DE69915185T2 - Gerät zur Messung des Drehmomentes zwischen zwei koaxialen Wellen mit einem Ring - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung des Drehmoments zwischen zwei koaxialen Wellen.
• Vorrichtungen zur Messung von Kräften zwischen zwei Festkörpern umfassen in herkömmlicher Weise ein Federelement mit geringer Steife, das diese verbindet und sich daher stark verformt, wenn eine Kraft einwirkt: Es müssen nur diese Verformungen gemessen werden, nachdem eine Eichung vorgenommen wurde, um daraus die ausgeübte Kraft abzuleiten. Man kann auf verschiedene Weise vorgehen, eines der geläufigsten Verfahren jedoch besteht darin, Dehnungsmessstreifen auf das Verbindungselement zu kleben und die Widerstandsänderung der darin versenkten leitenden Elemente zu messen, die als Funktion der Verformungen auftritt.
• Bei diesen Vorrichtungen sind sehr unterschiedliche Konstruktionsweisen möglich. Die hier vorgeschlagene ist für die Messung eines Drehmoments zwischen zwei koaxialen Wellen verwendbar und hat die Vorteile, dass sie einfach, robust und kompakt ist und dabei gleichzeitig messempfindlich und exakt arbeitet, und dass sie sehr schnell anspricht, so dass sie jede Drehmomentänderung fast augenblicklich registriert.
• Gemäß dieser Erfindung weist diese Vorrichtung in ihrer allgemeinsten Form einen mit der ersten Welle starr verbundenen Ring und einen auf der zweiten Welle sitzenden axial verlaufenden Keil auf, wobei der Ring durch einen axial verlaufenden Spalt unterbrochen ist, an dessen Rändern Ansatzstücke ausgeführt sind, wobei die Ansatzstücke einen Endabschnitt mit einer Anlagefläche, die an dem Keil anliegt, und einen schlanken Abschnitt, der den Endabschnitt mit einem Hauptabschnitt des Rings verbindet und an einer Fläche der Ringdicke einen Dehnungsmessstreifen trägt, aufweisen, wobei der schlanke Abschnitt eine rein oder schräg axiale Ausdehnung aufweist, wobei die Ansatzstücke von der ersten Welle getrennt sind.
• Die Erfindung wird nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrieben, aus denen ihre Merkmale, Zwecke und Vorteile näher hervorgehen.
• 1 zeigt eine allgemeine Ansicht der Vorrichtung mit auseinandergezogenen Einzelheiten,
• 2A und 2B zeigen zwei Ausführungsvarianten eines Ringlagers, und
• 3 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Messabschnitts des Rings.
• Die Hauptelemente der Erfindung sind in auseinandergezogener Darstellungsweise in 1 zu sehen: Eine erste Welle 1 befindet sich in Eingriff mit einer zweiten Welle 2; die erste Welle 1 trägt einen Ring 3, der sie umgibt, und die zweite Welle 2 trägt einen Keil 4 mit axialer Richtung, der in einem Spalt 5 gleicher Richtung in dem Ring 3 sitzt; der Ring 3, der mit der ersten Welle 1 durch Bandagieren, Kleben, Schrauben oder jedes beliebige andere Mittel starr verbunden ist, verbindet also die Wellen 1 und 2 winkelig mit dem Keil 4; ein Lager 6, das aus einem Nadellager oder einem Teflonring bestehen kann, umgibt einen Hauptabschnitt 7 des Rings 3 und ermöglicht es, dass dieser von der zweiten Welle 2 ohne bemerkenswerte Reibung gehalten wird. Diese beiden Ausfihrungsvarianten sind in den 2A und 2B dargestellt, in denen auch der Verlauf des Rings 3 im Bereich des Keils 4 zu sehen ist: Sein Hauptabschnitt 7, der mit der erste Welle 1 in Eingriff ist, ist im Bereich des Keils 4 unterbrochen, wo der Ring 3 von Messabschnitten 8 gebildet wird, die von der ersten Welle 1 getrennt sind und den Keil 4 einrahmen, wobei sie ihn mit einer leichten Vorspannung einklemmen, durch die jedes Schwingen zwischen den Wellen 1 und 2 sowie die daraus folgenden Messfehler verhindert werden. Die Messabschnitte 8 sind in 3 deutlicher dargestellt und umfassen jeweils ein Paar Ansatzstücke 9, die sich ihrerseits jeweils aus einem Endabschnitt 10, der relativ massiv ist und mit einer Anlagefläche 11 an dem Keil anliegt, und aus einem schlankeren Verbindungsabschnitt 12, der den Endabschnitt 10 mit dem restlichen Ring 3 verbindet, zusammensetzen. Eine solche Form kann durch Bearbeitung leicht hergestellt werden, indem die Messabschnitte 8 an ihren drei freien Seiten mit einem Fräser bearbeitet werden, um dort zwei seitliche Nutflächen 13 und eine vordere Nutfläche 14 ausgespart werden, die die Ansatzstücke 9 umgrenzen und voneinander trennen. Natürlich hängen die Dicke und damit die Steifheit der Verbindungsabschnitte 12 von der gewählten Bearbeitungstiefe ab, die ihrerseits in Abhängigkeit von der Messempfindlichkeit der Vorrichtung, die erzielt werden soll, eingestellt wird.
