DE3905251A1 - Vorrichtung zum ermitteln des in einer welle uebertragenen drehmoments - Google Patents
Vorrichtung zum ermitteln des in einer welle uebertragenen drehmomentsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln des in einer Welle
übertragenen Drehmoments, bestehend aus zwei im gegenseitigen axialen
Abstand auf der Welle angeordneten, insbesondere scheibenförmigen
Meßwertgebern, denen Meßfühler berührungsfrei zugeordnet sind.
Drehmomente, die von einer Welle übertragen werden, verursachen eine
Torsion der Welle. Der Grad der Torsion in einem bestimmten Teil dieser
Welle ist abhängig von der Länge dieses Wellenteils, von dem übertragenen
Drehmoment, von dem Gleitmodul des Wellenwerkstoffs und von dem
polaren Trägheitsmoment der Welle in dem betreffenden Teil. Bei
Bekanntheit der übrigen Einflußgrößen kann man also von dem Grad der
Torsion auf die Größe des Drehmomentes rückschließen.
Aus der DE-PS 29 51 148 ist eine Vorrichtung der eingangs genannten Art
bekannt, bei der zwei Induktionsscheiben in einem vorgegebenen axialen
Längenabstand an einer Welle befestigt sind. Beim Übertragen eines Dreh
momentes erfolgt infolge der Torsion in diesem axialen Abstand eine
Winkelverstellung der einen Induktionsscheibe in Bezug auf die andere.
Diesen als Meßwertgeber wirkenden Induktionsscheiben sind Spulen als
Meßfühler berührungsfrei zugeordnet. Die Induktionsscheiben weisen Aus
schnitte auf, deren gemeinsame Überdeckungsfläche sich mit zu
nehmendem, zwischen den beiden Scheiben auftretenden Verdrehwinkel
ändert. Die relative Verdrehung der beiden Scheiben ist durch Messung der
Impedanzänderungen der Spulen, die durch in den Scheiben induzierte
Wirbelströme entstehen, erfaßbar. Dieser Verdrehwinkel bestimmt das Maß
des in dem Längenabstand übertragenen Drehmomentes.
Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil, daß die beiden Induktions
scheiben in unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet werden müssen. Daher
ist eine Scheibe an einem Ende eines den zu untersuchenden Längenab
stand umgebenden zusätzlichen Rohres befestigt, das mit seinem anderen
Ende an der Welle befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel entspricht der
Rohrinnendurchmesser dem Außendurchmesser der Welle, so daß die Welle
auf dem zu untersuchenden Längenabstand einen geringeren Durchmesser
erhalten muß, der jedoch so groß sein muß, daß das gewünschte maximale
Drehmoment übertragen werden kann. Es ergibt sich daher für die an diese
Meßstrecke angrenzenden Wellenbereiche eine Überdimensionierung.
Da die Welle beispielsweise in einem Getriebe durch Zusatzkräfte gebogen
werden kann, ergibt sich bei dieser Ausführung die Gefahr von Verfäl
schungen der Meßergebnisse infolge der Wellendurchbiegung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so zu verbessern, daß die Gefahr von Meßwertverfäl
schungen durch Wellendurchbiegungen vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jeder Meßwert
geber in unmittelbarer Nachbarschaft einer Stirnseite eines Radial-Wellen
lagers angeordnet ist. Am Wellenlager als Stelle, an der die Welle radial
abgestützt ist, treten Wellendurchbiegungen nicht auf. Daher können hier
auch keine Einflüsse auf die Meßeinrichtung infolge von Durchbiegungen
entstehen. Die beiden Meßwertgeber können an zwei im Abstand
zueinander befindlichen Wellenlagern angeordnet sein, so daß sich für die
Ermittlung des Drehmoments ein größerer Zahlenwert für den Abstand der
Meßwertgeber ergibt. Es ist aber auch möglich, an einem Wellenlager
beide Meßwertgeber an den beiden Stirnseiten anzuordnen.
Die Meßfühler können an dem Wellenlager ortsfest angeordnet sein.
Dadurch entfallen zusätzliche Montagemaßnahmen für die Meßfühler.
Bevorzugt bildet das Wellenlager mit den Meßfühlern und den Meßwert
gebern eine Baueinheit, so daß mit dem Wellenlager gleichzeitig die Meß
vorrichtung an der Welle angebracht werden kann und zusätzliche Vor
richtungsmontagen entfallen. Eine solche fertige Baueinheit kann
vorteilhaft als Serienteil hergestellt und vertrieben werden.
Bei Ausbildung des Wellenlagers als Wälzlager sind die Meßfühler
zweckmäßigerweise an dem Lageraußenring befestigt, der gegenüber der
sich drehenden Welle ortsfest ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung
können die Meßwertgeber als zu der Welle koaxial angeordnete Magnet
ringe ausgebildet sein, die jeweils in einem an der Welle befestigten
Trägerring gehalten sind, so daß die Montage des Lagers an der Welle über
die Trägerringe erfolgt. Als Teile des Lagers können die Trägerringe sich
innerhalb des Lageraußenringes befinden und in ihren Bohrungsbereichen
nach außen abgewinkelte Verlängerungen aufweisen. Durch diese Verlänge
rungen ergibt sich eine Vergrößerung des zu untersuchenden Längenab
standes an der Welle, wenn die Befestigungsstellen der Trägerringe sich an
den abgewinkelten Verlängerungen befinden.
Eine Möglichkeit der Befestigung der beiden Trägerringe wird dadurch
erzielt, daß diese mit ihren abgewinkelten Bohrungsbereichen auf die Welle
aufgepreßt sind.
Bevorzugt befinden sich die Trägerringe innerhalb von Laufringborden, die
an den Lageraußenring angrenzen. Die Meßfühler können dabei als
stabförmige Hallgeber ausgebildet und jeweils mit einem Ende in achs
parallelen Bohrungen der Laufringborde befestigt sein, wobei sie mit dem
anderen Ende in einen von zwei koaxialen Magnetringen gebildeten
Ringspalt der Meßwertgeber hineinragen. Dadurch sind die Meßbereiche
nach außen verschlossen und somit geschützt angeordnet. Statt dieser Hall
geber können auch andere Impulsgeber verwendet werden.
Um eine größere Impulsfolge von Meßsignalen in der Zeiteinheit an jeder
Meßfühler-Meßwertgeber-Kombination zu erzielen, können jedem
Meßwertgeber mehrere Meßfühler in Umfangsrichtung des Wellenlagers in
Abständen hintereinander zugeordnet sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben. Die Fig. 1 und 2 der
Zeichnung zeigen Längsschnitte von zwei unterschiedlichen erfindungs
gemäßen Vorrichtungen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß Fig. 1 zum Ermitteln des in
einer Welle 1 übertragenen Drehmoments besteht aus einem
Radial-Wellenlager 3, das als Wälzlager mit einem Lageraußenring 4 für
Zylinderrollen 5 ausgeführt ist. Außerhalb eines Käfigs 6 für die Führung
der Zylinderrollen 5, die unmittelbar auf der Welle 1 abrollen, schließen
sich axial zwei Meßwertgeber 7 an. Sie sind scheibenförmig ausgebildet
und an ihren inneren Bohrungen auf der Welle 1 befestigt, wobei die
beiden Befestigungsstellen die Länge eines axialen Abstands 2 bestimmen.
Der Lageraußenring 4 weist axiale Verlängerungen auf, in denen Meßwert
fühler 8 gehalten sind. Jeder Meßfühler 8 schließt sich radial an einen
Meßwertgeber 7 an und hält zu diesem einen Luftspalt ein. Die als
elektrotechnische Bauelemente ausgeführten Meßfühler 8 sind an ihren
Außenseiten mit Anschlußkabeln 9 versehen.
Die in Fig. 2 dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung zum Ermitteln
des in einer Welle übertragenen Drehmoments ist grundsätzlich ebenso
aufgebaut, wie die Vorrichtung nach Fig. 1, sie weist jedoch Meßfühler
10 auf, die von Laufringborden 11 und 12 des Lageraußenrings 19 des
Wellenlagers gehalten werden und sich zu der Welle 1 achsparallel
erstrecken. Sie ragen von den Laufringborden in Richtung auf die Zylinder
rollen 5 in Ringspalte hinein, die von koaxialen Magnetringen 13 und 14
gebildet werden. Diese Magnetringe sind hier die Meßwertgeber, während
die Meßfühler 10 Hallgeber sind.
