hoher Frequenz erforderlich. Diese Rechteck­ spannung wird im stationären Schaltungsteil (s. dazu Fig. 8) im DC-AC-Wandler 120 aus der von außen zuge­ führten Betriebs-Gleichspannung von ca. + 12 V nach dem bekannten Zerhackerprinzip gewonnen.A stabilized DC voltage of 12 V is required to supply the strain gauge measuring bridge 24 and the subsequent amplifier and voltage-frequency converter circuits in the rotatable circuit part. As already mentioned, the supply energy is transferred to the ro-circuit part by means of the second inductive ring transformer 48 . However, since charging capacities in the rotating part of the circuit are to be kept low and, on the other hand, electrolytic capacitors are not used there to increase the service life, a square wave voltage of high frequency is required for inductive energy transmission. This square-wave voltage is obtained in the stationary circuit part (see FIG. 8) in the DC-AC converter 120 from the operating DC voltage supplied from the outside of approx. + 12 V according to the known chopper principle.

In einem Steueroszillator aus zwei C-MOS-Invertern, vor­ zugsweise Teile eines Hex-Inverter-IC′s 136, beispiels­ weise eines CD 4069 DCM im S014-Gehäuse, und einem RC- Glied 138 wird zunächst eine große Frequenz, vorzugsweise ca. 70 kHz. erzeugt.In a control oscillator consisting of two C-MOS inverters, preferably parts of a hex inverter IC's 136 , for example a CD 4069 DCM in the S014 housing, and an RC element 138 , a large frequency, preferably approximately 70 kHz. generated.

Diese Frequenz wird anschließend in einem Flip-Flop-IC 140, beispielsweise einem HCF 40278M 1, auf die halbe Frequenz von ca. 35 kHz heruntergeteilt. Auf diese Weise ergibt sich zwangsläufig ein Puls-Pausen-Zeitverhältnis von 1:1 des Steuersignals für eine nachgeschaltete erste H-Brücke 142 aus zwei P-Kanal-Feldeffekttransistoren (FET) 144, beispielsweise BSS 84, und zwei N-Kanal-Feldeffekt­ transistoren 146, beispielsweise BSS 123, so daß eine - exakte Rechteckspannung hoher Frequenz ohne vormagneti­ sierenden Gleichspannungsanteil für die äußere, die Pri­ märwicklung des zweiten induktiven Ringübertragers 46 bereitgestellt wird.This frequency is then divided down to half the frequency of approximately 35 kHz in a flip-flop IC 140 , for example an HCF 40278M 1. In this way, there is inevitably a 1: 1 pulse-pause time ratio of the control signal for a downstream first H-bridge 142 comprising two P-channel field effect transistors (FET) 144 , for example BSS 84 , and two N-channel field effect transistors 146 , for example BSS 123 , so that a - exact square-wave voltage of high frequency without vormagneti-based DC voltage component for the outer, the primary winding of the second inductive ring transformer 46 is provided.

Dabei legt die erste H-Brückenschaltung 142 aus den FE- Transistoren 144, 146 abwechselnd die gefilterte Betriebs­ spannung einmal direkt und einmal umgepolt an die Primär­ wicklung des zweiten induktiven Ringübertragers 46, wobei jeweils ein oberer FE-Transistor 144 und ein unterer FE- Transistor 148 über Kreuz gleichzeitig leitend sind. Damit auch im Umschaltmoment verhindert wird, daß ein oberer und ein direkt mit ihm verbundener unterer FE-Transistor in der ersten H-Brücke 142 gleichzeitig leitend sind, was einem Kurzschluß der Betriebsspannung gleichkäme, sind die FE-Transistoren 144, 146 mit Schutzwiderständen 148 und Schutzdioden 150 beschaltet.Here, the first H-bridge circuit 142 from the FE transistors 144 , 146 alternately the filtered operating voltage once directly and once reversed to the primary winding of the second inductive ring transformer 46 , with an upper FE transistor 144 and a lower FE transistor 148 are crosswise conductive at the same time. So that even at the moment of switching that an upper and a directly connected lower FE transistor in the first H-bridge 142 are simultaneously conductive, which would amount to a short circuit of the operating voltage, the FE transistors 144 , 146 with protective resistors 148 and Protection diodes 150 connected.

Über die Schutzdioden 150 wird die Steuerspannung sofort weggenommen und über die Schutzwiderstände 148 und die internen Gate-Kapazitäten der FE-Transistoren verzögert angelegt, so daß die FE-Transistoren 144, 146 immer zu­ erst aus und dann erst eingeschaltet werden. Durch diese Maßnahme ist sichergestellt, daß die Versorgungsenergie- Übertragung vom stationären Schaltungsteil mittels des zweiten induktiven Ringübertragers 46 auf den drehbaren Schaltungsteil weitestgehend unabhängig von Temperatur-, Toleranz-, Verschleiß- und Alterungseinflüssen ist.The control voltage is immediately removed via the protective diodes 150 and applied with a delay via the protective resistors 148 and the internal gate capacitances of the FE transistors, so that the FE transistors 144 , 146 are always first switched off and then switched on. This measure ensures that the supply energy transmission from the stationary circuit part by means of the second inductive ring transformer 46 to the rotatable circuit part is largely independent of temperature, tolerance, wear and aging influences.

Zur vereinfachten Herstellung des zweiten induktiven Ring­ übertragers 46 wie auch des ersten und des dritten induk­ tiven Ringübertragers 44, 48 ist auf eine Mittelanzapfung der Primärwicklungen verzichtet worden.To simplify the manufacture of the second inductive ring transmitter 46 and the first and third inductive ring transmitters 44 , 48 , a central tap of the primary windings has been dispensed with.

Die ebenfalls in Fig. 9 links vom DC-AC-Wandler 120 im Schaltplan dargestellte Kalibrier-Ansteuerung 116 wird später beschrieben.The calibration control 116 , likewise shown in the circuit diagram in FIG. 9 to the left of the DC-AC converter 120 , will be described later.

Zur Speisung der DMS-Meßbrücke 24 und der nachfolgenden Verstärker- und Spannungs-Frequenz-Wandler-Schaltungen wird im drehbaren Schaltungsteil eine stabilisierte Gleich­ spannung von ca. 12 V benötigt. Diese Gleichspannung wird, wie Fig. 8 zeigt, aus der vom zweiten induktiven Ring­ übertrager 48 übertragenen symmetrischen Rechteckspannung mit Hilfe einer Gleichrichterbrücke 152, beispielsweise zwei Doppeldioden vom Typ BAV 98, eines Ladekondensators 154 und eines Spannungsregler-IC′s, beispielsweise eines LM 317 gewonnen, so daß die DMS-Meßbrücke 24, vorzugsweise eine solche mit einem Widerstand von 350 Ω, über einen Vorwiderstand mit einer Betriebsspannung von ca. 8 V ver­ sorgt wird. Die Signale aus der DMS-Meßbrücke 24 werden zunächst in einen Differenzverstärker, beispielsweise ei­ nem IC 158 vom Typ OP 77 FS, auf eine Spannung von etwa ±1 V verstärkt und anschließend auf ein Bezugspotential von ca. 8 V addiert. Diese Maßnahme ist notwendig, weil die sonst üblicherweise von einer positiven und negativen Betriebsspannung gespeisten Operationsverstärker hier im drehbaren Schaltungsteil mit nur einer Betriebsspannung auskommen müssen.To supply the strain gauge bridge 24 and the subsequent amplifier and voltage-frequency converter circuits, a stabilized DC voltage of approximately 12 V is required in the rotatable circuit part. This DC voltage is, as shown in FIG. 8, from the symmetrical square-wave voltage transmitted by the second inductive ring transformer 48 with the aid of a rectifier bridge 152 , for example two double diodes of the BAV 98 type, a charging capacitor 154 and a voltage regulator IC's, for example an LM 317 won so that the strain gauge measuring bridge 24 , preferably one with a resistance of 350 Ω , is provided via a series resistor with an operating voltage of approximately 8 V. The signals from the strain gauge measuring bridge 24 are first amplified in a differential amplifier, for example an IC 158 of the type OP 77 FS, to a voltage of approximately ± 1 V and then added to a reference potential of approximately 8 V. This measure is necessary because the operational amplifiers, which are normally fed by a positive and negative operating voltage, have to make do with only one operating voltage here in the rotatable circuit part.

Über einem negativen Signalausgang der DMS-Meßbrücke 24 liegt ein variabler Widerstand 160 und ein Feldeffekt- Transistor 162, beispielsweise vom Typ BSS 123, mit denen zur Verstimmung der DMS-Meßbrücke 24 deren Nebenschluß­ widerstand kalibriert werden kann.A variable resistor 160 and a field effect transistor 162 , for example of the type BSS 123 , are located above a negative signal output of the strain gauge measuring bridge 24 , with which the shunt resistance of the strain gauge measuring bridge 24 can be calibrated in order to detune it.

Der bisher geschilderte drehbare Schaltungsteil befindet sich auf der ersten ringförmigen Platine 36, während jener Schaltungsteil, der im Blockschaltbild in Fig. 6 als U/F-Wandler 124 bezeichnet ist und der der Umwandlung des analogen Summensignals aus verstärktem Meßsignal plus Bezugspotential (8 V) in ein entsprechendes Frequenzsig­ nal umsetzt, sich auf der unterhalb der strichpunktierten Linie in Fig. 8 dargestellten zweiten ringförmigen Pla­ tine 38 befindet.The previously described rotatable circuit part is located on the first ring-shaped circuit board 36 , while the circuit part which is referred to in the block diagram in FIG. 6 as U / F converter 124 and which converts the analog sum signal from the amplified measurement signal plus reference potential (8 V). converts into a corresponding frequency signal, located on the second annular plate 38 shown below the dash-dotted line in FIG. 8.

Die Schaltung des U/F-Wandlers 124 ist so ausgelegt, daß Änderungen der Betriebsspannung in ihrer Wirkung auf die Meßgenauigkeit weitgehend kompensiert werden. Wird bei­ spielsweise die Meßbrücken-Speisespannung und damit die analoge Meßsignalspannung kleiner, so wird gleichzeitig eine Referenzspannung für den U/F-Wandler auch kleiner, so daß erneut dasselbe Frequenzsignal am Ausgang der ro­ tierenden Schaltung, also am dritten induktiven Ringüber­ trager 48, entsteht wie vorher. Dies wird dadurch erreicht, daß ein in einem IC 184, vorzugsweise vom Typ TLC 555, be­ findlicher Spannungsteiler, welcher die Triggerschwellen bestimmt, in der äußeren Beschaltung noch einmal mitbe­ nutzt wird, um das Bezugspotential zu bilden, und daß die Triggerschwellen und die Speisespannung für die DMS-Meß­ brücke 24 aus derselben Quelle gewonnen werden.The circuit of the U / F converter 124 is designed so that changes in the operating voltage are largely compensated for in their effect on the measuring accuracy. If, for example, the measuring bridge supply voltage and thus the analog measuring signal voltage is smaller, then a reference voltage for the U / F converter will also become smaller, so that the same frequency signal at the output of the ro-switching circuit, that is to say at the third inductive ring transformer 48 , is produced again as previously. This is achieved in that a voltage divider in an IC 184 , preferably of the TLC 555 type, which determines the trigger thresholds, is used again in the external circuitry to form the reference potential, and that the trigger thresholds and the supply voltage for the strain gauge measuring bridge 24 can be obtained from the same source.

