JP3653074B2 - 駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置 - Google Patents

駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動構体においてトルクおよび回転方向を測定するための駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
駆動装置にかかる装置を一体に組み込むことは知られている(例えば、特許文献I参照。)。また、第1伝達体円板および第2伝達体円板を含んでいる軸においてトルクを測定する装置も知られている(例えば、特許文献II参照。)。
【0003】
【特許文献I】
西独国特許第4231412号明細書
【特許文献II】
米国特許第4488443号明細書
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
回転構成要素において、例えば、駆動装置におけるトルク負荷駆動軸においてトルクを測定するために、前記構成要素は好ましくは歪みゲージを備えている。かかる装置において、それらが研究用測定装置に必要とされるように高精度のトルク信号を発生することができる。また、信号の伝達は送信機および受信機によって接触なしの方法で行われ得る。歪みゲージからの測定ブリッジを設け、歪みゲージを較正し、かつ電気的接続を設けることは高いコストを発生する。
【0005】
顕著なコスト要因は回転軸から固定構成要素への信号の伝達である。駆動装置内の電気的構成要素の高い集積度のため、かかる信号の伝達は高い固有のエラー割合をこうむる。多くの装置および機械に関してこの型の測定装置のかかる高い精度は必要とされない。しかしながら、上述した装置は適切なコストレベルが達成される範囲に改善され得る。これは運転過程のトルク測定の高い利点に拘わらず、かかる装置は実用的には農業機械の駆動装置には決して使用されないためである。
【0006】
特許文献IIにおいて、第1伝達体円板は軸に対して相対回転不能に接続される。第2伝達体円板は軸に対して同軸に配置される管に対して相対回転不能に接続される。管は、第1伝達体円板から或る距離に配置される第1の長手方向端で、相対回転不能に軸に接続される。管の第2端は軸上に摺動可能に支持されかつ第1伝達体円板に隣接するように配置される。さらに、第2伝達体円板は管の第2端に固定される。
【0007】
第1伝達体円板および第2伝達体円板は各々端面から出発しかつそれぞれ他の伝達体円板に向かって突出する歯を含んでいる。第1伝達体円板の歯および第2伝達体円板の歯は周部を横切って交互に分布されかつ互いから或る距離に配置される。軸に対して静止するように固定されるセンサは軸が回転するとき歯の通過を記録する。トルク負荷が高いならば、軸は第1伝達体円板が第2伝達体円板に対して回転させられるように捻られ、第1伝達体円板の歯および第2伝達体円板の歯との間の距離は変化する。センサによって記録されたような歯の間の距離は印加されたトルクに関する結果を許容する。しかしながら、欠点は、軸の回転方向もトルクの方向も決定することができないということである。
【0008】
本発明の目的は、トルクおよび回転方向を決定するのに適する装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、回転軸線のまわりにトルクを伝達するためにトルク負荷されかつ回転駆動されることができかつ第1軸端および第2軸端を有するトーション軸の形で設けられるトーション要素、ジャーナルの形を有しかつ前記回転軸線に対して横方向に前記トーション要素の前記第2軸端に相対回転不能に取着されかつ前記トーション要素が回転するとき、第1回転円上で回動される第1伝達体要素、第1管端および第2管端を有する管の形で設けられ、前記トーション要素のまわりに同軸的に配置されかつその第1管端が前記第1軸端に堅固に接続される基準要素、記基準要素の前記第2管端の外周面上に、前記第1伝達体要素に対して周方向に間隔を置いて相対回転不能に設けられ、前記トーション要素が回転するとき、該第1伝達体要素の第1回転円と一致した第2回転円上で動かされる2伝達体要素、前記回転軸線からある距離においてハウジングに固定配置されかつ前記第1及び第2伝達体要素の通過を感知しかつそれらに対応する一連の信号を発生するセンサユニットで、そのさい該センサユニットの測定範囲内で前記伝達体要素が、異なる時間長さでかつ異なる時間々隔の信号を発生し、ならびに、送られてきた信号の時間々隔および信号の時間長さに関する連続性シーケンスおよび異なる時間長さの信号間隔から、印加されたトルクおよび回転方向を決定する評価ユニットを含んでおり、そのさい前記基準要素の前記第2管端が、前記トーション要素に取着された前記第1伝達体要素の通過及び回転運動を許容するような第2凹所を含み、そして前記両伝達体要素が、それらの共通の第1及び第2の回転円上の1平面において周方向にずらして配置され、そのさい前記基準要素の前記第2管端には、前記第2凹所に対して直径方向に沿った反対側の位置に第1凹所が設けられ、そして前記第1伝達体要素の前記第1凹所に半径方向に延びる第1突起と、前記第2凹所から半径方向に突出する第2突起とが伝達体部分として機能し、そして前記トーション要素が、予め定められた最大トルクを超過すると、前記基準要素が、トルクの伝達を補助することを特徴とする駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置を提供することによって達成される。
