WO2010091905A1 - Messanordnung und verwendung zum erfassen des drehmoments von exzentrisch laufenden wellen - Google Patents

Messanordnung und verwendung zum erfassen des drehmoments von exzentrisch laufenden wellen Download PDF

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WO2010091905A1
WO2010091905A1 PCT/EP2010/050043 EP2010050043W WO2010091905A1 WO 2010091905 A1 WO2010091905 A1 WO 2010091905A1 EP 2010050043 W EP2010050043 W EP 2010050043W WO 2010091905 A1 WO2010091905 A1 WO 2010091905A1
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WO
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shaft
measuring arrangement
torque
torque sensor
holding device
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/050043
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jürgen Götz
Carl Udo Maier
Jochen Ostermaier
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Filing date
Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means

Definitions

  • the invention relates to a measuring arrangement for detecting the torque, a further measuring arrangement for detecting the torque and a use of the measuring arrangement with the features mentioned in the preambles of each independent claims.
  • the permeability of ferromagnetic materials is affected by mechanical stresses and the physical effect is known as a magnetoelastic effect.
  • the magnetoelastic sensors are characterized by their high accuracy, which requires no recalibration, and furthermore, unlike other sensors, they do not need to approach reference marks.
  • an electromagnetic coil is arranged without contact at a small distance from the surface of the shaft, which reacts to the changes in the permeability in the outer metal layers of the shaft with a signal change coupled thereto.
  • the shaft must be subjected to torsional stresses, i. that is, the magnetoelastic torque sensor must be placed along the shaft between a driving torque and the opposing reaction torque.
  • the shaft formed of a ferromagnetic material is thereby a part of the measuring device.
  • the invention is based on a measuring arrangement for detecting torque transmitted through a shaft rotatably mounted in a machine housing.
  • the measuring arrangement has a non-contact magnetoelastic torque sensor which is positioned at a predetermined gap distance from the surface of the shaft.
  • the torque sensor is arranged in a holding device coupled to the axial, imbalance and / or eccentricity accuracy and / or bearing tolerances and / or torsional motion of the shaft, so that the pre-set gap distance during the rotation of the shaft is always maintained.
  • the holding device is designed in the form of a bearing device which at least partially surrounds the shaft.
  • a bearing device can be known to achieve a small clearance, so that the constancy of maintaining the magnetic gap distance can be ensured with economic means and over a long period of operation.
  • a bearing device comprising the shaft as holding device has at least one slide bearing and / or ball and / or roller bearing according to a further preferred embodiment of the present invention.
  • the holding device comprising the shaft is connected to the machine housing via an at least one pivotally mounted transmission element, so that the holding device is supported against rotation with the shaft and yet in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the shaft has at least two degrees of freedom of movement.
  • the transmission element has at least one lever, wherein the lever is pivotally mounted.
  • the transmission element at least two slidably and rotatably engaging parts, wherein the displaceability of the two parts is ensured by a guide groove of sufficient length and engaging in this guide pin guide pin and the guide pin as a pivot axis allows the rotation of the two parts.
  • the transmission element may further comprise at least one flexible sub-element, which is tensioned during operation or subjected to compressive stress.
  • the transmission element supports the holding device in at least one direction of rotation of the shaft against a co-rotation with the shaft.
  • the storage device can be designed either in one piece or in several parts. In two-part design, however, a simple assembly and disassembly of the bearing shells is of particular advantage.
  • the sealing means may for example be designed as a cover and / or a seal.
  • the cover may also be designed to comply with electromagnetic compatibility requirements.
  • the torque sensor is preferably connected via at least one cable to a supply voltage and / or signal transmission.
  • the sensor electronics can also be arranged integrated in the housing of the holder according to the invention.
  • the objects according to the invention are achieved in an alternative manner in that the torque sensor is installed in a bearing housing in which the shaft is rotatably mounted.
  • the Ausschwenkungen the shaft does not even occur and in many cases, the installation of the torque sensor is easily possible by, for example, changes to a Bearing half shell to be executed.
  • the objects of the invention are achieved by a use of the measuring arrangement according to a previously described embodiment for detecting a transmitted via a shaft torque of a force generating or force converting machine or a power transmitting gear device.
  • the power-generating machine is preferably a drive unit of a ship and / or the force-converting machine, a power generator of a power plant and / or a wind power generator.
  • the measuring arrangement is further preferably arranged on the shaft between a drive torque acting on the shaft and an oppositely directed output torque transmitted by the shaft of the same amount, so that the
  • Wave torsional stresses that can be detected by the magnetoelastic torque sensor as a physical parameter in the form of a changing permeability are also possible.