Nach der Übertragung des drehmomentproportionalen Frequenz­ signals vom drehbaren Schaltungsteil über den dritten in­ duktiven Ringübertrager 48 auf den stationären Schaltungs­ teil erfolgt wiederum eine Umformung in eine analoge Spannung (s. dazu Blockschaltbild Fig. 8).After the transmission of the torque-proportional frequency signal from the rotatable circuit part via the third inductive ring transformer 48 to the stationary circuit part, a transformation into an analog voltage again takes place (see block diagram in FIG. 8).

Die genaue Schaltung des dazu verwendeten F/U-Wandlers 126 ist in Fig. 7 abgebildet. Im Prinzip werden die ankommen­ den Signale differenziert und auf einen definierten Gleich­ spannungspegel von ca. 2,5 V gesetzt. Dadurch werden ein­ deutige Verhältnisse, für eine mittels eines IC′s 166, vorzugsweise vom Typ TLC 555 CD, gebildete nachfolgende Zeitstufe geschaffen. Dadurch wird erreicht, daß nur eine abwärts gehende Signal-Flanke die Triggerschwelle durchlaufen kann, daß das Rauschen unterdrückt wird und daß das Triggersignal wieder zurückgenommen ist, bevor die Zeit abgelaufen ist. Die Zeitstufe erzeugt dabei nach jedem Triggervorgang einen vollständig neuen Impuls mit einer genauen Spannungszeitfläche, da sowohl die Betriebs­ spannung für das IC 166 präzise stabilisiert ist und da die zeitbestimmenden zugeschalteten Bauelemente ent­ sprechend genau ausgewählt werden.The exact circuitry of the F / U converter 126 used for this purpose is shown in FIG. 7. In principle, the incoming signals are differentiated and set to a defined DC voltage level of approx. 2.5 V. This creates a clear relationship for a subsequent time stage formed by means of an IC's 166 , preferably of the TLC 555 CD type. This ensures that only a downward signal edge can pass the trigger threshold, that noise is suppressed, and that the trigger signal is withdrawn again before the time has elapsed. The time step generates a completely new pulse with an exact voltage time area after each trigger process, since both the operating voltage for the IC 166 is precisely stabilized and because the time-determining components are selected accordingly.

Eine nachfolgende Integration dieser Impulse bzw. eine Mittelwertbildung geschieht in einem nachgeschalteten Bessel-Tiefpaßfilter 168, der weit oberhalb von seiner Grenzfrequenz betrieben wird. Da ein derart erzeugtes Frequenz-Signal nur eine Polarität liefert, wird durch Subtraktion oder Addition einer konstanten Spannung aus einer Konstantspannungsquelle 170, vorzugsweise ein IC vom Typ LT 1021-5, wieder ein gewünschter Null­ punkt bei einer mittleren Frequenz, vorzugsweise ca. 200 kHz, hergestellt. Vorteilhafterweise entsteht da­ bei auch die richtige Polarität der Ausgangsspannung je nach Richtung des verursachenden Drehmomentes.Subsequent integration of these pulses or averaging takes place in a downstream Bessel low-pass filter 168 , which is operated far above its cutoff frequency. Since such a generated frequency signal provides only one polarity, by subtracting or adding a constant voltage from a constant voltage source 170 , preferably an IC of the type LT 1021-5, again a desired zero point at a medium frequency, preferably about 200 kHz , produced. Advantageously, the correct polarity of the output voltage also arises depending on the direction of the torque causing it.

Durch einen zwischengeschalteten invertierenden Verstärker, der aus einem Operationsverstärker eines geeigneten IC′s 172, vorzugsweise vom Typ LM 358 D, und zwei Widerständen 174, 176 gebildet wird, ist es möglich, ein und dieselbe Präzisions-Spannungsquelle 170 sowohl zur Impulserzeugung als auch als Quelle für die Nullpunktkompensation zu nutzen, so daß vorteilhafterweise die erzielbare Genau­ igkeit verbessert ist. Zu einem solchen Nullpunktabgleich dient das Trimmpotentiometer 130 und zum Abgleich der Empfindlichkeit das Trimmpoti 128 (s. dazu auch Block­ schaltbild in Fig. 6) .By an intermediate inverting amplifier, which is formed from an operational amplifier of a suitable IC 172 , preferably of the type LM 358 D, and two resistors 174 , 176 , it is possible to use one and the same precision voltage source 170 for both pulse generation and To use source for the zero point compensation, so that the achievable accuracy is advantageously improved. The trim potentiometer 130 is used for such a zero point adjustment and the trim potentiometer 128 for adjusting the sensitivity (see also the block diagram in FIG. 6).

