JP2000507711A - センサのためのケーシング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 長さ変化又は間隔変化を測定するセンサの、高い連続負荷強度を有すると共に密にかつ弾性的に変形可能であるべきケーシングがケーシング内部に配置された１つのセンサガイドと、ケーシング外套の、少なくとも測定方向で変形可能であると共にセンサガイドから機械的に十分に遮断された筒形セグメントと、２つの弾性変形可能なケーシングカバーとを有している。

Description

【発明の詳細な説明】 センサのためのケーシング 本発明は長さ変化又は間隔変化を測定するセンサ、特に容量的な変換器を備え たトルクセンサのためのケーシングに関する。 ヨーロッパ特許‐Ｂ‐第０３５４３８６号明細書から長さ変化又は間隔変化の ための測定ピツクアップが公知であり、この測定ピツクアップは特に回転する軸 でのトルクの無接触式測定のために適している。機械電気的な測定値変換を行う この測定ピツクアップでは調整可能な容量として、２つの平行に移動調整可能な 電極構造を備えたコンデンサ装置が設けられている。有利には櫛状に形成されて いて互いに入り組んだこの電極構造はそれぞれ、互いに並列に配置されていて互 いに対状で対応して配置された複数の平面的な電極から成る。電極構造の著しく 非対称的な配置により、容量的な遮断が得られ、その結果、コンデンサ装置の全 容量は、それぞれ互いに対応して配置された電極対の並列接続から生じる。測定 値としては電極対の可変の電極間隔により発生した容量変化が役立てられる。ミ クロ構造として形成されたこの電極構造により、例えば数ミクロンのねじれを検 出することができる。 力測定又はトルク測定のために相応して形成された センサでは、固有のセンサ素子は主として機能グループである櫛形構造と所要の 弾性的かつ気密な収納部とから成る。その場合、気密な収納の必要性は容量的な センサ原理から生じる。弾性は、測定すべき伸び、要するに長さ変化又は間隔変 化をコンデンサ装置の電極間隔へ伝達することにより必要とされる。その場合、 例えば振動に関連して連続負荷交番強度への高い要求が課せられる。さらに、長 さ変化又は間隔変化をケーシングを通してコンデンサ装置へ伝達することは、測 定方向での摺動だけが測定結果に影響するように行われなければならない。測定 対象物の熱膨張、及び例えば横力、曲げモーメント又は軸方向力により発生する 第２のオーダの伸びが電極間隔の付加的な変化を生じてはならない。 ヨーロッパ特許‐Ｂ‐第０３５４３８６号明細書に開示された実施例では、コ ンデンサ装置の二重櫛形構造が金属製のケーシング枠内に絶縁されて固定されて おり、このケーシング枠が平行四辺形ガイドとして、測定すべき摺動を電極対の 相応する間隔変化に変換する。４リンク機構として形成されたこの平行四辺形ガ イドの弾性変形のための力をわずかにするために、ケーシング枠は相応するウイ ークポイントを備えている。コンデンサ装置の気密な収納はケーシング枠の両側 を金属製フォイルにより覆うことにより行われ、その場合、ケーシング枠とフォ イルとの結合は抵抗溶接、 有利にはシーム溶接により実施される。 気密な収納と、わずかな力でのケーシングの弾性的な変形性と、高い連続負荷 交番でのケーシングの弾性的な変形とを同時に得ることは互いに抵触する要求で ある。上述の実施形では平行四辺形ガイドによりコンデンサ電極相互の正確な案 内は保証されるが、しかし、角隅では覆いフォイルの溶接時に著しい応力が生じ 、この応力が例えば１０¹⁰の大きさの連続負荷交番時に問題を惹起する可能性が ある。さらに、ケーシング枠の角隅領域内のウイークポイントにおける溶接の気 密性が連続負荷交番時に危険にさらされるおそれがある。 本発明の課題は、永続的な気密性、弾性的な変形性及び高い連続負荷強度を同 時に実現するような、長さ変化又は間隔変化を測定するセンサのためのケーシン グを提供することにある。 この課題の解決は本発明にもとづくケーシングによれば、 −ケーシング内部に配置されていて測定方向での運動のみを許容するセンサガ イドが設けられており、 −ケーシング外套の、周方向で連続的に延びていて少なくとも測定方向で弾性 的に変形可能であってセンサガイドから機械的に十分に遮断されていている筒形 セグメントが設けられており、 −少なくとも測定方向で弾性的に変形可能であって ケーシング内部を気密に閉鎖する２つのケーシング カバーが設けられていることにより行われる。 