  • FIG. 1 shows a first preferred embodiment of the measuring arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a second preferred embodiment of the measuring arrangement according to the invention
  • FIG. 1 shows a first preferred embodiment of the measuring arrangement 1 according to the invention.
  • a consisting of two bearings 30 and 32 holding device 30 includes the shaft 2, which is subjected during operation of a torsional stress.
  • the first and second bearing shells 30 and 32 are screwed in a manner common in mechanical engineering using two screw 31, 31. This screw can be resolved for maintenance purposes and provides the ability to assemble and disassemble the measuring device 1 according to the invention, without having to remove the shaft 2 from their bearings for this purpose.
  • bearing shells 30, 32 bearing bushes or sliding shells or, for example, ball bearings (see Fig.2, 3) can be installed, whereby the shaft 2 is rotatably mounted in the device 30 designed as a bearing 30 holding device.
  • the bearing clearance can be designed even more accurately than the bearing clearance of a bearing device supporting the shaft 2.
  • the magnetoelastic torque sensor 21 is integrated or positioned in an inside recess.
  • the torque sensor 21 is arranged such that between it and the surface of the shaft 2, a predetermined gap spacing of the order of less than a few tenths of a millimeter is present.
  • the torque sensor 21 is designed as an encapsulated element and thus sufficiently protected against lubricating oil, grease, water and chemical compounds contained therein. If necessary, however, the torque sensor can be protected by an additional thin cover or seal. The cover can also be used to ensure the required electromagnetic compatibility. It may be advantageous to also integrate the processing or control electronics 22 of the torque sensor 21 in the holding device 30. In other embodiments, the electronics 22 may also be arranged outside the holding device 30.
  • a cable 20 allows the supply of the torque sensor 21 and the electronics 22 with electrical energy and the transmission of the detected by the torque sensor 22 measurement signal.
  • the cable 20 is preferably designed as a flexible cable with an excess length and therefore can allow sufficient freedom of movement of the holding device 30.
  • the transmission element 11 is further connected at its other end by means of another hinge 12 pivotally connected to an anchor 10 which is connected or integrated with the machine housing.
  • the joints 12 and 13 each have a plane parallel to the shaft axis of the shaft 2 extending axis of rotation, whereby the holding device 30 in the plane perpendicular to the shaft axis of the shaft 2 has two degrees of movement. These degrees of movement are once the drawn Y-direction and the U-pivoting direction about the hinge axis 12 or 13, which can be simplified designed as a freedom of movement in the X direction.
  • joints 12, 13 or one of them can also be designed as ball joints.
  • the transmission element 11 is able to transmit both tensile force and compressive force, whereby the shaft 2 can be operated in both directions of rotation.
  • the anchoring 10 serves to connect the transmission element 11 to the (not shown) machine housing and can be designed to be integrated with it.
  • FIGS. 2 and 3 show a second preferred embodiment of the measuring arrangement 1 according to the invention.
  • the transmission element is designed in this embodiment by two interengaging parts 16, 17.
  • a groove extension 16 integrated on the circumference of the bearing shell 30, a groove 14 is formed.
  • a pin projection 17 is formed with a pin bore in which a guide pin 15 can be inserted parallel to the shaft axis of the shaft 2.
  • connection of inter-engaging parts 16, 17 is shown by means of guide pin 15.
  • the pin projection 17 engages in a groove groove 18 formed in the Nuterstreckung 16 of the bearing shell 30 and has therein at least one degree of freedom of movement in the direction of the shaft axis of the shaft 2, which coincides substantially with the Y direction.
  • a through the pin projection 17 and the groove 14 inserted guide pin 15 locks both interengaging parts 16, 17 and is held even for example by a press fit in the pin bore.
  • at least two degrees of freedom Y and U are again produced in the plane perpendicular to the shaft axis of the shaft 2.
  • the bearing of the shaft 2 in the holding device 30 in two ball bearings 34, 35 executed.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the measuring arrangement 1 according to the invention.
  • the shaft 2 is rotatably mounted in two bearings 40, 42 shown symbolically and transmits a drive torque M A.
  • This drive torque M A acts as a reaction torque, an equal output torque M R counter, whereby the shaft 2 is set under torsional stress.
  • the measuring arrangement 1 is arranged with the holding device 30 and supported with the transmission element 11 against rotation with the shaft 2.
  • the anchoring 10 symbolically represents a firm connection with the machine housing, wherein the two joints 12 and 13 of the holding device 30 allow at least two degrees of freedom of movement.