Die erfindungsgemäße Meßvorrichtung enthält ferner eine Kalibrier- und Testeinrichtung, die eine Funktionsprüfung und eine Erhöhung der Systemgenauigkeit ermöglicht. Da die Kalibriersignale der Kalibrierung 118 im drehbaren Schaltungsteil in der DMS-Meßbrücke 24 (s. dazu Block­ schaltbild in Fig. 6) durch den Nebenschluß des einstell­ baren Widerstandes 160 zu einem Brückenzweig gewonnen werden (s. dazu Fig. 8) und sie wie die anderen Meßsig­ nale alle Schaltungsteile und Übertragungsstrecken in genau gleicher Weise durchlaufen, kann der Empfindlich­ keitsfehler der gesamten Elektronik einschließlich Zu­ leitungen und Empfangsschaltung fortlaufend eliminiert werden. Dies geschieht am einfachsten dadurch, daß in ei­ nem der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung nachgeschalteten Empfangsgerät zur Meßauswertung, das heutzutage meist ohnehin über einen Prozessor verfügt, die Meßwerte bezo­ gen auf den Kalibrierwert korrigiert werden, wobei außer­ dem mit einer solchen Kalibriereinrichtung die dynamische Auflösung der gesamten Meßelektronik über ihre Anstiegsgeschwindigkeit, also ihr Einschwingver­ halten kontrolliert werden kann.The measuring device according to the invention also contains a calibration and test device which enables a functional test and an increase in the system accuracy. Since the calibration signals of the calibration 118 in the rotatable circuit part in the strain gauge measuring bridge 24 (see block diagram in FIG. 6) are obtained by shunting the adjustable resistor 160 to form a bridge branch (see FIG. 8) and they as the other Meßsig signals all circuit parts and transmission paths go through in exactly the same way, the sensitivity error of the entire electronics including lines and receiving circuit can be continuously eliminated. The easiest way to do this is to measure the measured values in relation to the calibration value in a receiver for measuring evaluation, which is connected to the measuring device according to the invention and which nowadays mostly has a processor anyway, with the dynamic resolution of the entire measuring electronics being corrected with such a calibration device can be controlled via their rate of increase, i.e. their transient response.

Wie in Fig. 6 im Blockschaltbild dargestellt, wird die Kalibrier-Ansteuerung 116 durch ein äußeres digitales Signal über den Anschluß K der elektrischen Anschluß­ buchse 74 angesteuert. Die im linken Teil der Abbildung der Fig. 8 ausführlich dargestellte Kalibrier-Ansteuerung 116 zeigt, daß das äußere digitale Signal in einem Kompa­ rator 178, beispielsweise vom Typ TAE 1453 G, gegeben wird, der mit einer Schwelle bei etwa 2,75 V und mit einer Hyste­ rese von etwa ± 0,75 V einen nachgeschalteten FE-Transistor 180 ein-und ausschaltet. Dieser FE-Transistor 180 ist in Reihe zu einer zweiten H-Brücke geschaltet, die wie die erste H-Brücke 142 gleichfalls aus zwei P-Kanal-FE-Tran­ sistoren 184 und aus zwei N-Kanal-FE-Transistoren 186 ge­ bildet wird. Ähnlich der ersten H-Brücke 142 ist die zwei­ te H-Brücke 182 mit Schutzwiderständen 188 und Schutzdioden 190 beschaltet. Das Prinzip der Ansteuerung dieser zweiten H-Brücke 182 ist identisch mit dem der ersten H-Brücke 142 und schon in der Beschreibung im Zusammenhang mit der Energieübertragung auf den drehbaren Schaltungsteil beschrieben worden. Das aus der zweiten H-Brücke 182 kommende Signal wird über den ersten induktiven Ringüber­ trager 44 auf die im drehbaren Schaltungsteil befindliche Kalibrierung 118 (s. dazu Blockschaltbild Fig. 6) über­ tragen, wobei, wie in Fig. 8 im oberen Teil der Schal­ tung auf der ersten ringförmigen Platine 38 dargestellt, die Kalibrierwechselspannung gleichgerichtet, gesiebt und so geteilt wird, daß der FE-Transistor 182 den neben­ schlußwiderstand vom Trimmpotentiometer 116 mit einem nachgeschalteten Festwiderstand zur Kalibrierung der DMS-Meßbrücke 24 einschaltet. Diese Art der erfindungs­ gemäßen Übertragung ist bei jeder Winkelstellung und jeder Drehzahl der Meßwelle 16 zuverlässig und wirksam. As shown in FIG. 6 in the block diagram, the calibration control 116 is controlled by an external digital signal via the connection K of the electrical connection socket 74 . The calibration control 116 shown in detail in the left part of FIG. 8 shows that the external digital signal is given in a comparator 178 , for example of the TAE 1453 G type, which has a threshold at approximately 2.75 V and with a hysteresis of approximately ± 0.75 V switches a downstream FE transistor 180 on and off. This FE transistor 180 is connected in series to a second H-bridge, which, like the first H-bridge 142, also consists of two P-channel FE transistors 184 and two N-channel FE transistors 186 . Similar to the first H-bridge 142 , the second H-bridge 182 is connected to protective resistors 188 and protective diodes 190 . The principle of the control of this second H-bridge 182 is identical to that of the first H-bridge 142 and has already been described in the description in connection with the energy transfer to the rotatable circuit part. The signal coming from the second H-bridge 182 is transmitted via the first inductive ring transmitter 44 to the calibration 118 located in the rotatable circuit part (see block diagram in FIG. 6), whereby, as in FIG. 8, the scarf in the upper part tion shown on the first annular board 38 , the calibration AC voltage rectified, sieved and divided so that the FE transistor 182 turns on the shunt resistor from the trim potentiometer 116 with a downstream fixed resistor for calibration of the strain gauge bridge 24 . This type of transfer according to the Invention is reliable and effective at any angular position and at any speed of the measuring shaft 16 .

