DE4137647A1 - Drehmoment-messeinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehmoment-Meßein­ richtung mit einer tordierbaren Welle, mit einer die Welle umgebenden magnetisch nicht leitenden Hülse, deren Enden mit der Welle fest verbunden sind und die einen Anker trägt, der sich bei gegensinniger Verdrehung der Hülsenenden axial verschiebt und ein magnetisches Feld verändert, und einer Einrichtung zur Ermittlung der Feldänderung

Bei einer bekannten Drehmoment-Meßeinrichtung dieser Art (DE 39 18 862 C2) besteht die tordierbare Welle aus einem Metall, durch das das magnetische Feld der Meßeinrichtung ebenfalls beeinflußt wird. Wenn die Meß­ einrichtung dann mit einer Welle aus einem anderen Mate­ rial verwendet werden soll, kann hierbei auch die Meß­ empfindlichkeit der Meßeinrichtung beeinträchtigt werden, weil eine zu starke Änderung des Magnetfeldes durch die Welle bewirkt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehmo­ ment-Meßeinrichtung der gattungsgemäßen Art anzugeben, bei der der Einfluß unterschiedlicher Wellenmaterialien auf das Magnetfeld der Meßeinrichtung weitgehend ver­ mieden ist.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen der Hülse und der Welle eine die Welle umgeben­ de magnetisch leitende Folie angeordnet ist.

Diese magnetisch leitende Folie bewirkt eine Abschir­ mung des magnetischen Feldes gegenüber der Welle. Un­ abhängig vom Material der Welle bleibt das Magnetfeld und damit auch das Meßsignal weitgehend unbeeinflußt durch die Welle.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß zwischen der Hülse und der Welle ein die Welle umgebendes tordierbares Rohr angeordnet ist, über das die Enden der Hülse mit der Welle verbunden sind und das die Folie trägt. Dies ermöglicht eine einfache Montage der Folie.

Das Rohr und die zylindrische Folie können länger als die Hülse sein. Auf diese Weise wird eine Abschirmung auch axial außerhalb der Hülse bewirkt.

Sodann ist die Folie vorzugsweise an der Innenseite des Rohres befestigt. Das Rohr kann daher unmittelbar mit den Enden der Hülse verbunden werden, ohne das Dreh­ moment über die Folie übertragen zu müssen.

Ferner ist es günstig, wenn die Enden des Rohres über die Welle umgebende Ringe mit der Welle verbunden sind. Hierbei kann der Innendurchmesser der Ringe dem jeweili­ gen Wellendurchmesser angepaßt werden, ohne die übrigen Abmessungen der Meßeinrichtung, insbesondere den Durch­ messer der zylindrischen Folie und damit die magneti­ schen Eigenschaften des Magnetkreises der Meßeinrichtung verändern zu müssen. Eine Änderung des magnetischen Widerstandes der Welle bei unterschiedlicher Wahl des Wellendurchmessers hat wegen der Abschirmung durch die Folie ebenfalls keinen Einfluß auf das Magnetfeld der Meßeinrichtung.

Wenn das Rohr aus Kunststoff besteht, beeinflußt es selbst ebenfalls nicht das magnetische Feld.

Vorzugsweise besteht die Folie aus MU-Metall, das eine hohe Permeabilität aufweist.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachste­ hend anhand der Zeichnung eines bevorzugten Ausführungs­ beispiels näher beschrieben.

Die dargestellte Drehmoment-Meßeinrichtung hat eine das zu messende Drehmoment übertragende tordierbare Welle 1 koaxial in einem tordierbaren Rohr 2 aus thermo­ plastischem Kunststoff, an dessen Enden Ringe 3 koaxial befestigt, z. B. angeklebt, sind. Die Ringe 3 können aus Metall bestehen und umgeben die Welle 1, wobei sie drehfest, z. B. durch Kleben oder Schweißen, mit der Welle 1 verbunden sind. Der Innendurchmesser der Ringe 3 ist dabei dem jeweiligen Durchmesser der Welle 1 ange­ paßt, so daß eine im übrigen unveränderte Drehmoment-Meß­ einrichtung für Wellen 1 mit verschiedenem Durchmesser verwendet werden kann.

Zwischen dem Rohr 2 und der Welle 1 ist eine zylindri­ sche Folie 4 aus magnetisch leitendem Material, vorzugs­ weise MU-Metall, angeordnet, so daß sie die Welle 1 umgibt. Vorzugsweise ist die Folie 4 an der Innenseite des Rohres 2 befestigt.