  • the torsional stress generated by the driving torque is itself of a constant amount proportional to the torque, but superimposed with a torsional vibration due to the natural frequency and resonance effects of the mechanical system.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messanordnung (1) zum Erfassen von durch eine, in einem Maschinengehäuse, drehbar gelagerte Welle (2) übertragenem Drehmoment (MA, MR), aufweisend einen berührungslosen magnetoelastischen Drehmomentsensor (21), der mit einem vorbestimmten Spaltabstand von der Oberfläche der Welle (2) positioniert ist. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Drehmomentsensor (21) in einer mit der axialen, durch Unwucht und/oder Rundlaufungenauigkeit und/oder Lagertoleranzen und/oder Torsion verursachten Schwenkbewegung der Welle (2) gekoppelten Haltevorrichtung (30, 32, 33) angeordnet ist, sodass der voreingestellte Spaltabstand während der Drehung der Welle (2) stets erhalten bleibt.

Description

Beschreibung
MESSANORDNUNG UND VERWENDUNG ZUM ERFASSEN DES DREHMOMENTS VON
EXZENTRISCH LAUFENDEN WELLEN
Die Erfindung betrifft eine Messanordnung zum Erfassen des Drehmomentes, eine weitere Messanordnung zum Erfassen des Drehmomentes und eine Verwendung der Messanordnung mit den in den Oberbegriffen jeweiliger unabhängiger Ansprüche genannten Merkmalen .
Die Permeabilität ferromagnetischer Materialien wird durch mechanische Spannungen beeinflusst und der physikalische Effekt ist als magnetoelastischer Effekt bekannt. Es sind eine Reihe verschiedener Sensoren bekannt, die den magnetoelasti- sehen Effekt verwenden, um kontaktlos sehr kleine und genaue Wegmessungen und unter anderem Drehmoment an Wellen zu erfassen. Die magnetoelastischen Sensoren zeichnen sich durch ihre hohe Genauigkeit aus, die keiner Nachkalibrierung bedarf, und benötigen ferner im Gegensatz zu anderen Sensoren keine Refe- renzmarken anzufahren.
Zur Messung von Drehmomenten an Kraft übertragenden Wellen von Maschinen wird in einem geringen Abstand von der Oberfläche der Welle kontaktlos eine elektromagnetische Spule ange- ordnet, die auf die Veränderungen der Permeabilität in den äußeren Metallschichten der Welle mit einer daran gekoppelten Signaländerung reagiert. Hierzu muss die Welle Torsionsspannungen ausgesetzt sein, d. h., der magnetoelastische Drehmomentsensor muss entlang der Welle zwischen einem antreibenden Drehmoment und dem ihm entgegengesetzt wirkenden Reaktionsdrehmoment angeordnet werden. Die aus einem ferromagnetischen Material ausgebildete Welle ist dadurch ein Teil der Messvorrichtung.
Wenn jedoch eine Welle infolge einer axialen, durch Unwucht und/oder Rundlaufungenauigkeit und/oder Lagertoleranzen und/oder Torsion und/oder Vibration verursachten Schwenkbewegung mehr als um wenige Zehntelmillimeter um die Drehachse schwingt, verliert ein magnetoelastischer Drehmomentsensor seine Messgenauigkeit, weil sein magnetischer Messabstand zu groß wird.
Insbesondere bei technischen Anwendungen mit Verwendung von groß dimensionierten Wellen und Kraft übertragenden Rädern wie beispielsweise in Schiffsantrieben, Windkraftanlagen und Kraftwerken treten solche Abweichungen auf und sind mit keinem vertretbaren technischen Aufwand zu beseitigen. Da sie dem Betrieb der Anlagen nicht im Wege sind, lässt man sie aus wirtschaftlichen Gründen bewusst zu.
Von besonderer Bedeutung ist es, das Drehmoment gerade bei seinen maximalen Spitzenwerten genau zu erfassen, d. h. bei Höchstbelastung. Infolge der Höchstbelastung kann jedoch zusätzlich eine Durchbiegung oder Auswölbung durch Torsion den Ausschlag der Welle noch vergrößern.
Der vorliegenden Erfindung wird es deswegen zur Aufgabe, eine Messanordnung mit einem magnetoelastischen Drehmomentsensor derart zu verbessern, dass die Messung des Drehmomentes unabhängig von Wellenausschlag ausführbar ist.
Nach einem ersten erfindungsgemäßen Aspekt geht die Erfindung von einer Messanordnung zum Erfassen von durch eine, in einem Maschinengehäuse, drehbar gelagerte Welle übertragenem Drehmoment aus. Die Messanordnung weist einen berührungslosen magnetoelastischen Drehmomentsensor auf, der mit einem vorbestimmten Spaltabstand von der Oberfläche der Welle positio- niert ist.