【0010】
印加されたトルクの関数として、トーション要素のねじれ度合いは変化する。結果として、第1伝達体要素は、支配しているトルクの関数として、異なる長さの信号間隔が信号間に発生するように第2伝達体要素に対して回転させられる。号間隔の長さはトーション角度および印加されたトルクに関する結果を許容する。
【0011】
伝達体要素が、それらが異なる長さの信号をかつ関連の測定範囲において、信号間の異なる長さの信号間隔を発生するような方法において設計されるので、結果はトーション要素の回転方向に関して引き出され得る。例えば、第1伝達体要素は第2伝達体要素よりも周方向において長い。さらに、周方において、第1伝達体要素と第2伝達体要素との間の距離は第2伝達体要素と第1伝達体要素との間より小さくすることができる。
【0012】
それゆえ、第1方向への回転の場合に、第1伝達体要素の長い信号は長い信号によって引き起こされる。かかる場合に、他の回転方向において、長い信号は長い信号によって引き起こされる。前記シーケンスは回転方向の決定を許容する。いったん回転方向が決定されると、また、トルクの方向を決定することができる。
【0013】
第2伝達体要素が基準要素の1部分を形成しかつ第1回転円が第2回転円上に置かれるため、伝達体要素のまたは伝達体要素の基準縁部のまたは基準面の通過は1つのセンサのみによって識別されることができる。
【0014】
第2伝達体要素は、第2突起がそれから出る第2凹所に対して周部にずれるように基準要素の外面上に配置されるジャーナル要素の形で設けられ得る。
【0015】
第2伝達体要素として役立っているジャーナル要素は第1伝達体要素として役立っている第2突起より周方向において長い。
【0016】
本発明の好適な実施の形態を農業機器用の駆動構体に関連してより詳細に説明する。
【0017】
【発明の実施の形態】
図はハウジング1またはボックス形状のキャリヤフレームが、その外方に突出している駆動ジャーナル3がトルクを導くのに役立つ第1ベベルギヤ角度駆動装置2と連係する農業機器用駆動構体の1部分を示している。トルク測定装置6およびともに回転軸線8のまわりに回転可能な駆動軸7を介して、第1ベベルギヤ角度駆動装置2は、それから或る距離において、ハウジング1と連係しかつ出力ジャーナル5を含んでいる第2ベベルギヤ角度駆動装置4に回転接続される。
【0018】
駆動ジャーナル3を介して導入されるトルクは出力ジャーナル5に前記構体を介して通される。駆動軸7は、また、対応する出力ジャーナルを備えた1または幾つかのさらに他のベベルギヤ角度駆動装置とのトルク接続を確立するのに役立っている。後述されるトルク測定装置6に応じて設計される1またはそれ以上のトルク測定装置が駆動されるようなさらに他の部分に導いている駆動ラインに組み込まれることができる。
【0019】
トルク測定装置6は標準の作動範囲に必要とされるトルク範囲に関して設計される断面を有する軸の形のトーション要素9を含んでいる。このトーション要素9は第1軸端10および第2軸端11を含んでいる。前記軸端10,11はトルクを受けるとき捻られる中間の領域に対して厚くされる。第1軸端10は筒状ピン14を介して取着要素12に接続され、この取着要素12は駆動軸7との接続を設けるのに役立つ締め付け部分13を含んでいる。第1軸端10はかくして、前記駆動軸7が回転するとき、第1軸端10がそれとともに回転するように駆動軸に回転接続される。
【0020】
第2軸端11は第2ベベルギヤ角度駆動装置4のベベルギヤと相対回転不能に接続するのに役立つ接続ジャーナル15を備えている。さらに、第2軸端11はその軸線が回転軸線8を直角において横切る横方向孔20を含んでいる。横方向孔20内には、その筒状接続部分17によってジャーナルの形状において第1伝達体要素16が挿入される。この第1伝達体要素16は第1突起18および、それに対して直径的に、他端において第2突起19を含んでいる。
【0021】
トーション要素9のまわりには、その第1管端22が、第1伝達体要素16から或る距離において、溶接23によって取着要素21に堅固に接続される管状の基準要素21が配置される。この基準要素21はしたがってまたトーション要素9の第1軸端10に堅固に接続され、その結果基準要素21はトーション要素9の回転運動に追随する。その第2管端24の領域において、管状の基準要素21は転動ベアリング25によって第2軸端11上に支持される。
【0022】