Die genaue Schaltungsausführung des in Fig. 6 mit 114 bezeichneten Winkel-Meßteils ist in Fig. 10 abgebildet. Sie ist zweispurig aufgebaut, so daß in Anlehnung an be­ kannte Verfahren aus der 0°- und 90°-Ausführung der Strichteilung 102 der Phasenscheibe 66 in Verbindung mit der sich mit der Meßwelle 16 drehenden Impulsscheibe 64 (s. dazu Fig. 4a, b und 5a, b) sowohl der Dreh­ winkel als auch die Drehrichtung erkannt werden können. Zur Durchleuchtung der Impuls- und der Phasenscheibe 64, 66 sind, wie Fig. 10 zeigt, zwei Leuchtdioden 86, vorzugsweise GaAs-Dioden in Reihe geschaltet. Ihr Spei­ sestrom ist zur Erreichung maximaler Lebensdauer sehr niedrig eingestellt und wird durch eine vorgeschaltete von einem Transistor 192, vorzugsweise vom Typ BC 860 und von einer Z-Diode 194 gebildeten Stromquelle einge­ prägt und stabilisiert.The exact circuit design of the angle measuring part, designated 114 in FIG. 6, is shown in FIG. 10. It is constructed in two lanes, so that, based on known methods from the 0 ° and 90 ° design of the line division 102 of the phase disk 66 in conjunction with the pulse disk 64 rotating with the measuring shaft 16 (see FIG. 4a, b and 5a, b) both the angle of rotation and the direction of rotation can be recognized. For the screening of the pulse and the phase disk 64, 66, as FIG. 10 shows two light emitting diodes 86, preferably GaAs diodes connected in series. Your Spei sestrom is set very low to achieve maximum service life and is embossed and stabilized by an upstream from a transistor 192 , preferably of the BC 860 type and a Z-diode 194 formed current source.

Als Empfänger des von den LED′s 86 ausgesandten und in Abhängigkeit von der Drehung der Meßwelle 16 von der Impulsscheibe 64 und der Phasenscheibe 66 veränderten Infrarot-Signals dienen die zwei Fototransistoren 88, wobei jeder Fototransistor 88 einer Spur der Winkelab­ tastung zugeordnet ist. Jeder Fototransistor 88 ist mit einem Festwiderstand 198 und den einstellbaren Wider­ ständen 132, 134 (s. dazu Blockschaltbild in Fig. 6) in Reihe an eine Konstantspannungsquelle 198, vorzugs­ weise ein IC vom Typ LM 317 LM, geschaltet, wobei an der Konstantspannungsquelle 198 auch für jede Spur ein eigener Spannungsteiler für die Schaltschwelle von Kom­ paratoren 202 für jede Spur anliegen. Mit den Trimmpo­ tentiometern 132, 134 ist damit für jede Spur der Ar­ beitspunkt bzw. das Tastverhältnis optimal einstellbar. Jeder der Komparatoren enthält eine fest eingestellte Hysterese. Durch eine in jeder Spur nachgeschaltete End­ stufe 204 arbeitet die Schaltung rückwirkungsfrei bezüg­ lich eventueller Begrenzungen bzw. Belastungen. The two phototransistors 88 serve as receivers of the infrared signals emitted by the LEDs 86 and changed as a function of the rotation of the measuring shaft 16 by the pulse disk 64 and the phase disk 66 , each phototransistor 88 being assigned to a trace of the angular scanning. Each phototransistor 88 is with a fixed resistor 198 and the adjustable resistors 132 , 134 (see block diagram in FIG. 6) in series with a constant voltage source 198 , preferably an IC of the type LM 317 LM, connected to the constant voltage source 198 a separate voltage divider for the switching threshold of comparators 202 for each track is also present for each track. With the trim potentiometers 132 , 134 , the working point or the duty cycle can be optimally adjusted for each track. Each of the comparators contains a fixed hysteresis. Through a downstream end stage 204 in each track, the circuit operates without retroactive effect with regard to any limitations or loads.

Vorzugsweise werden in jeder Spur der Komparator 202 und die ihm nachgeschaltete Endstufe 204 in Form eines handels­ üblichen IC′s 206 (in Fig. 10 als gepunkteter Kasten dar­ gestellt), beispielsweise ein IC vom Typ TAE 2453 G, ver­ wendet, wobei die in Fig. 10 eingeklammerte Anschlußbe­ zifferung beachtet werden muß. Diese Maßnahme ermöglicht, daß bei Ausfall einer Spur die andere Spur weiterarbeiten kann.Preferably, in each track the comparator 202 and the amplifier 204 connected downstream in the form of a commercially available IC 206 (shown in FIG. 10 as a dotted box), for example an IC of the type TAE 2453 G, are used, the in Fig. 10 bracketed connection numbering must be observed. This measure enables the other track to continue working if one track fails.