Die erfindungsgemäßen Aufgaben sind nach diesem vorrichtungstechnischen Aspekt dadurch gelöst, dass der Drehmomentsensor in einer mit der axialen, durch Unwucht und/oder Rundlaufun- genauigkeit und/oder Lagertoleranzen und/oder Torsion verursachten Schwenkbewegung der Welle gekoppelten Haltevorrichtung angeordnet ist, sodass der voreingestellte Spaltabstand während der Drehung der Welle stets erhalten bleibt. Das be- deutet, dass der Drehmomentsensor durch die erfindungsgemäße Haltevorrichtung immer jeder Ausschwenkbewegung der Welle folgt und folglich der voreingestellte magnetische Spaltabstand beibehalten wird. Von besonderem Vorteil ist die da- durch gegebene Möglichkeit zur einfachen Nachrüstung bestehender Anlagen.
Vorzugsweise ist die Haltevorrichtung in Gestalt einer die Welle wenigstens teilweise umfassenden Lagervorrichtung aus- geführt. Mit einer Lagervorrichtung lässt sich bekanntlich ein kleines Lagerspiel erreichen, sodass die Konstanz der Beibehaltung des magnetischen Spaltabstandes mit wirtschaftlichen Mitteln und über eine lange Betriebsdauer gewährleistet werden kann.
Dies wird besonders vorteilhaft erreicht, wenn eine die Welle als Haltevorrichtung umfassende Lagervorrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung vorliegender Erfindung wenigstens ein Gleitlager und/oder Kugel- und/oder Rollenlager aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die die Welle umfassende Haltevorrichtung über ein wenigstens einteiliges schwenkbar gelagertes Übertra- gungselement mit dem Maschinengehäuse verbunden, sodass die Haltevorrichtung gegen eine Mitdrehung mit der Welle abgestützt ist und dennoch in einer zur Längsachse der Welle senkrechten Ebene über wenigstens zwei Bewegungs-Freiheits- grade verfügt. Ferner weist das Übertragungselement in einer vorteilhaft weiter gebildeten Ausgestaltung wenigstens einen Hebel auf, wobei der Hebel schwenkbar gelagert ist.
In einer zur Vorherigen Alternativen bevorzugten Ausgestaltung weist das Übertragungselement wenigstens zwei ineinander verschiebbar und drehbar eingreifende Teile auf, wobei die Verschiebbarkeit der zwei Teile durch eine Führungsnut von ausreichender Länge und einen in dieser Führungsnut eingreifenden Führungsstift gewährleistet ist und der Führungsstift als eine Schwenkachse die Drehbarkeit der beiden Teile ermöglicht.
Das Übertragungselement kann ferner wenigstens ein flexibles Teilelement aufweisen, das im Betrieb zugbeansprucht oder druckbeansprucht ist.
Vorzugsweise stützt das Übertragungselement die Haltevorrichtung in wenigstens einer Drehrichtung der Welle gegen eine Mitdrehung mit der Welle ab.
Die Lagervorrichtung kann sowohl einteilig als auch mehrteilig ausgeführt sein. Bei zweiteiliger Ausführung jedoch ist eine einfache Montage und Demontage der Lagerhalbschalen von besonderem Vorteil.
Nur wenn es in einer Anwendung erforderlich ist, kann der Drehmomentsensor gegenüber dem voreingestellten Spalt mit einem Abdichtungsmittel gegen Eindringen von Schmierstoff oder Verunreinigungen abgedichtet sein. Das Abdichtungsmittel kann beispielsweise als eine Abdeckung und/oder eine Versiegelung ausgeführt sein. Die Abdeckung kann ferner zum Einhalten von Vorschriften über die elektromagnetische Verträglichkeit ausgelegt sein.
Der Drehmomentsensor ist vorzugsweise über wenigstens ein Kabel an eine Versorgungsspannung und/oder Signalübertragung angeschlossen. Die Sensorelektronik kann außerdem in dem Gehäuse der erfindungsgemäßen Halterung integriert angeordnet sein.
Ausgehend von einer gleichen Messanordnung werden die erfindungsgemäßen Aufgaben in einer alternativen Art und Weise dadurch gelöst, dass der Drehmomentsensor in einem Lagergehäuse eingebaut ist, in dem die Welle drehbar gelagert ist. Dadurch treten die Ausschwenkungen der Welle erst gar nicht auf und in vielen Fällen ist der Einbau des Drehmomentsensors unkompliziert möglich, indem beispielsweise Änderungen an einer Lagerhalbschale ausgeführt werden. Von besonderem Vorteil ist in diesem Fall die Tatsache, dass keine zusätzliche Haltevorrichtung benötigt wird.
Nach einem weiteren Aspekt werden die Aufgaben der Erfindung durch eine Verwendung der Messanordnung nach einer vorhergehend beschriebenen Ausgestaltung zum Erfassen eines über eine Welle übertragenen Drehmomentes einer Kraft erzeugenden oder Kraft umsetzenden Maschine oder einer Kraft übertragenden Ge- triebevorrichtung gelöst.
