DE3907707A1 - Drehmoment-messeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Messung des durch ein drehbares Maschinenelement hindurchgeleiteten Drehmomentes mittels zweier unter axialer und/oder radialer Distanz mit die­ sem Maschinenelement verbundener Teile, die sich bei Durchleitung eines Drehmomentes durch das Ma­ schinenelement relativ zueinander verdrehen, wo­ bei die in Umfangsrichtung erfolgende Relativdre­ hung zwischen diesen beiden Teilen mittels mehre­ rer über den Umfang verteilter, elastisch angelenk­ ter Hebel in eine verstärkte Axialbewegung eines Geberringes übersetzt und diese Axialbewegung als Maß für das übertragene Drehmoment gemessen wird, indem die Hebel gabelförmig ausgebildet und mit ihren beiden Gabelzinken an dem einen bzw. dem anderen dreh­ baren Teil angelenkt sind, wogegen der Gabelstiel an dem Geberring angelenkt ist.

Eine derartige Meßeinrichtung ist durch die DE-OS 37 08 103, Fig. 14 bis 16 bekannt. Sie zeichnet sich durch hohe Meßgenauigkeit und Zuverlässigkeit aus.

Die Herstellung der gabelförmigen Hebel erfolgt ent­ weder durch Ausfräsen eines massiven Metallblockes oder durch einzelne Federstahlelemente, die an ihren Enden mit Anschlußteilen verbunden sind, so daß sie mit den beiden sich relativ zueinander verdrehenden Teilen und dem Geberring verschraubt werden können.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Fertigungsaufwand dieser Drehmoment-Meßeinrichtung zu verringern und dadurch neue Anwendungsbereiche zu erschließen. Diese Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß da­ durch, daß die beiden relativ zueinander verdrehbaren Teile zusammen mit den Gabelzinken und den Gabelstie­ len der über dem Umfang verteilten Hebel als einstüc­ kiges Formteil, insbesondere Gußteil, gegebenenfalls aber auch als Sinterteil ausgebildet sind.

Durch die erfindungsgemäße Zusammenfassung mehrerer Funktionselemente zu einem einzigen Bauteil ergeben sich zahlreiche Vorteile: Zunächst entfallen die bis­ her notwendigen planparallelen Fügeflächen, die für die paßgenaue Verbindung der beiden Gabelzinken mit den zugeordneten, sich relativ zueinander verdrehen­ den Teilen notwendig sind. Darüber hinaus erübrigt sich das Anbringen von Anschlußbohrungen, daß Justie­ ren und der gesamte Montagevorgang. Die erfindungs­ gemäße Meßeinrichtung wird somit in den Herstellungs-, insbesondere aber in den Montagekosten derart günstig, daß sie die Voraussetzungen für den Serieneinbau bei­ spielsweise in den Antriebsstrang von Kraftfahrzeugen zur Steuerung des Motors und des automatischen Getrie­ bes erfüllt.

Zweckmäßig wird die erfindungsgemäße Teile-Kombination aus legiertem Stahlguß hergestellt. Es handelt sich da­ bei um Feinguß, der im Ausschmelz- oder Croning-Verfah­ ren gewonnen wird. Es liegt jedoch ebenso im Rahmen der Erfindung, das Gußteil aus Kunststoff herzustellen, etwa im Druckguß- oder Spritzgußverfahren.

Aufgrund der Guß-Konfiguration bietet sich darüber hin­ aus die Möglichkeit, daß der Querschnitt der Gabelzin­ ken und der Gabelstiele im Sinne einer über die Balken­ länge konstanten Spannung die aufzunehmende Belastung angepaßt wird. Dadurch können die Hebel und in ge­ wissem Maß auch die angegossenen Teile optimal ent­ sprechend der lokalen Belastung dimensioniert wer­ den, weil man weitgehende Freiheit bei Form- und Querschnitt der Gußteile hat.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Er­ findung besteht darin, auch den Geberring in das Formteil zu integrieren. Dadurch sind alle für die Drehmomentmessung benötigten Teile zu einem mono­ lithischen Block vereinigt, der lediglich noch in den zu überwachenden Antriebsstrang eingebaut zu werden braucht.

Des weiteren empfiehlt es sich, den Geberring als Profilring auszubilden. Es ist dadurch leichter und das Schwingungssystem Geberring-Masse/Gabel­ zinken-Federsteifigkeit besitzt eine höhere Eigen­ frequenz und kann damit nicht so leicht von Schwin­ gungen der zu messenden Maschinenteile angeregt werden.

Auch die Gelenke, über die der Hebel mit seinen An­ schlußteilen verbunden ist, lassen sich gut in die Gußkonstruktion integrieren. Was die Anlenkung des Gabelstieles am Geberring angeht, so empfiehlt es sich, daß dortige Ende des Gabelstieles um 90° ab­ zubiegen und diesen abgebogenen Bereich als Gelenk auszubilden. Demgegenüber kann das in Radialrichtung wirksame Gelenk, das an einen Gabelzinken vorgesehen ist, durch einen entsprechend gegossenen Flachstab­ querschnitt des Zinkens gebildet werden.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Aus­ führungsbeispieles anhand der Zeichnung; dabei zeigt:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch die Meßeinrichtung,

Fig. 2 einen Querschnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 und

Fig. 3 einen Ausschnitt einer radialen Ansicht von oben auf Fig. 2.