Das Rohr 2 ist von einer ebenfalls tordierbaren Hülse 5 aus thermoplastischem Kunststoff umgeben, die mit ihren Enden am Rohr 2 befestigt, z. B. angeklebt oder ange­ schweißt ist. Die Hülse 5 ist durch einen in Umfangsrich­ tung verlaufenden Schlitz 6 in zwei Hülsenteile 7 und 8 unterteilt. In dem Schlitz 6 sind zwei Zungen 9 und 10 durch schmale Stege mit beiden Hülsenteilen 7 und 8 verbunden. Die Zungen 9 und 10 liegen sich diametral in bezug auf die Welle 1 gegenüber und erstrecken sich über einen Teil des Hülsenumfangs. Die freien Enden der Zungen 9, 10 sind beide mit einem Anker 12 gelenkig verbunden.

Bei Ausübung eines Drehmoments auf die Welle 1 werden die Welle 1, das Rohr 2, die Folie 4 und die Hülse 5 tordiert, so daß sich die Hülsenteile 7 und 8 gegensinnig verdrehen. Dabei werden die Zungen 9, 10 axial zu dem einen Hülsenteil hin ausgelenkt, wobei sie den Anker 12 in der gleichen Richtung koaxial zur Welle 1 mit­ nehmen.

Zur Ermittlung der axialen Verschiebung des Ankers 12 ist ein Differentialtransformator 13 vorgesehen, der eine Primärwicklung 14 und zwei Sekundärwicklungen 15, 16 aufweist. Die drei Wicklungen umgeben die Welle 1 ebenfalls konzentrisch. Die Primärwicklung 14 ist zwi­ schen den beiden Sekundärwicklungen 15, 16 angeordnet. Alle drei Wicklungen sind auf einem Träger 17 angeord­ net, der beispielsweise aus einem Kunststoff oder Hart­ papier besteht. Der Träger 17 ist mittels zweier Lager 18, 19 drehbar auf der Hülse 5 gelagert. Die Lager 18, 19 sind dabei vorzugsweise Radialkugellager ohne axiales Spiel. Die Innenringe 20 der Lager sind dabei auf der Hülse 5 befestigt, während die Außenringe 21 mit dem Träger 17 verbunden ist. Durch diese Lagerung wird er­ reicht, daß sich die Welle 1 drehen kann, während der Differentialtransformator 13 stationär bleibt. Die Trans­ formatoranschlüsse 22, 23, 24 können daher ohne Schwie­ rigkeiten aus den Wicklungen 14, 15, 16 herausgeführt werden, um elektrische Eingangs- bzw. Ausgangssignale von einer bzw. an eine Auswerteeinrichtung zu übertragen. In axialer Richtung ist der Differentialtransformator 13 so gelagert, daß der Anker 12 in der Ruhestellung, d. h. wenn kein Drehmoment auf die Welle 1 ausgeübt, genau symmetrisch zur Primärwicklung 14 und zu den beiden Sekundärwicklungen 15, 16 liegt. Ferner befindet sich der Differentialtransformator 13 in der Mitte zwischen den beiden Ringen 3, wobei das Rohr 2 und die Folie 4 axial über die Enden der Hülse 5 hinausragen.

Im Betrieb wird die Primärwicklung 14 von einem Strom durchflossen, so daß ein Magnetfeld erzeugt wird, das die beiden Sekundärwicklungen 15, 16 durchsetzt und in diesen eine elektrische Spannung induziert. Die elek­ trische Spannung ist unter anderem davon abhängig, wie­ viele Windungen der Sekundärwicklungen 15, 16 vom Magnet­ feld durchsetzt werden. Der Anker 12, der aus magnetisch leitendem Material besteht, führt dabei das Magnetfeld. In der Ruhe- oder Neutralstellung ragt der Anker 12 gleichweit in beide Sekundärwicklungen 15, 16 hinein. In beiden Sekundärwicklungen wird mithin die gleiche Spannung induziert. Wenn die beiden Spannungen vonein­ ander subtrahiert werden, erscheint am Ausgang das Signal 0, was anzeigt, daß kein Drehmoment auf die Welle 1 wirkt. Durch Verschieben des Ankers 12 in Axialrichtung relativ zu den Wicklungen 14, 15, 16 wird die symmetri­ sche Feldverteilung aufgehoben. In derjenigen Sekundär­ wicklung, in die der Anker 12 weiter eindringt, wird eine größere Anzahl von Windungen vom Magnetfeld durch­ setzt als in der anderen Sekundärwicklung, aus der der Anker 12 etwas herausgezogen worden ist. In der ersten Sekundärwicklung wird daher eine größere Spannung indu­ ziert als in der zweiten. Durch Differenzbildung der beiden Spannungen läßt sich ein elektrisches Signal gewinnen, das die Größe des auf die Welle wirkenden Drehmoments anzeigt.

Ohne die magnetisch leitende Folie 4 würde das Magnet­ feld der Primärwicklung 14 teilweise auch die in der Regel aus magnetisch leitfähigem Material bestehende Welle 1 durchsetzen. Wenn dann eine Welle 1 mit einem anderen Durchmesser oder aus einem anderen Material verwendet wird, würde dadurch auch das Magnetfeld beein­ flußt. Die magnetisch leitende Folie 4 ist daher als Abschirmung vorgesehen, um eine solche Beeinflussung des Magnetfeldes durch die Welle 1 zu verhindern. Das Material und/oder der Durchmesser der Welle 1 kann daher beliebig gewählt werden, ohne daß das Meßergebnis da­ durch beeinflußt wird, solange die Abhängigkeit des Torsionswinkels der Welle 1 von dem aufgebrachten Dreh­ moment unverändert bleibt.

Da das Rohr 2 und die Folie 4 weit über die Enden der Hülse 5 hinausragen, wird auch eine Abschirmung über eine entsprechend größere axiale Länge durch die Folie 4 erzielt.

Abweichend vom dargestellten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, die Welle 1 in der Mitte zwischen den Ringen 3 mit einem Abschnitt verminderten Durchmessers wie bei der Drehmoment-Meßeinrichtung nach der DE 39 18 862 C2 zu versehen. Ferner kann das Rohr 2 auch aus Stahl bestehen, wobei es dann in ähnlicher Weise wie die Hülse 5 mit Schlitzen versehen sein kann. Gegebenenfalls umgibt dann die magnetisch leitende Folie 4 das Stahlrohr 2 auf seiner Außenseite zwischen dem Rohr 2 und der Hülse 5. Die dargestellte Anordnung wird jedoch bevorzugt, um zu vermeiden, daß das Drehmoment durch das Rohr 2 über die Folie 4 auf die Hülse 5 über­ tragen wird.

Die Meßeinrichtung ist in einem nicht dargestellten Gehäuse angeordnet, so daß das Innere der Meßeinrich­ tung auch dann gegen das Eindringen von Verunreinigun­ gen, z. B. Öl, über den Schlitz 6 in das Innere der Meß­ einrichtung durch das Rohr 2 oder - bei einem geschlitz­ ten Rohr 2 - zumindest durch die Folie 4 abgedichtet ist, solange die Welle 1 noch nicht eingebaut ist. Wenn andererseits die Ringe 3 nicht stoffschlüssig, sondern kraft- oder formschlüssig mit der Welle 1 verbunden sind, bewirkt die Folie 4 bei einem zur Erhöhung seiner Tordierbarkeit geschlitzten Rohr 2 auch eine Abdichtung gegen ein Eindringen von Öl bei eingebauter Welle 1 zwischen der Welle 1 und den Ringen 3 hindurch in die Meßeinrichtung.

Claims (7)

1. Drehmoment-Meßeinrichtung mit einer tordierbaren Welle (1), mit einer die Welle (1) umgebenden magne­ tisch nicht leitenden Hülse (5), deren Enden mit der Welle (1) fest verbunden sind und die einen Anker (12) trägt, der sich bei gegensinniger Verdrehung der Hülsenenden axial verschiebt und ein magnetisches Feld verändert, und einer Einrichtung zur Ermittlung der Feldänderung, dadurch gekennzeichnet, daß zwi­ schen der Hülse (5) und der Welle (1) eine die Welle (1) umgebende magnetisch leitende Folie (4) angeord­ net ist.

2. Drehmoment-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Hülse (5) und der Welle (1) ein die Welle (1) umgebendes tordierbares Rohr (2) angeordnet ist, über das die Enden der Hülse (5) mit der Welle (1) verbunden sind und das die Folie (4) trägt.

3. Drehmoment-Meßeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) und die zylindrische Folie (4) länger als die Hülse (5) sind.

4. Drehmoment-Meßeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (4) an der Innenseite des Rohres (2) befestigt ist.

5. Drehmoment-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden des Rohres (2) über die Welle (1) umgebenden Ringe (3) mit der Welle (1) verbunden sind.

6. Drehmoment-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (2) aus Kunststoff besteht.

7. Drehmoment-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Folie (4) aus MU-Metall besteht.