Die Kraft erzeugende Maschine ist vorzugsweise ein Antriebsaggregat eines Schiffes und/oder die Kraft umsetzende Maschine ein Stromgenerator eines Kraftwerkes und/oder eines Wind- kraftgenerators .
Die Messanordnung ist ferner bevorzugt auf der Welle zwischen einem an der Welle angreifenden Antriebsdrehmoment und einem durch die Welle übertragenen entgegengesetzt gerichteten Ab- triebsdrehmoment vom gleichen Betrag angeordnet, sodass die
Welle Torsionsspannungen unterliegt, die von dem magnetoelastischen Drehmomentsensor als physikalische Messgröße in Form einer sich ändernden Permeabilität erfasst werden können.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine erste bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messanordnung;
Figur 2, 3 eine zweite bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messanordnung;
Figur 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemä- ßen Messanordnung.
Figur 1 zeigt eine erste bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messanordnung 1. Eine aus zwei Lagerschalen 30 und 32 bestehende Haltevorrichtung 30 umfasst die Welle 2, die im Betrieb einer Torsionsspannung unterworfen ist. Die erste und zweite Lagerschalen 30 und 32 sind auf eine im Maschinenbau verbreitete Weise mithilfe von zwei Schraubverbindungen 31, 31 festverschraubt . Diese Verschraubung kann zu Wartungszwecken aufgelöst werden und bietet die Möglichkeit zur Montage und Demontage der erfindungsgemäßen Messanordnung 1, ohne hierfür die Welle 2 aus ihren Lagerungen herausnehmen zu müssen.
In den Lagerschalen 30, 32 können Lagerbuchsen oder Gleitschalen oder beispielsweise Kugellager (siehe Fig.2, 3) eingebaut werden, wodurch die Welle 2 in der als eine Lagervor- richtung 30 ausgebildeten Haltevorrichtung 30 drehbar gelagert ist. Durch eine solche Lagerung ist es möglich, ein bestimmtes Lagerspiel vorzugeben, das in engen vorgegebenen Toleranzgrenzen liegen kann. Da die erfindungsgemäße Haltevorrichtung 30 keine Lastkräfte der Welle 2 auf das Maschinenge- häuse übertragen muss, kann das Lagerspiel noch genauer ausgelegt werden, als das Lagerspiel einer die Welle 2 tragenden Lagervorrichtung .
In einer der beiden Lagerschalen 30 ist der magnetoelastische Drehmomentsensor 21 integriert oder in einer innenseitigen Vertiefung positioniert. Der Drehmomentsensor 21 ist derart angeordnet, dass zwischen ihm und der Oberfläche der Welle 2 ein vorgegebener Spaltabstand in der Größenordnung von weniger als einigen Zehntelmillimeter vorliegt. In der Regel ist der Drehmomentsensor 21 als ein verkapseltes Element ausgeführt und somit gegen Schmieröl, Fett, Wasser und darin enthaltene chemische Verbindungen ausreichend geschützt. Falls erforderlich jedoch kann der Drehmomentsensor durch eine zusätzliche dünne Abdeckung oder Versiegelung geschützt werden. Die Abdeckung kann ferner dazu eingesetzt werden, die erforderliche elektromagnetische Verträglichkeit zu gewährleisten. Es kann von Vorteil sein, auch die Verarbeitungs- oder Steuerelektronik 22 des Drehmomentsensors 21 in der Haltevorrichtung 30 zu integrieren. In anderen Ausgestaltungen kann die Elektronik 22 auch außerhalb der Haltevorrichtung 30 angeord- net sein.
Ein Kabel 20 ermöglicht die Versorgung des Drehmomentsensors 21 und der Elektronik 22 mit elektrischer Energie und die Übertragung des durch den Drehmomentsensor 22 erfassten Mess- Signals. Das Kabel 20 ist vorzugsweise als ein flexibles Kabel mit einer Überlänge ausgelegt und kann daher eine ausreichende Bewegungsfreiheit der Haltevorrichtung 30 zulassen.
An einem äußeren an dem Umfang der Lagerschale 30 befindli- chen Angriffspunkt ist ein Vorsprung in Gestalt einer Nuterstreckung 16 vorgesehen, in dem ein Gelenk 13 des Übertragungselementes 11 eingerichtet ist. Das Übertragungselement 11 ist ferner an seinem anderen Ende mittels eines weiteren Gelenkes 12 schwenkbar mit einer Verankerung 10 verbunden, die mit dem Maschinengehäuse verbunden oder integriert ist. Die Gelenke 12 und 13 weisen jeweils eine parallel zur Wellenachse der Welle 2 verlaufende Drehachse auf, wodurch die Haltevorrichtung 30 in der senkrecht zur Wellenachse der Welle 2 verlaufenden Ebene zwei Bewegungsgrade aufweist. Diese Bewegungsgrade sind einmal die eingezeichnete Y-Richtung und die U-Schwenkrichtung um die Gelenkachse 12 oder 13, was vereinfacht als eine Bewegungsfreiheit in X-Richtung ausgelegt sein kann.