Eine andere Möglichkeit ist die Verwendung des gleichen handelsüblichen IC′s in der in Fig. 10 durch einen ge­ strichelt dargestellten Kasten veranschaulichten Zusam­ menfassung beider Komparatoren 202 bzw. beider Endstufen 204.Another possibility is the use of the same commercial IC's in the dashed lines in Fig. 10 by a ge illustrated case illustrated together menfassung of both comparators 202 and both power amplifiers 204th

Damit die in Fig. 10 dargebildete Schaltung des Winkel- Meßteils 114 die Fähigkeit erhält, sich selbst nach kur­ zer Zeit immer auf einem optimalen Schaltpunkt einstellen zu können, ist in besonderer Ausführungform der Schaltung vorgesehen, in jeder Spur eine mit 214 bezeichnete Draht­ brücke offen zu lassen und stattdessen einen gestrichelt dargestellten Kondensator 210 in jede Spur einzufügen, dem ein Festwiderstand 212, ebenfalls in jeder Spur gestrichelt dargestellt, zugeordnet ist. Diese Maßnahme einer optimalen, automatischen Schaltpunkteinstellung führt zu einer vorteil­ haft verbesserten Lebensdauer der Schaltung.So that the circuit shown in FIG. 10 of the angle measuring part 114 is given the ability to always set itself to an optimal switching point even after a short time, a special embodiment of the circuit is provided, in each track a wire bridge labeled 214 is open and instead insert a capacitor 210 shown in dashed lines into each track, to which a fixed resistor 212 , also shown in dashed lines in each track, is assigned. This measure of an optimal, automatic switching point setting leads to an advantageously improved service life of the circuit.

Die vorgestellte Schaltung der erfindungsgemäßen Meßvor­ richtung ist beispielhaft und bereits erprobt.The circuit presented the Meßvor invention direction is exemplary and has already been tried and tested.

Nicht in den Schaltungen bezeichnete Bauteile sind an sich in ihrer Verwendung bekannt und von einem Elektronik-Fach­ mann leicht berechenbar.Components not designated in the circuits are in themselves known in their use and from an electronics specialist man easily predictable.

Ohne Einschränkung des Erfindungsgedankens sind daher an­ dere Schaltungen möglich und denkbar auch in Verbindung mit anderen mechanischen Anordnungen der erfindungsgemäßen Meßvorrichtung in ihrem Grundgehäuse. Without limitation of the inventive concept are therefore on circuits possible and also conceivable in connection with other mechanical arrangements of the invention Measuring device in its basic housing.  

Bezugszeichenliste:Reference symbol list:

 10 Drehmoment-/Drehwinkel-Aufnehmer
 12 Grundgehäuse
 14 zentrische Ausnehmung von (10)
 16 Meßwelle
 18 4-Kant-Muffe
 20 4-Kant-Zapfen
 22 verjüngter Bereich von (16)
 24 DMS-Vollbrücke
 26 Radiallager von (16)
 28 Axial-/Radiallager von (16)
 30 ringförmiger Deckel in (12)
 32 Hülse
 34 Schulter von (16)
 36 1. ringförmige Platine
 38 2. ringförmige Platine
 40 elektrischer Verbindungsstift
 42 Radiallager von (32)
 44 1. induktiver Ringübertrager
 46 2. induktiver Ringübertrager
 48 3. induktiver Ringübertrager
 50 Innenringkörper von (44-46)
 52 Außenringkörper von (44-48)
 54 Wicklungen von (44-48)
 55 Stützring
 56 Lagerdeckel von (28)
 58 äußerer Zwischenring (44, 46)
 60 innerer Zwischenring (44, 46)
 64 Impulsscheibe
 66 Phasenscheibe
 67 Lagerung
 68 Anschlußkasten
 70 Trägerelement
 72 Deckel
 74 elektrische Anschlußbuchse
 76 Ausnehmung in (70)
 78 Ausnehmung von (12)
 80 Platine in (68)
 82 Trägerstab
 84 U-Profil-Stück
 86 LED
 88 Fototransistor
 90 1. Stift (67/70)
 92 Anschlag für (90)
 94 Strichteilung auf (64)
 96 Referenzlinie von (64)
 98 Breite schwarzer Balken
100 Breite transparenter Balken
102 Strichteilung von (66)
104 Winkel von (102)
106 Referenzlinie von (66)
108 halbierte Breite von (98)
110 0°-Phasenbereich
112 90°-Phasenbereich
114 Winkel-Meßteil
116 Kalibrier-Ansteuerung
118 Kalibrierung
120 DC/AC-Wandler
122 Versorgungs- und Verstärkerteil
124 U/F-Wandler
126 F/U-Wandler
128 Empfindlichkeits-Trimmpoti
130 Nullpunkt-Trimmpoti
132 0°-Phasentrimmer
134 90°-Phasentrimmer
136 Hex-Inverter
138 R-C-Glied
140 Flip-Flop
142.1 H-Brücke
144, 146 FET's
148 Schutzwiderstand von (142)
150 Schutzdiode von (142)
152 Gleichrichterbrücke
154 Ladekondensator
156 Spannungsregler-IC
158 Differenzverstärker
160 Trimmer (Fig. 8)
162 FET (Fig. 8)
164 IC (Fig. 8)
166 IC (Fig. 7)
168 Bessel-Tiefpaßfilter
170 Spannungsquelle
172 IC (Fig. 7)
174, 176 Widerstände
178 Komparator
180 FET (Fig. 9)
182 zweite H-Brücke
184 P-Kanal FET in (182)
186 N-Kanal FET in (182)
188 Widerstände
190 Dioden
192 Transistor
194 Z-Diode
196 Festwiderstand (Fig. 10)
198 Konstantspannungsquelle (Fig. 10)
200 Spannungsteiler
202 Komparator
204 Endstufe
206 IC (in Fig. 10) 1. Variante
208 IC (in Fig. 10) 2. Variante
210 Kondensator
212 Widerstand
214 Drahtbrücke
U Ansicht
X Ansicht
Y Einzelheit
Z Einzelheit
A Anschlüsse in (74)
B Anschlüsse in (74)
C Anschlüsse in (74)
D Anschlüsse in (74)
E Anschlüsse in (74)
F Anschlüsse in (74)
G Anschlüsse in (74)
H Anschlüsse in (74)
L Anschlüsse in (74)
M Anschlüsse in (74) 10 torque / angle sensors
12 basic housing
14 central recess of ( 10 )
16 measuring shaft
18 square socket
20 square pins
22 tapered area of ( 16 )
24 strain gauge full bridge
26 radial bearings of ( 16 )
28 axial / radial bearings of ( 16 )
30 ring-shaped lid in ( 12 )
32 sleeve
34 shoulder of ( 16 )
36 1st ring-shaped circuit board
38 2nd ring-shaped circuit board
40 electrical connector pin
42 radial bearings of ( 32 )
44 1. inductive ring transformer
46 2. Inductive ring transformer
48 3. Inductive ring transformer
50 inner ring bodies of ( 44-46 )
52 outer ring body of ( 44-48 )
54 windings of ( 44-48 )
55 support ring
56 bearing caps of ( 28 )
58 outer intermediate ring ( 44, 46 )
60 inner intermediate ring ( 44, 46 )
64 pulse disk
66 phase disc
67 Storage
68 Junction box
70 support element
72 lids
74 electrical connection socket
76 recess in ( 70 )
78 recess from ( 12 )
80 board in ( 68 )
82 support rod
84 U-profile piece
86 LED
88 photo transistor
90 1st pin ( 67/70 )
92 stop for ( 90 )
94 line division on ( 64 )
96 reference line of ( 64 )
98 Wide black bar
100 wide transparent bars
102 line division of ( 66 )
104 angles of ( 102 )
106 reference line of ( 66 )
108 halved width of ( 98 )
110 0 ° phase range
112 90 ° phase range
114 angle measuring part
116 Calibration control
118 Calibration
120 DC / AC converters
122 supply and amplifier section
124 U / F converter
126 F / U converters
128 sensitivity trim pots
130 zero trim pot
132 0 ° phase trimmer
134 90 ° phase trimmer
136 hex inverter
138 RC link
140 flip-flop
142.1 H-bridge
144, 146 FET's
148 protective resistor from ( 142 )
150 protection diode of ( 142 )
152 rectifier bridge
154 charging capacitor
156 Voltage regulator IC
158 differential amplifier
160 trimmers ( Fig. 8)
162 FET ( Fig. 8)
164 IC ( Fig. 8)
166 IC ( Fig. 7)
168 Bessel low-pass filters
170 voltage source
172 IC ( Fig. 7)
174, 176 resistors
178 comparator
180 FET ( Fig. 9)
182 second H-bridge
184 P-channel FET in ( 182 )
186 N-channel FET in ( 182 )
188 resistors
190 diodes
192 transistor
194 Zener diode
196 fixed resistor ( FIG. 10)
198 constant voltage source ( FIG. 10)
200 voltage dividers
202 comparator
204 power amplifier
206 IC (in Fig. 10) 1st variant
208 IC (in Fig. 10) 2nd variant
210 capacitor
212 resistance
214 wire bridge
U view
X view
Y detail
Z detail
A connections in ( 74 )
B connections in ( 74 )
C connections in ( 74 )
D connections in ( 74 )
E connections in ( 74 )
F connections in ( 74 )
G connections in ( 74 )
H connections in ( 74 )
L connections in ( 74 )
M connections in ( 74 )

Claims (5)