本発明にもとづくケーシングでは要するに気密な収納の機能と、測定方向での センサガイドの機能とが分割されている。ケーシング外套は、適当な物体的な間 隔によりセンサガイドから機械的に十分に遮断された弾性変形可能な領域内で周 方向で連続的に延びる筒形セグメントにより形成されており、要するに応力の相 応する上昇を伴う非連続性もしくは角が予め回避される。材料負荷が著しくわず かであることと、ケーシング胴体とケーシングカバーとが結合されていることと により、連続負荷強度の著しい増大が可能となる。本発明により形成されたケー シングは冒頭に記載した容量的なトルクセンサの取付けために、さらには長さ変 化又は間隔変化を測定するその他のセンサの取付けのために適している。ここで は例として一般の伸び測定ストリップを挙げることができる。 本発明の有利な構成が請求項２以下に記載されている。 次に、本発明の実施例を図面に即して詳細に説明する。 ここに、 第１図及び第２図は容量的な変換器を備えたトルクセンサのためのケーシング を付属のケーシングカバーなしで示す平面図もしくは側面図である。 第３図は第１図及び第２図にもとづくケーシングを付属のケーシングカバーと 一緒に示す斜視図であり、 第４図は第１図及び第２図にもとづくケーシングをケーシングカバー及びトル クセンサなしで示す斜視図である。 第１図及び第２図は符号ＤＳで示した容量的なトルクセンサのためのケーシン グを平面図もしくは側面図で示す。このトルクセンサの構造及び作用はヨーロッ パ特許‐Ｂ‐０３５４３８６号明細書に記載されている。このケーシングのうち ケーシング胴体だけが図示されており、要するにトルクセンサの気密な収納のた めに必要な両方のケーシングカバーはここではまだ取付けられていない。例えば 鋼から成る図示のケーシング胴体は例えばダイカスト、レーザ切断又はワイヤエ ロージョンにより一体に製作される。その場合、一体のケーシング胴体は、２つ の横ウエブＱＳと４つの弾性変形可能なリンクＧＥとを備えた平行四辺形ガイド として形成された１つのセンサガイドＳＦと、互いに反対側に位置していてそれ ぞれ板ばねＢＦを介してセンサガイドＳＦに結合された２つの外側の固定部ＢＴ と、互いに対向して位置する弾性変形可能な２つの円形‐筒形セグメントＺＳを 備えた１つの円筒形ケーシング外套ＧＭとを備えている。それぞれ２つの固定用 孔ＢＬを有する固定部ＢＴは、図示されていない相応する固定用ねじを介して軸 の周辺領域内に固定され、 その場合には、矢印ＰＦにより示された軸のねじれが長さ変化としてセンサガイ ドＳＦへ伝達される。しかし、固定部ＢＴを介した取付けは軸又は弾性的な伝達 部材の端面領域内で半径方向の向きで行われることもできる。いずれにせよ、伸 びセンサＤＳにより測定されたねじれは伝達されているトルクのための尺度とな る。その場合の要点は、センサガイドＳＦが、矢印ＰＦに対して平行に延びる測 定方向ＭＲの運動しか許容しないことである。 第１図には一点鎖線の円により、２つの対応するケーシングカバーをケーシン グ外套ＧＭに結合させるべき溶接継目ＳＮの延びが示されている。第３図には符 号ＧＡで示されたこれら両方ケーシングカバーのうち上方のケーシングカバーが 示されている。さらに、ケーシングカバーＧＡが同心円状の波形部Ｗにより形成 されていることが分かる。断面半円形の溝状の複数の同心的な波形変形部の形状 のこの波形部Ｗによりケーシングカバーの容易な弾性変形性が得られ、要するに ケーシングカバーは問題なく円形‐筒形セグメントＺＳと弾性変形を共にするこ とができる。鋼フォイルとして形成されたケーシングカバーＧＡとケーシング胴 体との気密な結合は有利にはシーム溶接により行われ、その際の溶接継目ＳＮの 円形の延びは、すでに説明したように第１図で一点鎖線で示されている。 第４図は第１図に示されたトルクセンサＤＳなしで 、開かれたケーシング胴体を示す。これから分かるように、センサガイドＳＦは 横ウエブＱＳに対して平行に、もしくは測定方向ＭＲに対して直角方向に向けら れた２つの突起ＦＯを備えている。両方の突起ＦＯ上にはトルクセンサＤＳが第 １図で示された位置で例えばろう接により固定される。 