Damit die Montage der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung 30 in Bezug auf die Ausrichtung der parallel zu verlaufenden Achsen der Gelenke 12 und/oder 13 einfacher ist, kann wenigstens eines der Gelenke 12, 13 durch ein Spiel eine ausreichende Abweichung von der Parallelität der Gelenkachse in Be- zug auf die Wellenachse 2 zulassen. Dadurch erfolgt eine automatische Ausrichtung der Haltevorrichtung 30 in Bezug auf die Wellenachse 2. Ein in den Gelenken 12, 13 vorhandenes Spiel wird im Betrieb der erfindungsgemäßen Messanordnung 1 durch die mitnehmende Drehbewegung der Welle 2 eliminiert.
Ferner können die Gelenke 12, 13 oder eines davon auch als Kugelgelenke ausgeführt sein.
Das Übertragungselement 11 ist in dieser Ausgestaltung in der Lage sowohl Zugkraft als auch Druckkraft zu übertragen, wodurch die Welle 2 in beide Drehrichtungen betrieben sein kann.
Die Verankerung 10 dient dem Anschluss des Übertragungselementes 11 an das (nicht dargestellte) Maschinengehäuse und kann an ihm integriert ausgeführt sein.
Figuren 2 und 3 zeigen eine zweite bevorzugte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Messanordnung 1.
Das Übertragungselement ist in dieser Ausgestaltung durch zwei ineinander eingreifende Teile 16, 17 ausgeführt. In einer an dem Umfang der Lagerschale 30 integrierten Nuterstreckung 16 ist eine Nut 14 ausgebildet. An der Verankerung 10 ist ein Stiftvorsprung 17 mit einer Stiftbohrung ausgebildet, in der parallel zur Wellenachse der Welle 2 ein Führungsstift 15 einsteckbar ist.
In der Querschnittansicht in Figur 3 ist die Verbindung ineinander eingreifender Teile 16, 17 mittels Führungsstift 15 dargestellt. Hierzu greift der Stiftvorsprung 17 in eine in der Nuterstreckung 16 der Lagerschale 30 ausgebildete Quernut 18 ein und hat darin wenigstens einen Bewegungsfreiheitsgrad in Richtung zur Wellenachse der Welle 2, die im Wesentlichen mit der Y-Richtung zusammenfällt. Ein durch den Stiftvorsprung 17 und die Nut 14 hindurchgesteckter Führungsstift 15 sperrt beide ineinander eingreifende Teile 16, 17 und wird selbst beispielsweise durch einen Presssitz in der Stiftbohrung festgehalten. Durch die beschriebene Verbindung ergeben sich in der senkrecht zur Wellenachse der Welle 2 verlaufenden Ebene erneut wenigstens zwei Freiheitsgrade Y und U.
Beispielhaft ist die Lagerung der Welle 2 in der Haltevorrichtung 30 in zwei Kugellagern 34, 35 ausgeführt.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Messanordnung 1.
Die Welle 2 ist in zwei symbolisch dargestellten Lagern 40, 42 drehbar gelagert und überträgt ein Antriebsdrehmoment MA. Diesem Antriebsdrehmoment MA wirkt als Reaktionsdrehmoment ein gleich großer Abtriebsdrehmoment MR entgegen, wodurch die Welle 2 unter Torsionsspannung gesetzt ist. In einem zwischen den beiden entgegen wirkenden Drehmomenten liegenden Abschnitt der Welle 2 ist die erfindungsgemäße Messanordnung 1 mit der Haltevorrichtung 30 angeordnet und mit dem Übertragungselement 11 gegen ein Mitdrehen mit der Welle 2 abge- stützt. Die Verankerung 10 stellt hierbei symbolisch eine feste Verbindung mit dem Maschinengehäuse dar, wobei die zwei Gelenke 12 und 13 der Haltevorrichtung 30 wenigstens zwei Bewegungsfreiheitsgrade ermöglichen. Die durch den Antriebsdrehmoment erzeugte Torsionsspannung ist selbst von einem dem Drehmoment proportionalen konstanten Betrag, dem allerdings eine Torsionsschwingung infolge der Eigenfrequenz und Resonanzeffekte des mechanischen Systems überlagert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Messanordnung (1) zum Erfassen von durch eine, in einem Maschinengehäuse, drehbar gelagerte Welle (2) übertragenem Drehmoment (MA, MR) , aufweisend einen berührungslosen magnetoelastischen Drehmomentsensor (21), der mit einem vorbestimmten Spaltabstand von der Oberfläche der Welle (2) positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (21) in einer mit der axialen, durch Unwucht und/oder Rundlaufungenauigkeit und/oder Lagertoleranzen und/oder Torsion verursachten Schwenkbewegung der Welle (2) gekoppelten Haltevorrichtung (30, 32, 33) angeordnet ist, sodass der voreingestellte Spaltabstand während der Drehung der Welle (2) stets erhalten bleibt.
2. Messanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (30, 32) in Gestalt einer die Welle
(2) wenigstens teilweise umfassenden Lagervorrichtung (30) ausgeführt ist.
3. Messanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die die Welle (2) als Haltevorrichtung (30) umfassende Lagervorrichtung (30) wenigstens ein Gleitlager und/oder Kugel- und/oder Rollenlager (34, 35) aufweist.
4. Messanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Welle (2) umfassende Haltevorrichtung (30) über ein wenigstens einteiliges schwenkbar gelagertes Übertragungselement (11) mit dem Maschinengehäuse verbunden ist, sodass die Haltevorrichtung (30) gegen eine Mitdrehung mit der Welle (2) abgestützt ist und dennoch in einer zur Längsachse der Welle (2) senkrechten Ebene (x, y) über wenigstens zwei Bewegungs-Freiheitsgrade (x, y, u) verfügt.
5. Messanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (11) wenigstens ein flexibles Teilelement aufweist, das im Betrieb zug- und/oder druckbeansprucht ist.
6. Messanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (16, 17) wenigstens zwei ineinander verschiebbar und drehbar eingreifende Teile (16, 17) aufweist, wobei die Verschiebbarkeit der zwei Teile durch eine Führungsnut (14) von ausreichender Länge und einen in dieser Führungsnut (14) eingreifenden Führungsstift (15) gewährleistet ist und der Führungsstift (15) als eine Schwenkachse die Drehbarkeit der beiden Teile ermöglicht.
7. Messanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Übertragungselement (11, 16, 17) die Haltevorrichtung (30) in wenigstens einer Drehrichtung der Welle (2) gegen eine Mitdrehung mit der Welle (2) abstützt.
8. Messanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagervorrichtung (30) einteilig oder mehrteilig ausgeführt ist.
9. Messanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (21) gegenüber dem voreingestellten Spalt mit einem Abdichtungsmittel gegen Eindringen von Schmierstoff oder Verunreinigungen abgedichtet ist.
10. Messanordnung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (21) über wenigstens ein Kabel (20) an eine Versorgungsspannung und/oder Signalübertragung angeschlossen ist.
11. Messanordnung (1) zum Erfassen von durch eine, in einem Maschinengehäuse, drehbar gelagerte Welle übertragenem Drehmoment (MA, MR) , aufweisend einen berührungslosen magneto- elastischen Drehmomentsensor (21), der mit einem vorbestimmten Spaltabstand von der Oberfläche der Welle (2) positioniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehmomentsensor (21) in einem Lager (40) eingebaut ist.
12. Verwendung der Messanordnung (1) nach einem vorhergehenden Anspruch zum Erfassen eines über eine Welle (2) übertragenen Drehmomentes (MA, MR) einer Kraft erzeugenden oder Kraft umsetzenden Maschine oder einer Kraft übertragenden Getriebevorrichtung.
13. Verwendung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraft erzeugende Maschine als ein Antriebsaggregat eines Schiffes und/oder die Kraft umsetzende Maschine als ein
Stromgenerator eines Kraftwerkes und/oder eines Windkraftgenerators ausgeführt wird.
14. Verwendung nach einem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung (1) auf der Welle (2) zwischen einem an der Welle (2) angreifenden Antriebsdrehmoment (MA) und einem durch die Welle übertragenen entgegengesetzt gerichteten Abtriebsdrehmoment (MR) vom gleichen Betrag angeordnet ist, sodass die Welle Torsionsspannungen unter- liegt, die von dem magnetoelastischen Drehmomentsensor (21) als physikalische Messgröße erfasst werden können.