Im Ausführungsbeispiel ist die Meßeinrichtung als na­ benförmiges Teil ausgebildet, dessen bei Drehmoment­ übertragung sich relativ zueinander verdrehenden Teile mit dem Bezugszeichen 1 bzw. 2 versehen sind. Während Teil 1 als Flanschring mit über dem Umfang verteilten Montagebohrungen ausgebildet ist, weist Teil 2 eine Nabe 2 a auf, die über eine Innenverzahnung, eine Paß­ feder oder dergleichen an einer nicht gezeigten Welle montiert werden kann.

Die beiden Teile 1 und 2 sind über zahlreiche, über den Umfang verteilte, axial verlaufende Biegebalken 3 mit­ einander verbunden. Diese Biegebalken sind so dimensio­ niert, daß es bei Übertragung eines Drehmomentes durch die Meßeinrichtung zu einer Relativdrehung zwischen den Teilen 1 und 2 kommt.

Zur Erfassung dieser Relativdrehung sind die Teile 1 und 2 jeweils mit den Zinken 4 und 5 mehrerer über dem Um­ fang verteilter Hebel 6 verbunden. Dabei fluchten die Zinken 4 und 5 in Axialrichtung miteinander, während sich der gabelförmige Hebel 6 etwa tangential erstreckt. Sein Gabelstiel 7 ist am Ende mit einem Geberring 8 ver­ bunden.

In soweit liegt das gleiche Prinzip vor wie in der DE-OS 37 08 103: Bei Drehmomentübertragung kommt es zwi­ schen Ringen 1 und 2 zu einer drehmomentproportionalen Relativdrehung, die ihrerseits über die Hebel 6 eine Axialverschiebung des Geberringes 8 hervorruft. Rich­ tung und Ausmaß dieser Verstellung sind abhängig von der Drehrichtung und dem übertragenen Drehmoment und werden berührungslos von einer Wegmeßeinrichtung 9 er­ faßt. Als Referenz wird dabei auf ein anderes Teil der Meßeinrichtung, im Ausführungsbeispiel das Teil 2, das radial innerhalb des Geberringes 8 liegt, zurückgegrif­ fen, damit Wärmedehnungen und dergleichen zu keiner Fäl­ schung des Meßergebnisses führen. Wegen der weiteren Einzelheiten wird in vollem Umfang auf die DE-OS 37 08 103 verwiesen.

Wesentlich ist nun, daß die Zinken 4 und 5, der Gabel­ stiel 7 wie auch die beiden sich relativ zueinander verdrehenden Teile 1 und 2 einstückig zu einem gemein­ samen Gußkörper vereint sind. Die Zinken 4 und 5 sind also unter Einschluß einer Überbrückung 1 a unmittelbar an die Teile 1 und 2 angegossen. Wie man insbesondere in Fig. 3 sieht, ist das in Axialrichtung wirksame Ge­ lenk zwischen dem Gabelstiel und dem Stellring 8 nicht mehr durch eine lokale Einschnürung, sondern als abge­ bogener Federarm ausgebildet. Entsprechend erkennt man auch in Fig. 2 daß das in Radialrichtung wirksame Ge­ lenk zwischen dem Zinken 4 und der Überbrückung 1 a nicht durch Ausfräsen, sondern durch einen flachen Biegebalken 4 a gebildet ist.

In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist darüberhinaus auch der Geberring 8 mit angegossen, also ebenfalls ein­ stückig mit den Hebeln 6 verbunden.

Somit besteht die gesamte Meßeinrichtung einheitlich aus legiertem Stahlguß oder aus einem entsprechenden Kunst­ stoff.

Claims (8)

1. Vorrichtung zur Messung des durch ein drehbares Maschinenelement hindurchgeleiteten Drehmomentes mittels zweier unter axialer und/oder radialer Di­ stanz mit diesem Maschinenelement verbundener Tei­ le (1, 2) die sich bei Durchleitung eines Drehmo­ mentes durch das Maschinenelement relativ zueinan­ der verdrehen, wobei die in Umfangsrichtung erfol­ gende Relativdrehung zwischen diesen beiden Teilen (1, 2) mittels mehrerer über den Umfang verteilter, elastisch angelenkter Hebel (6) in eine verstärkte Axialbewegung eines Geberringes (8) übersetzt und diese Axialbewegung als Maß für das übertragene Drehmoment gemessen wird, indem die Hebel (6) gabel­ förmig ausgebildet und mit Ihren beiden Gabelzinken (4, 5) an dem einen bzw. dem anderen drehbaren Teil (1, 2) angelenkt sind, wogegen der Gabelstiel (7) an dem Geberring (8) angelenkt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden relativ zueinander verdrehbaren Teile (1, 2) zusammen mit den Gabelzinken (4, 5) und den Gabelstielen (7) der über den Umfang verteilten He­ bel (6) als einstückiges Formteil ausgebildet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil aus legiertem Stahlguß besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil aus Kunststoff besteht.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Gabelzinken (4, 5) und des Ga­ belstiels (7) im Sinne einer über die Balkenlänge kon­ stanten Spannung an die aufzunehmende Belastung ange­ paßt ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auch der Geberring (8) Bestandteil des Formteiles ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Geberring als Profilring ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Gabelstiel (7) an seinem Ende um 90° zum Geber­ ring (8) hin abgebogen und sein abgebogener Bereich als Gelenk (10) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Gabelzinken (4) ein in Radialrichtung wirken­ des Gelenk (4 a) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gelenk (4 a) durch einen Flachstabquerschnitt des Zinkens (4) gebildet ist.