Jeweils ein Paar von Magnetringen 13 und 14 ist in einem Trägerring 15
gehalten, der sich nicht nur innerhalb des Lageraußenringes 19, sondern
auch innerhalb der Laufringborde 11 und 12 befindet. Die Trägerringe 15
sind an ihren inneren Durchmessern mit nach außen abgewinkelten
Bohrungsbereichen 16 versehen, über die sie an der Welle 1 befestigt,
beispielsweise auf die Welle 1 aufgepreßt sind. Diese abgewinkelten
Bohrungsbereiche 16 bestimmen mit ihren Befestigungsstellen den axialen
Abstand 2, auf dessen Länge die Welle 1 für die Ermittlung des
Drehmoments untersucht wird.
Bei dieser Ausführungsform sind die Meßfühler 10 und die als
Meßwertgeber wirkenden Magnetringe 13 und 14 innerhalb des Lagers von
der Umwelt völlig abgeschlossen und daher geschützt angeordnet. Für die
Anschlußkabel 9 der Meßfühler 10 einer Seite sind an dem Lager Kabel
kanäle 17 und 18 vorgesehen.
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen arbeiten wie folgt: Entsprechend der
Drehung der Welle 1 erhalten die Meßfühler 8, 10 von den Meßwertgebern
7, 13, 14 jeder Seite des Wellenlagers Impulse, die sie an einen Rechner
weiterleiten. Aus den angelieferten Impulsen ermittelt der Rechner die
Winkeldifferenz zwischen den Meßwertgebern beider Seiten. Diese ergibt
sich infolge der Torsion der Welle 1. Sie wird auf das übertragene
Drehmoment umgerechnet. Jede Meßfühler-Meßwertgeber-Kombination
kann dabei auch zur Drehzahlermittlung verwendet werden.
Aus der Fülle der möglichen Einsatzbereiche einer solchen Vorrichtung sei
ein Automobilgetriebe erwähnt. Hier kann das über den Rechner ermittelte
Drehmoment beispielsweise zur Steuerung einer Gangwechselvorrichtung
verwendet werden.
Claims (11)
1. Vorrichtung zum Ermitteln des in einer Welle übertragenen Dreh
moments, bestehend aus zwei im gegenseitigen axialen Abstand auf der
Welle angeordneten, insbesondere scheibenförmigen Meßwertgebern, denen
Meßfühler berührungsfrei zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß
jeder Meßwertgeber (7, 13, 14) in unmittelbarer Nachbarschaft einer Stirn
seite eines Radial-Wellenlagers (3) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem
Radial-Wellenlager (3) beide Meßwertgeber (7, 13, 14) an den beiden
Stirnseiten angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Meßfühler (8, 10) an dem Wellenlager (3) ortsfest angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Wellenlager (3) mit den Meßfühlern (8, 10) und den Meßwertgebern (7,
13, 14) eine Baueinheit bildet.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß jedem Meßwertgeber (7, 13, 14) mehrere Meßfühler
(8, 10) in Umfangsrichtung des Wellenlagers (3) in Abständen
hintereinander zugeordnet sind.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Wellenlager (3) als Wälzlager mit an dem
Lageraußenring (4, 19) befestigten Meßfühlern (8, 10) ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßwertgeber als zu der Welle koaxial
angeordnete Magnetringe (13, 14) ausgebildet sind, die jeweils in einem an
der Welle (1) befestigten Trägerring (15) gehalten sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trägerringe (15) sich innerhalb des Lageraußen
rings (19) befinden und in ihren Bohrungsbereichen nach außen abgewinkel
te Verlängerungen (16) aufweisen.
9. Vorrichtung nach einenn der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Trägerringe (15) mit ihren abgewinkelten
Bohrungsbereichen (16) auf die Welle (1) aufgepreßt sind.
10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Trägerringe (15) sich innerhalb von Laufringborden
(11, 12) befinden, die an den Lageraußenring (19) angrenzen.
11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Meßfühler (10) als stabförmige Hallgeber aus
gebildet und jeweils mit einem Ende in achsparallelen Bohrungen der
Laufringborde (11, 12) befestigt sind, wobei sie mit dem anderen Ende in
einen von zwei koaxialen Magnetringen (13, 14) gebildeten Ringspalt der
Meßwertgeber hineinragen.
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Legal Events
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Owner name: INA WAELZLAGER SCHAEFFLER OHG, 91074 HERZOGENAURAC |
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Owner name: INA-SCHAEFFLER KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE |
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Owner name: SCHAEFFLER KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE |
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