1. Meßvorrichtung zur Aufnahme von Drehwinkel, Drehrich­ tung und/oder Drehmoment einer in der Meßvorrichtung integrierten Meßwelle mit einer elektronischen Schal­ tung, wobei zur Drehmomenten-Erfassung eine auf der Meßwelle angebrachte Dehnungsmeßstreifen-Meßbrücke und zur inkrementalen Drehwinkel- bzw. Drehrichtungs- Erfassung eine optronische Vorrichtung dient, ge­ kennzeichnet durch folgende Merkmale:
  • a) die optronische Drehwinkel- und Drehrichtungs-Er­ fassung ist zweispurig ausgeführt und erfaßt eine relative Drehbewegung einer mit der in einem Gehäuse (12) drehbaren Meßwelle (16) verbundenen Impuls­ scheibe (64) zu einer ihr zugeordneten an einem Ra­ diallager (42) angebrachten Phasenscheibe (66);
  • b) die elektronische Schaltung ist in einen drehbaren mit der Meßwelle (16) verbundenen Teil (36, 38) und in einen gehäusefesten, stationären Teil (80) un­ terteilt, wobei zur Signal- und Energieübertragung zwischen den drehbaren und dem stationären Schaltungs­ teilen mehrere induktive Ringübertrager (44, 46, 48) vorgesehen sind;
  • c) die Phasenscheibe (66) ist an einem Lagerring (67) des als Wälzlager ausgebildeten Lagers (42) befestigt, wobei der Lagerring (67) und die Phasenscheibe (66) durch einen Stift (92) nach erfolgter Montage der Meßvorrichtung (10) dauerhaft und ohne zusätzliche Justage gehäusefest fixiert sind.
1. Measuring device for recording the angle of rotation, direction of rotation and / or torque of a measuring shaft integrated in the measuring device with an electronic circuit device, with a strain gauge measuring bridge attached to the measuring shaft for torque detection and an incremental angle of rotation or direction of rotation detection optronic device, characterized by the following features:
  • a) the optronic angle of rotation and direction of rotation He is carried out in two lanes and detects a relative rotary movement of a with the in a housing ( 12 ) rotatable measuring shaft ( 16 ) connected pulse disc ( 64 ) to an associated with it at a radial bearing ( 42 ) attached phase disc ( 66 );
  • b) the electronic circuit is in a rotatable with the measuring shaft ( 16 ) connected part ( 36 , 38 ) and in a housing-fixed, stationary part ( 80 ) un divided, with signal and energy transmission between the rotatable and the stationary circuit share several inductive ring transmitters ( 44 , 46 , 48 ) are provided;
  • c) the phase disk ( 66 ) is attached to a bearing ring ( 67 ) of the bearing ( 42 ) designed as a roller bearing, the bearing ring ( 67 ) and the phase disk ( 66 ) being attached by a pin ( 92 ) after the measuring device ( 10 ) has been installed are permanently fixed to the housing without additional adjustment.
2. Meßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der elektroni­ schen Schaltung eine Nebenschlußkalibrierung aus einer Kalibrier-Ansteuerung (116) im stationären Schaltungs­ teil und einer Kalibrierung (118) im drehbaren Schal­ tungsteil vorgesehen ist, die als Nebenschluß zur Deh­ nungsmeßstreifen-Meßbrücke (24) am Eingang des Meß­ systems wirksam ist und deren Signal alle Funktions­ stufen einschließlich der Übertragung durch einen induk­ tiven Ringübertrager (48) vom drehbaren Schaltungsteil zum stationären Schaltungsteil unter völlig gleichen Verhältnissen wie das eigentliche Meßsignal aus der Dehnungsmeßstreifen-Meßbrücke (24) durchläuft.2. Measuring device according to claim 1, characterized in that in the electronic circuit's a shunt calibration from a calibration control ( 116 ) in the stationary circuit part and a calibration ( 118 ) in the rotatable scarf device part is provided, which as a shunt to strain gauges Measuring bridge ( 24 ) is effective at the input of the measuring system and the signal of all functional levels including the transmission by an inductive ring transformer ( 48 ) from the rotatable circuit part to the stationary circuit part under completely identical conditions as the actual measuring signal from the strain gauge measuring bridge ( 24 ) goes through. 3. Meßvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Meßvorrich­ tung (10) insgesamt drei induktive Ringübertrager (44, 46, 48) verwendet werden, wobei der erste induktive Ringübertrager (44) zur Übertragung von Kalibrier- Steuersignalen vom stationären zum drehbaren Schaltungs­ teil und wobei der zweite induktive Ringübertrager (46) zur Übertragung von Versorgungsenergie aus dem statio­ nären zum drehbaren Schaltungsteil und wobei der dritte induktive Ringübertrager (48) zur Übertragung eines fre­ quenzmodulierten Meßsignals oder eines Kalibriersignals aus dem drehbaren Schaltungsteil zum stationären Schal­ tungsteil dient.3. Measuring device according to claim 2, characterized in that in the Meßvorrich device ( 10 ) a total of three inductive ring transmitters ( 44 , 46 , 48 ) are used, the first inductive ring transmitter ( 44 ) for transmitting calibration control signals from stationary to rotatable Circuit part and wherein the second inductive ring transformer ( 46 ) for the transmission of supply energy from the statio nary to the rotatable circuit part and the third inductive ring transformer ( 48 ) for the transmission of a frequency-modulated measurement signal or a calibration signal from the rotatable circuit part to the stationary scarf device part. 4. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im stationären Schal­ tungsteil eine Flip-Flop-Schaltung (140) zur Erzeugung einer hochfrequenten Rechteckspannung zur Speisung des drehbaren Schaltungsteils vorgesehen ist, die ein exak­ tes Puls-Pausen-Zeitverhältnis von 1:1 zur Vermeidung eines vormagnetisierenden Gleichspannungsanteils am ersten und zweiten induktiven Ringübertrager (44, 46) erzeugt.4. Measuring device according to claim 3, characterized in that a flip-flop circuit ( 140 ) is provided for generating a high-frequency square-wave voltage for supplying the rotatable circuit part in the stationary scarf device part, which has an exact pulse-pause time ratio of 1: 1 to avoid a premagnetizing DC voltage component on the first and second inductive ring transmitters ( 44 , 46 ). 5. Meßvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem der drei induktiven Ringübertrager (44, 46, 48) jeweils eine ihrer Wicklungen (54) in ihrem Außenringkörper (52) bzw. in ihrem Innenringkörper (50) breiter ist als die ihr jeweils zugeordnete, gegenüberliegende andere Wicklung.5. Measuring device according to claim 3, characterized in that in each of the three inductive ring transmitters ( 44 , 46 , 48 ) one of their windings ( 54 ) in their outer ring body ( 52 ) or in their inner ring body ( 50 ) is wider than theirs respectively assigned, opposite other winding.
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