第2管端24はかくして第1管端22に追随し、すなわち、測定される領域においてどのような変形も受けず、これに反して、トーション要素9に印加されるトルクの結果として、回転方向に依存して、第2軸端11における基準点は、第1軸端10においてトルクなしの状態においてしたがって配置される基準点に先行するかまたは追随する。第2管端24は2つの直径的に配置される凹所、すなわち、第1凹所26および第2凹所27を備えている。これらは画成された領域を横切って管の周方向に延び、2つの凹所26,27は同一になっている。
【0023】
第1突起18は第1凹所26の内側まで延びているが、外側に向かって、それは管状の基準要素21の外面28と面一である。第2突起19は第2凹所27を貫通しかつ管状の基準要素21の外面28から一定の寸法だけ突出する。2つの凹所26,27の周部延長部は一定の寸法だけ2つの突起18,19の周部延長部を越える。これは、トーション要素9がトルク負荷されるとき、それらの自由度の限界内で、2つの突起18,19が、それらの平らな部分29,30によって、2つの突起18,19が対応する頂部面31,32に対して載置するようになりかつ予め定めた最大照るクリーニングが達成されるまで凹所26,27内で自由に動くことができることを意味している。
【0024】
その後、基準要素21が、また、第1ベベルギヤ角度駆動装置2から第2ベベルギヤ角度駆動装置4へのトルクの伝達に関与する。伝達体部分として役立っている第2突起19の部分が管状の基準要素21の外面28を超えて突出するので、その部分は伝達体要素の機能を実用的に取り;回転するとき、回転円33上に心出しされる。管状の基準要素21の外面28から、第2伝達体要素34が突出し、この第2伝達体要素34は第2凹所27に対して周部でずれかつ周方向に見られるならば、第2突起19より長くかつ伝達体部分として作用する第2突起の部分より長い。
【0025】
第2伝達体要素34は第2突起19と同一の回転円上に配置される。さらに、
第1伝達体要素16および第2伝達体要素34は180°より小さい角度を取り囲んでいる。かくして、回転の場合において、2つの伝達体要素は短い間隔で互いに追随しかつそれに次いで長い信号間隔が追随する信号を発生する。トルクが回転方向Nに印加されるならば、第1伝達体要素16の第2突起19は第2伝達体要素34を越えて動きかつかかるリードの寸法が回転円33と反対にかつしたがって2つの伝達体要素16,34と反対に配置されるセンサ35によって記録される。
【0026】
センサ要素35は評価ユニット36に接続され、この評価ユニット36は追随する第2伝達体要素34に対して回転方向Nに進んでいる第1伝達体要素16の通過の、時間に関しての、ずれを基礎にして印加されたトルクを計算するのに役立っている。前記印加されたトルクは2つの伝達体要素16,34間のまたは第1伝達体要素16の第2突起19と第2伝達体要素34との間の距離に比例する。
【0027】
評価ユニット36は音響信号または例えば駆動装置を停止する切り換えシーケンスを発生することができる。また、印加されたトルクを指示しまたは音響警報を発生するのに使用され得る。本発明による装置の使用は上述した駆動構体に限定されない。農業機器および機械用の駆動装置に使用されることから離れて、本発明の装置は一般的に駆動ラインに、また例えば、自転車の駆動ラインに使用されることができる。
【0028】
【発明の効果】
叙上のごとく、本発明は、駆動構体においてトルクおよび回転方向を測定するための駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置において、回転軸線のまわりにトルクを伝達するためにトルク負荷されかつ回転駆動されることができかつ第1軸端および第2軸端を有するトーション軸の形で設けられるトーション要素、ジャーナルの形を有しかつ前記回転軸線に対して横方向に前記トーション要素の前記第2軸端に相対回転不能に取着されかつ前記トーション要素が回転するとき、第1回転円上で回動される第1伝達体要素、第1管端および第2管端を有する管の形で設けられ、前記トーション要素のまわりに同軸的に配置されかつその第1管端が前記第1軸端に堅固に接続される基準要素、記基準要素の前記第2管端の外周面上に、前記第1伝達体要素に対して周方向に間隔を置いて相対回転不能に設けられ、前記トーション要素が回転するとき、該第1伝達体要素の第1回転円と一致した第2回転円上で動かされる2伝達体要素、前記回転軸線からある距離においてハウジングに固定配置されかつ前記第1及び第2伝達体要素の通過を感知しかつそれらに対応する一連の信号を発生するセンサユニットで、そのさい該センサユニットの測定範囲内で前記伝達体要素が、異なる時間長さでかつ異なる時間々隔の信号を発生し、ならびに、送られてきた信号の時間々隔および信号の時間長さに関する連続性シーケンスおよび異なる時間長さの信号間隔から、印加されたトルクおよび回転方向を決定する評価ユニットを含んでおり、そのさい前記基準要素の前記第2管端が、前記トーション要素に取着された前記第1伝達体要素の通過及び回転運動を許容するような第2凹所を含み、そして前記両伝達体要素が、それらの共通の第1及び第2の回転円上の1平面において周方向にずらして配置され、そのさい前記基準要素の前記第2管端には、前記第2凹所に対して直径方向に沿った反対側の位置に第1凹所が設けられ、そして前記第1伝達体要素の前記第1凹所に半径方向に延びる第1突起と、前記第2凹所から半径方向に突出する第2突起とが伝達体部分として機能し、そして前記トーション要素が、予め定められた最大トルクを超過すると、前記基準要素が、トルクの伝達を補助する構成としたので、トルクおよび回転方向を決定するのに適する駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明によるトルク測定装置を含んでいる駆動構体部分を示す長手方向断面図である。
