DE3905251C2 - Vorrichtung zum Ermitteln des in einer Welle übertragenen Drehmoments - Google Patents
Vorrichtung zum Ermitteln des in einer Welle übertragenen DrehmomentsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ermitteln des in einer Welle über
tragenen Drehmoments.
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 Drehmo
ment, von dem Gleitmodul des Wellenwerkstoffs und von dem polaren Träg
heitsmoment 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 bekannt, bei der zwei Induktions
scheiben in einem vorgegebenen axialen Längenabstand an einer Welle befe
stigt sind. Beim Übertragen eines Drehmomentes erfolgt infolge der Torsion in
diesem axialen Abstand eine Winkelversteilung der einen Induktionsscheibe in
Bezug auf die andere. Diesen als Meßwertgeber wirkenden Induktionsscheiben
sind Spulen als Meßfühler berührungsfrei zugeordnet. Die Induktionsscheiben
weisen Ausschnitte auf, deren gemeinsame Überdeckungsfläche sich mit zuneh
mendem, zwischen den beiden Scheiben auftretenden Verdrehwinkel ändert.
Die relative Verdrehung der beiden Scheiben ist durch Messung der Impe
danzänderungen der Spulen, die durch in den Scheiben induzierte Wirbel
ströme entstehen, erfaßbar. Dieser Verdrehwinkel bestimmt das Maß des in dem
Längenabstand übertragenen Drehmomentes.
Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß die beiden Induktionsscheiben in
unmittelbarer Nachbarschaft angeordnet werden müssen. Daher ist eine Scheibe
an einem Ende eines den zu untersuchenden Längenabstand umgebenden
zusätzlichen Rohres befestigt, das mit seinem anderen Ende an der Welle
befestigt ist. Im Ausführungsbeispiel entspricht der Rohr-Innendurchmesser 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 Wellenbe
reiche eine Überdimensionierung. Da die Welle beispielsweise in einem Getrie
be durch Zusatzkräfte gebogen werden kann, ergibt sich bei dieser Ausführung
die Gefahr von Verfälschungen der Meßergebnisse infolge der Wellendurch
biegung.
Aus der US-PS 40 85 612 ist eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Drehmomen
tes bekannt, welche aus zwei im gegenseitigen axialen Abstand auf der Welle
angeordneten, scheibenförmigen Meßwertgebern besteht, denen Meßfühler
berührungsfrei zugeordnet sind, und die in unmittelbarer Nachbarschaft einer
Stirnseite eines Radial-Wellenlagers angeordnet sind. Auch bei dieser Vorrich
tung ist ein als Meßwertgeber wirkender Rotor an einem zusätzlichen Rohr
befestigt, welches einen zu untersuchenden Längenabschnitt der Welle umgibt,
während ein weiterer als Meßwertgeber wirkender Rotor über Speichen an der
Welle befestigt ist.
Bei dieser Anordnung besteht daher ebenfalls die Gefahr von Verfälschungen
der Meßergebnisse infolge von Wellendurchbiegungen. Darüber hinaus hat diese
vorbekannte Vorrichtung den Nachteil, daß die für die Drehmomentmessung
erforderlichen Aggregate zusätzlich zu dem Lager getrennt in den Kraftstrang an
der Welle eingebaut werden müssen. Außer dem Rohr sind dieses die beiden
Rotoren und zwei Statoren, welche über Konsolen an dem Gehäuse befestigt
sind, und durch Schlitze hindurch verlaufende Speichen. Dadurch ergibt sich
ein beträchtlicher Konstruktions- und Montageaufwand.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs
genannten Art so zu verbessern, daß die Gefahr von Meßwertverfälschungen
durch Wellendurchbiegungen vermieden wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung zum
Ermitteln des in einer Welle übertragenen Drehmomentes mit einem die Welle
lagernden Radial-Wellenlager und mit zwei in axialem Abstand zueinander auf
der Welle angeordneten Meßwertgebern, die jeweils unmittelbar neben einer
der beiden Stirnseiten des Radial-Wellenlagers auf der Welle befestigt sind und
denen Meßfühler berührungsfrei zugeordnet sind, die ortsfest an dem Radial-
Wellenlager angeordnet sind, und wobei das Radial-Wellenlager, die Meßwert
geber und die Meßfühler eine Baueinheit bilden.
Durch die ortsfeste Anordnung der Meßfühler an dem Wellenlager entfallen
zusätzliche Montagemaßnahme für die Meßfühler. Dadurch, daß das Wellen
lager mit den Meßfühlern und den Meßwertgebern eine Baueinheit bildet, ist
mit dem Wellenlager gleichzeitig die Meßvorrichtung an der Welle angebracht
und zusätzliche Vorrichtungsmontagen können 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 (9)
1. Vorrichtung zum Ermitteln des in einer Welle (1) übertragenen Drehmomen
tes mit einem die Welle (1) lagernden Radial-Wellenlager (3) und mit zwei in
axialem Abstand zueinander auf der Welle angeordneten Meßwertgebern (7, 13,
14), die jeweils unmittelbar neben einer der beiden Stirnseiten des Radial-
Wellenlagers (3) auf der Welle (1) befestigt sind und denen Meßfühler (8, 10)
berührungsfrei zugeordnet sind, die ortsfest an dem Radial-Wellenlager (3)
angeordnet sind, und wobei das Radial-Wellenlager (3), die Meßwertgeber (7,
13, 14) und die Meßfühler (8, 10) eine Baueinheit bilden.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Meßwert
geber (7, 13, 14) mehrere Meßfühler (8, 10) in Umfangsrichtung des Wellen
lagers (3) in Abständen hintereinander zugeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wellenlager
(3) als Wälzlager mit an dem Lageraußenring (4, 19) befestigten Meßfühlern (8,
10) ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertge
ber als zu der Welle koaxial angeordnete Magnetringe (13, 14) ausgebildet sind,
die jeweils in einem an der Welle (1) befestigten Trägerring (15) gehalten sind.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerringe
(15) sich innerhalb des Lageraußenringes (19) befinden und in ihren Bohrungs
bereichen nach außen abgewinkelte Verlängerungen (16) aufweisen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Trägerringe (15) mit ihren abgewinkelten Bohrungsbereichen (16) auf die Welle
(1) aufgepreßt sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägerringe
(15) sich innerhalb von Laufringborden (11, 12) befinden, die an dem Lager
außenring (19) angrenzen.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßfühler
(10) als stabförmige Hallgeber ausgebildet und jeweils mit einem Ende in
achsparallelen Bohrungen von Laufringborden (11, 12) befestigt sind, wobei sie
mit dem anderen Ende in einen von zwei koaxialen Magnetringen (13, 14)
gebildeten Ringspalt der Meßwertgeber hineinragen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßwertge
ber (7) scheibenförmig ausgebildet sind.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
D2 | Grant after examination | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: INA WAELZLAGER SCHAEFFLER OHG, 91074 HERZOGENAURAC |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: INA-SCHAEFFLER KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE |
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8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: SCHAEFFLER KG, 91074 HERZOGENAURACH, DE |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |