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Die Erfindung betrifft eine Drehwelle
mit einer Vorrichtung zur Messung des Torsionsmomentes.
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Die Erfindung betrifft insbesondere
eine Drehwelle mit einer Vorrichtung zur Messung des Torsionsmomentes
wie sie zum Beispiel in der Veröffentlichung
FR 2 692 986 beschrieben ist. Diese Vorrichtung weist zwei Anordnungen
zur Erzeugung von Magnetfeldern auf, die fest mit einer ersten Halterung verbunden
und in der Ebene eines Querschnitts der Welle angeordnet sind, sowie
zwei Anordnungen zur Messung des Magnetfeldes, die fest mit einer
zweiten Halterung verbunden und in der Ebene eines anderen Querschnitts
der Welle feststehend angeordnet sind. Eine derartige Vorrichtung
kann direkt auf einer Drehwelle befestigt werden und bedingt zu
diesem Zweck keinerlei örtliche
Beeinträchtigung
der Steifigkeit der Welle auf Grund der Empfindlichkeit der Vorrichtung,
die eine Funktion der Winkelverdrehung ist. In der Praxis wird jedoch
eine geringe Verringerung des Durchmessers dergestalt herbeigeführt, dass
die Torsionsverformung der Welle axial lokalisierbar ist. Auf jeden
Fall nimmt die Welle die Gesamtheit des auf sie einwirkenden Steuermomentes auf
ohne zusätzliche
Anordnungen zur Begrenzung der auf der Torsion beruhenden Verformung.
Für bestimmte
Anwendungen ist die verfügbare
Länge auf der
Welle zur Anordnung einer derartigen Vorrichtung zur Messung des
Torsionsmomentes jedoch beschränkt.
Dies trifft insbesondere auf den Fall zu, in dem eine Drehwelle
in das Lenkgehäuse eines
Kraftfahrzeuges einzubauen ist über
eine Einbaulänge, die
auf der einen Seite durch die Eingriffsriffelung der Lenkwelle und
auf der anderen Seite durch das Zahnritzel begrenzt ist und die
noch die Vorrichtung zur Messung des Torsionsmomentes sowie ein
Kugellager trägt.
Die Genauigkeit der Messung der Torsion, die mit dieser Vorrichtung
erzielbar ist, ist umso größer, je
weiter die Stützpunkte
für die
Halterungen voneinander auf der Welle entfernt sind, sodass es wünschenswert
ist, die Halterungen so nahe wie möglich an die Enden der Einbaulänge zu verlegen unter
Beibehaltung eines Einbauraumes am Ende der Einbaulänge für die Aufnahme
des Rolllagers. Eine erste Lösung
dafür besteht
darin, dass eine der Halterungen als Verlängerung des Innenringes des Rolllagers
ausgestaltet ist, wobei dieser Ring im Klemmsitz auf der Drehwelle
angeordnet ist und durch eine Haltevorrichtung in Form eines Sicherungsbügels gehalten
wird. Der Außenring
des Rolllagers ist im Klemmsitz in eine Aussparung eingesetzt und
dort drehfest befestigt. Bei dieser Montage weist die axiale Haltevorrichtung
einen gewissen Raumbedarf auf und die axialen und radialen Kräfte, mit
denen die Torsionswelle beaufschlagt wird, werden von ihr dem Aufnahmegehäuse über das
Rolllager übertragen.
Bei einigen Belastungszuständen kann
es passieren, dass die Feststellung der Torsionswelle relativ zum
Innenring des Rolllagers unzureichend ist und zwar umso mehr, je
ungenauer der Zusammenbau ist, sodass, auch unter Berücksichtigung
von Herstellungstoleranzen, eine zu geringe Klemmwirkung erzielt
wird. Diese kann wiederum während
des Betriebes zu Relativverschiebungen der Erzeuger des Magnetfeldes
relativ zu den Messfühlern
für das
Magnetfeld führen.
Die ursprüngliche Position
wird damit verändert
und die Vorrichtung zur Ermittlung falsch angesteuert, sodass ein
fehlerhaftes Signal geliefert wird. Eine andere Lösung besteht darin,
den Innenring des Rolllagers um die Abstützung für die Welle herum auf einer
der Halterungen zu montieren. Dies bedingt jedoch eine Vergrößerung des
Außendurchmessers
des Rolllagers und demzufolge einen Raumbedarf nach außen hin,
der unvereinbar ist mit einem steifen Einbau des Lagers sowie, insgesamt
betrachtet, mit dem dafür
vorgesehenen Einbauraum.
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Mit der erfindungsgemäß ausgestalteten Welle
können
diese Einbauprobleme überwunden werden.
Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine Drehwelle, die mit einer
Vorrichtung zur Messung des Torsionsmomentes versehen ist, die zwei
Anordnungen zur Messung eines Magnetfeldes aufweist, welche symmetrisch
zur Welle auf einer ersten feststehenden Halterung gegenüber einer
ersten Stelle der Achse dieser Welle angeordnet sind, sowie mit
zwei Erzeugern für
ein Magnetfeld versehen ist, die symmetrisch zur Welle auf einer
zweiten feststehenden Halterung gegenüber einer zweiten Stelle der
Achse dieser Welle angeordnet sind wobei die erste Stelle und die
zweite Stelle in Axialrichtung im Abstand voneinander angeordnet
sind. Die Welle ist dadurch gekennzeichnet, dass der Innenring eines
ersten Rolllagers in die Welle entlang ihres Umfangs und senkrecht
zur Stelle der Befestigung einer der Halterungen, der zweiten Halterung,
eingearbeitet ist.
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Diese Ausgestaltung ermöglicht es,
den maximalen Abstand zwischen den Stellen der Befestigung der Halterungen
für die
Messfühler
und für
die Anordnungen zur Erzeugung des Magnetfeldes einzustellen, ohne
die Qualität
der Befestigung der Halterungen an der Welle zu beeinträchtigen.
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Gemäss einem anderen Merkmal der
Erfindung ist der Innenring in den Umfang eines Flansches eingearbeitet,
der Teil der Welle ist, wobei die zweite Halterung an der Schulter
des Flansches und gegenüber
der anderen Halterung befestigt ist.
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Mit diesem Merkmal wird eine einfache
und praktische Befestigung der Halterung am Innenring des ersten
Lagers geschaffen.
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Gemäss einem anderen Merkmal der
Erfindung weist der Außenring
des ersten Lagers einen Befestigungsbund auf.
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Mit diesem Merkmal kann die Welle
in mechanisch hervorragender Weise befestigt werden ohne die Verwendung
eines Außengehäuses.
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Gemäss einem weiteren Merkmal der
Erfindung ist der Durchmesser der Welle zwischen den beiden Stellen
für die
Befestigung der Halterungen verringert.
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Mit diesem Merkmal kann die Torsionsverformung
in Axialrichtung lokalisiert werden.
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Gemäss einem anderen Merkmal der
Erfindung ist die Welle über
die Stellen der Befestigung der Halterungen hinaus auf der Seite
der hauptsächlichen
Halterung durch ein Zahnritzel verlängert und auf der anderen Seite
durch eine Riffelung verlängert.
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Gemäss einem weiteren Merkmal der
Erfindung ist das Zahnritzel durch einen Anschlag verlängert, welcher
dergestalt ausgebildet ist, dass er den Innenring eines zweiten
Rolllagers bildet.
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Gemäss einem anderen Merkmal der
Erfindung ist das erste Lager ein Kugellager und das zweite Lager
ein Nadellager.
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Gemäss einem weiteren Merkmal der
Erfindung ist die hauptsächliche
Halterung die zweite Halterung.
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Mit diesem Merkmal wird die Demontage
der ersten Halterung verglichen mit derjenigen der zweiten Halterung
erleichtert, da die Anordnungen zur Messung des Magnetfeldes, die
von der ersten Halterung getragen werden, anfälliger für Fehler sind als die Erzeuger
des Magnetfeldes, die üblicherweise aus
einfachen Magneten bestehen.
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Weitere Merkmale und Vorteile gehen
aus der nachfolgenden Beschreibung eines vorteilhaften Ausführungsbeispiels
der erfindung hervor im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung;
darin zeigen:
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1 eine
teilweise aufgeschnittene Längsansicht
einer erfindungsgemäßen Welle,
die mit einer Vorrichtung zur Messung ihres Torsionsmomentes und
mit einem Kugellager versehen ist,
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2 eine
teilweise aufgeschnittene Längsansicht
der erfindungsgemäßen Welle
und
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3 eine
perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Welle mit ihrem Kugellager.
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Das in den 1 bis 3 dargestellte Ausführungsbeispiel
einer Welle dient zum Beispiel innerhalb einer Lenkung der Verbindung
zwischen der Zahnstange und der Lenkwelle einer (nicht dargestellten)
Lenkeinrichtung. Zu diesem Zweck weist die Welle 1 an ihrem
linken Ende eine Riffelung 2 auf für den Eingriff in die Lenkwelle
der Lenksäule.
Das rechte Ende trägt
ein Zahnritzel 3. Die Welle 1 ist unmittelbar
links neben dem Zahnritzel 3 mit einem Abschnitt versehen,
der einen größeren Durchmesser aufweist
und damit einen Flansch 4 bildet, entlang dessen Umfangs
eine Rollbahn zur Aufnahme von Rollkörpern eingearbeitet ist, insbesondere
Kugeln 5, die von einem Außenring 6 derart gehalten
werden, dass dadurch ein erstes Rolllager 7 gebildet wird.
Der Innenring dieses Lagers besteht also aus dem Flansch 4.
Das Zahnritzel 3 ist nach rechts durch einen Anschlag 8 mit
verringertem Querschnitt verlängert,
welcher derart ausgebildet ist, dass er den Innenring eines zweiten
Lagers in Form eines Nadellagers bildet.
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Die in 1 dargestellte
Welle ist mit einer Vorrichtung zur Messung des Torsionsmomentes versehen,
deren Funktionsweise in der Veröffentlichung
FR 2 692 986 beschrieben ist. Die Welle 1 trägt eine
erste Halterung 9, die im wesentlichen rohrförmig ausgestaltet
ist und die in Radialrichtung durch einen ringförmigen Abschnitt verlängert ist, welcher
zwei Anordnungen 11 zur Messung des Magnetfeldes trägt, die
symmetrisch zur Achse der Welle 1 angeordnet sind, wobei
nur eine dieser beiden Anordnungen in 1 sichtbar
ist. Die Welle 1 trägt ferner
eine zweite Halterung 12, die im wesentlichen rohrförmig ausgestaltet
ist und die an der Schulter 4a des Flansches 4 derart
befestigt ist, dass sie der ersten Halterung 9 zugewandt
ist. Die zweite Halterung 12 trägt zwei Anordnungen 13 zur
Erzeugung von Magnetfeldern, die symmetrisch zur Achse der Welle 1 angeordnet
sind, wobei in 1 nur eine der beiden
Anordnungen sichtbar ist. Die zweite Halterung 12 kann
an der Schulter 4a des Flansches 4 durch jede
dem Fachmann geläufige
Art befestigt werden, wie zum Beispiel durch Verklebung oder Verschraubung,
wie es in den Figuren gezeigt ist. Diese Anordnung ermöglicht es,
den größtmöglichen
Abstand zwischen den mit A und B bezeichneten
Stellen in Axialrichtung auf der Welle 1 einzuhalten, die
sich gegenüber
den Befestigungsstellen für
die erste Halterung 9 bzw. für die zweite Halterung 12 befinden,
wie es aus den Figuren ersichtlich ist. In der Tat ist es wünschenswert
im Hinblick auf eine Optimierung der Genauigkeit der Messung des
Torsionsmomentes die beiden Stellen A und B innerhalb
des durch die Riffelung 2 und das Zahnritzel 3 begrenzten
Raumes im größtmöglichen
Abstand voneinander anzuordnen. Des weiteren ist erforderlich, innerhalb
desselben Raumes das Rolllager 7 zu befestigen. Die oben
beschriebene Ausgestaltung entspricht diesen beiden Anforderungen.
Daneben ist der durch den Flansch 4 gebildete Innenring,
der die zweite Halterung 12 trägt, Teil der Welle 1;
dieser lasst sich damit nicht relativ zur Welle 1 verschieben
sodass auch keine Ungenauigkeiten der Messungen mehr auftreten können, wie
es bei einem unabhängigen
Lager der Fall ist, dessen Innenring die zweite Halterung 12 trägt. In diesem
Fall würden
die vom Rolllager 7 ausgehenden Kräfte über die zweite Halterung übertragen,
was bei der erfindungsgemäß ausgestalteten
Welle 1 nicht möglich
ist. Ferner bedingt auch die Montage nach der Erfindung keine Vergrößerung des
Durchmessers des Rolllagers 7, da die zweite Halterung 12 seitlich
am Flansch 4 befestigt ist, der den Innenring des Lagers 7 bildet.
Letzteres kann noch mit einer oder mehreren Dichtungen 14 versehen
sein und sein Außenring 6 kann
einen Befestigungsbund 15 für die Welle 1 am Lenkgehäuse aufweisen,
wie es aus 3 ersichtlich
ist. Der Außenring 6 kann
zum Beispiel aus einem Schmiedeteil gefertigt sein.
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Um in Axialrichtung die Torsionsverformung der
Welle 1 zwischen der ersten Halterung 9 und der zweiten
Halterung 12 bestimmen zu können, ist der Durchmesser der
Welle 1 zwischen diesen beiden Halterungen 9, 12 verringert.
Ein sich drehender Abschnitt 16 kann zu diesem Zweck innerhalb
des Lenkgehäuses
in Gestalt einer Abdeckung 17 vorgesehen werden, die am
Außenring 6 des
Lagers 7 befestigt ist und deren Abdichtung relativ zur
Welle 1 durch eine Dichtung 18 erfolgt. Diese
Abdeckung 17, deren mechanische Funktion nicht mehr die
Befestigung des Lagers 7 ist, kann aus einem dünnen, gezogenem
Blech bestehen.
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Es sei betont, dass die Erfindung
nicht auf das beschriebene und dargestellte Beispiel beschränkt ist,
das nur der Erläuterung
dient. Im Gegenteil ist die Erfindung für alle Arten von Wellen anwendbar,
bei denen es erforderlich ist, eine Vorrichtung zur Messung des
Torsionsmomentes sowie ein Lager bei einer begrenzten Länge der
Welle in diese zu integrieren.