【図2】 図1の線II−IIによる断面図である。
【図3】 関連の評価ユニットを示している、図1における線III−IIIによる断面図である。
【符号の説明】
1 ハウジング
2 第1ベベルギヤ角度駆動装置
3 駆動ジャーナル
4 第2ベベルギヤ角度駆動装置
5 出力ジャーナル
6 トルク測定装置
7 駆動軸
8 回転軸線
9 トーション要素
10 第1軸端
11 第2軸端
12 取着要素
13 締め付け部分
14 筒状ピン
15 接続ジャーナル
16 第1伝達体要素
17 接続部分
18 第1突起
19 第2突起
20 横方向孔
21 管状の基準要素
22 第1管端
23 溶接
24 第2管端
25 転動ベアリング
26 第1凹所
27 第2凹所
28 外面
29 平らな部分
30 平らな部分
31 ストッパ面
32 ストッパ面
33 回転円
34 第2伝達体要素
35 センサ要素
36 評価ユニット
N 回転方向

Claims (3)

  1. 駆動構体においてトルクおよび回転方向を測定するための駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置において、
    回転軸線(8)のまわりにトルクを伝達するためにトルク負荷されかつ回転駆動されることができかつ第1軸端(10)および第2軸端(11)を有するトーション軸の形で設けられるトーション要素(9)、
    ジャーナルの形を有しかつ前記回転軸線(8)に対して横方向に前記トーション要素(9)の前記第2軸端に相対回転不能に取着されかつ前記トーション要素(9)が回転するとき、第1回転円(33)上で回動される第1伝達体要素(16)、
    第1管端(22)および第2管端(24)を有する管の形で設けられ、前記トーション要素(9)のまわりに同軸的に配置されかつその第1管端(22)が前記第1軸端(10)に堅固に接続される基準要素(21)、
    記基準要素(21)の前記第2管端(24)の外周面上に、前記第1伝達体要素(16)に対して周方向に間隔を置いて相対回転不能に設けられ、前記トーション要素(9)が回転するとき、該第1伝達体要素の第1回転円(33)と一致した第2回転円上で動かされる2伝達体要素(34)、
    前記回転軸線(8)からある距離においてハウジング(1)に固定配置されかつ前記第1及び第2伝達体要素(16,34)の通過を感知しかつそれらに対応する一連の信号を発生するセンサユニット(35)で、そのさい該センサユニットの測定範囲内で前記伝達体要素(16,34)が、異なる時間長さでかつ異なる時間々隔の信号を発生し、ならびに
    送られてきた信号の時間々隔および信号の時間長さに関する連続性シーケンスおよび異なる時間長さの信号間隔から、印加されたトルクおよび回転方向を決定する評価ユニット(36)を含んでおり、
    そのさい前記基準要素(21)の前記第2管端(24)が、前記トーション要素(9)に取着された前記第1伝達体要素(16)の通過及び回転運動を許容するような第2凹所(27)を含みそして前記両伝達体要素(16,34)がそれらの共通の第1及び第2の回転円(33)上の1平面において周方向にずらして配置され、
    そのさい前記基準要素(21)の前記第2管端(24)には、前記第2凹所(27)に対して直径方向に沿った反対側の位置に第1凹所(26)が設けられそして前記第1伝達体要素(16)の前記第1凹所(26)に半径方向に延びる第1突起(18)と、前記第2凹所(27)から半径方向に突出する第2突起(19)とが伝達体部分として機能し、そして
    前記トーション要素(9)が、予め定められた最大トルクを超過すると、前記基準要素(21)がトルクの伝達を補助することを特徴とする駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置。
  2. 前記第2伝達体要素(34)が、前記第2突起(19)が突出する前記第2凹所(27)に対して周方向にずれた位置において前記基準要素(21)の外面(28)から突出して設けられていることを特徴とする請求項1に記載の駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置。
  3. 前記第2伝達体要素(34)が、前記第1伝達体要素(16)として作用している前記第2突起(19)より長い周方向長さを有していることを特徴とする請求項2に記載の駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置。
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