• Auf den Verbindungsabschnitten 12 nun sitzt jeweils ein Dehnungsmessstreifen 15 auf einer Außenfläche 16, die einer Seite in der Dicke des Rings 3 entspricht. Die Drehmomente zwischen den Wellen 1 und 2 werden auf den Ring 3 in Form von Kräften ausgeübt, die auf die Anlageflächen 11 der Ansatzstücke 9 einwirken und die als Biegekräfte auf die Verbindungsabschnitte 12 und auf die Dehnungsmessstreifen 15 übertragen werden.
• Wie bekannt umfassen die Dehnungsmessstreifen 15 eine Substratschicht, die auf die Prüffläche aufgeklebt wird und in die ein leitender Draht versenkt ist; die Dehnungs- oder Kontraktionsverformungen, die der Draht erfährt, äußern sich in einer Veränderung seines Widerstandes, die mittels einer Wheatstonebrücke gemessen werden kann. Die Drähte 17 der Dehnungsmessstreifen 15 sind also in der Hauptverformungsrichtung ausgerichtet, d. h. in der Richtung der Ausdehnung der Ansatzstücke 9. Ihre Enden sind ferner durch elektrische Drähte mit der Messvorrichtung 20 verbunden. Da es sich um eine sehr bekannte Technik handelt, sind diese Elemente nicht im Detail dargestellt. Wenn die Wellen 1 und 2 im wesentlichen still stehen, verbinden die elektrischen Drähte die Dehnungsmessstreifen 15 direkt mit einer äußeren und feststehenden Messvorrichtung; wenn sie sich drehen, umfasst die Gesamtanordnung des Kreises einen feststehenden Teil und einen Teil, der sich mit den Wellen mitbewegt, wobei diese Teile durch Telemetriemittel oder durch kreisförmige Kontakte, auf denen Bürsten gleiten, miteinander verbunden sind.
• Bei der bevorzugten Ausführungsform umfasst jeder Messabschnitt 8 ein Paar Ansatzstücke 9, die axial in entgegengesetzte Richtungen weisen, wobei die Verbindungsabschnitte 12 eine ziemlich bedeutende schräge Ausbreitung in axialer Richtung aufweisen. Jedes der Ansatzstücke 9 liegt einem Ansatzstück 9 der gleichen Art gegenüber, das zu dem gegenüberliegenden Messabschnitt 8 gehört; auf diese Weise wird der Keil 4 über eine größere Länge in dem Ring 3 festgeklemmt.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Messung des Drehmoments zwischen einer ersten Welle (1) und einer zweiten, koaxialen Welle (2), die einen mit der ersten Welle (1) starr verbundenen Ring (3) und einen auf der zweiten Welle sitzenden, axial verlaufenden Keil (4) umfasst, wobei der Ring (3) durch einen axial verlaufenden Spalt (5) unterbrochen ist, an dessen Rändern Ansatzstücke (9) ausgeführt sind, wobei die Ansatzstücke einen Endabschnitt (10) mit einer Anlagefläche (11), die an dem Keil (4) anliegt, und einen schlanken Abschnitt (12), der den Endabschnitt (10) mit einem Hauptabschnitt (7) des Rings (3) verbindet und an einer Fläche der Dicke (16) des Rings (3) einen Dehnungsmessstreifen (15) trägt, aufweisen, wobei der schlanke Abschnitt (12) eine rein oder schräg axiale Ausdehnung aufweist, wobei die Ansatzstücke (9) von der ersten Welle (1) getrennt sind.
2. Vorrichtung zur Drehmoment-Messung nach Anspruch 1, bei der der Ring zwei Paare von Ansatzstücken (9) aufweist, wobei die Ansatzstücke jedes Paars axial in entgegengesetzte Richtungen zu dem Keil (4) weisen.
3. Vorrichtung zur Drehmoment-Messung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Ansatzstücke (9) sich paarweise beiderseits des Keils (4) gegenüber liegen.
4. Vorrichtung zur Drehmoment-Messung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der sich zwischen dem Ring (3) und der zweiten Welle (2) ein Lager (6) befindet.