第１図から第４図までに即して説明された上述のケーシングでは気密な収納に 必要なケーシングカバーＧＡが円形に形成されており、その結果、シーム溶接は 円弧に沿ってコンスタントな幅で行われることができルが、しかしその場合、こ の幅は、センサガイドＳＦの横ウエブＱＳの、リンクＧＥを形成しているウイー クポイントに比して著しく大きい。円弧形状により、容易な変形性と均一な応力 分布が保証される。トルクセンサＤＳの電極の平行な運動案内の保証はすでに述 べたように平行四辺形ガイドとして形成された、４つのリンクＧＥを備えたセン サガイドにより行われる。ケーシングカバーＧＡの上述の構造によって、このケ ーシングカバーの極めて容易な変形性が得られる。 第１図から第４図までに示されたケーシングの別の利点は、同様にウイークポ イントにより形成された板ばねＢＦを介して固定部ＢＴとケーシング胴体とが一 体的に結合されていることにより生じる。この板ばねＢＦによって、温度依存性 の伸び、もしくは第２のオーダの伸びと、固定面又は測定対象物の形状誤差及び 位置誤差とが機械的にデカップリングつまり遮断される。この機械的なデカップ リングもしくは遮断の自由度の数は、選択される固定法に依存している。これに より、測定方向での伸び変化もしくは長さ変化だけが正確にトルクセンサＤＳの 測定コンデンサへ伝達され、付加的な応力が弾性的な収納領域内へ導入されない 。 要約すれば、容量的なトルクセンサ又は伸び検出器の気密‐弾性的な収納部の 提案された構成により、以下の著しい改善が得られる。 −材料及びシーム溶接部の応力が著しくわずかとなり、これにより連続負荷強 度が著しく改善される。 −気密な収納が著しく良好に維持される。 −シーム溶接時のコストが軽減される。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 長さ変化又は間隔変化を測定するセンサ、特に容量的な変換器を備えたトル クセンサのためのケーシングにおいて、 −ケーシング内部に配置されていて測定方向（ＭＲ）での運動のみを許容する センサガイド（ＳＦ）が設けられており、 −ケーシング外套の、周方向で連続的に延びていて少なくとも測定方向（ＭＲ ）で弾性的に変形可能であると共にセンサガイド（ＳＦ）から機械的に十分に遮 断されていている筒形セグメント（ＺＳ）が設けられており、 −少なくとも測定方向（ＭＲ）で弾性的に変形可能であると共にケーシング内 部を密に閉鎖する２つのケーシングカバー（ＧＡ）が設けられていることを特徴 とする、センサのためのケーシング。 2. センサガイド（ＳＦ）が平行四辺形ガイドとして形成されている、請求項１ 記載のケーシング。 3. 平行四辺形ガイドが４つの弾性変形可能なリンク（ＧＥ）を有している、請 求項２記載のケーシング。 4. ４つのリンク（ＧＥ）が、一体に形成された平行四辺形ガイドの２つの横ウ エブ（ＱＳ）のウイークポイントにより形成されている、請求項３記載のケ ーシング。 5. センサガイド（ＳＦ）が板ばね（ＢＦ）を介して外側の固定部（ＢＴ）に結 合されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のケーシング。 6. センサガイド（ＳＦ）、板ばね（ＢＦ）及び固定部（ＢＴ）が全体として一 体に形成されている、請求項５記載のケーシング。 7. ケーシング外套の筒形セグメント（ＺＳ）が円形‐筒形セグメントとして形 成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のケーシング。 8. ケーシングカバー（ＧＡ）が円形に形成されている、請求項７記載のケーシ ング。 9. ケーシングカバー（ＧＡ）が同心的な円形の波形部（Ｗ）として形成されて いる、請求項１から８までのいずれか１項記載のケーシング。 10．ケーシングカバー（ＧＡ）がそれぞれ1つの溶接継目（ＳＮ）を介して隣接 のケーシング部分に気密に結合されている、請求項１から９までのいずれか１項 記載のケーシング。 11．シーム溶接により円形の溶接継目が生じている、請求項１０記載のケーシン グ。 12．筒形セグメント（ＺＳ）、センサガイド（ＳＦ）、板ばね（ＢＦ）及び固定 部（ＢＴ）が全体として一体に形成されている、請求項１及び６記載のケーシン グ。