PCT/EP2010/050043 2009-02-10 2010-01-05 Messanordnung und verwendung zum erfassen des drehmoments von exzentrisch laufenden wellen WO2010091905A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014213747A1 (de) * 2014-07-15 2016-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Sensorvorrichtung mit einem auf dem magnetoelastischen Effekt beruhenden Sensorelement und Kugelführung
CN107850501A (zh) * 2015-07-23 2018-03-27 罗伯特·博世有限公司 用于测量轴上的转矩的测量组件、曲柄传动机构和车辆

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102011075400A1 (de) 2011-05-06 2012-11-08 Siemens Ag Drehmomentsensoranordnung und Welle mit einer Drehmomentsensoranordnung
DE102011083857A1 (de) 2011-09-30 2013-04-04 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren und Anordnung zur Bestimmung der Rotationsgeschwindigkeit von ferromagnetischen Bauteilen
EP2615439A1 (de) 2012-01-13 2013-07-17 Siemens Aktiengesellschaft Magnetoelastischer Kraftsensor und Verfahren zum Kompensieren einer Abstandsabhängigkeit in einem Messsignal eines derartigen Sensors
DE102012201072A1 (de) 2012-01-25 2013-07-25 Siemens Aktiengesellschaft Drehmomentsensoranordnung
DE102013205491A1 (de) * 2013-03-27 2014-10-02 Siemens Aktiengesellschaft Lagerungsvorrichtung zum Lagern eines ersten Bauteils an einem zweiten Bauteil sowie Verfahren zum Erfassen von auf ein Lagerelement wirkenden Belastungen
DE102015213467A1 (de) * 2015-07-17 2017-01-19 Robert Bosch Gmbh Messanordnung zur Messung des Drehmomentes an einer Welle, Kurbeltrieb und Fahrzeug
DE102015213466A1 (de) * 2015-07-17 2017-01-19 Robert Bosch Gmbh Messanordnung zur Messung des Drehmomentes an einer Welle, Kurbeltrieb und Fahrzeug
DE102016206552A1 (de) * 2016-04-19 2017-10-19 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Vormontieren einer Messanordnung, Messanordnung, Kurbeltrieb und Fahrzeug
DE102017107716B4 (de) 2017-04-03 2018-11-29 Trafag Ag Drehmomentmessgeber und Drehmomentsensor sowie Herstellverfahren und Messverfahren
DE102018114785A1 (de) 2018-04-13 2019-10-17 Trafag Ag Verfahren zum Herstellen einer Planarspulenanordnung sowie eines damit versehenen Sensorkopfes
DE102019132715B4 (de) * 2019-12-02 2024-03-14 Ika - Werke Gmbh & Co. Kg Rührgerät

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3436643A1 (de) * 1983-10-19 1985-05-15 Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa Magnetostriktiver drehmomentsensor
DE10057468A1 (de) * 1999-11-23 2001-06-07 Delphi Tech Inc Wellendrehmomentsensor ohne Luftspalt
US6260422B1 (en) * 1997-06-06 2001-07-17 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Torque sensor and rotation restrictor for stator
DE10100776A1 (de) * 2001-01-10 2002-07-11 En Umwelt Beratung E V I Verfahren und System zur Messung des Drehmoments an Wellen von Maschinen und Anlagen
DE102005002966A1 (de) * 2004-02-11 2005-09-08 Siemens Ag Vorrichtung zur Leistungsbestimmung von Betriebsmitteln
DE102007017705A1 (de) * 2007-04-14 2008-10-16 Schaeffler Kg Wellenanordnung mit einem Wälzlager

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE508383C2 (sv) * 1996-04-19 1998-09-28 Volvo Ab Metod jämte anordning för montering av en momentgivare i motorer och drivlinor.
DE10224792A1 (de) * 2001-08-11 2003-02-27 Fraunhofer Ges Forschung Berührungsloses Messen von Beanspruchungen rotierender Teile
DE10300510A1 (de) * 2003-01-09 2004-07-22 Manner Sensortelemetrie Gmbh Anordnung zur Erfassung von Sensorsignalen an drehenden Wellen
DE102006027090A1 (de) * 2006-06-10 2007-12-13 Schaeffler Kg Lagerungsanordnung mit integrierter Drehmomentmessung und Vorrichtung zur Regelung einer Momentenverteilung

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3436643A1 (de) * 1983-10-19 1985-05-15 Nissan Motor Co., Ltd., Yokohama, Kanagawa Magnetostriktiver drehmomentsensor
US6260422B1 (en) * 1997-06-06 2001-07-17 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Torque sensor and rotation restrictor for stator
DE10057468A1 (de) * 1999-11-23 2001-06-07 Delphi Tech Inc Wellendrehmomentsensor ohne Luftspalt
DE10100776A1 (de) * 2001-01-10 2002-07-11 En Umwelt Beratung E V I Verfahren und System zur Messung des Drehmoments an Wellen von Maschinen und Anlagen
DE102005002966A1 (de) * 2004-02-11 2005-09-08 Siemens Ag Vorrichtung zur Leistungsbestimmung von Betriebsmitteln
DE102007017705A1 (de) * 2007-04-14 2008-10-16 Schaeffler Kg Wellenanordnung mit einem Wälzlager

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014213747A1 (de) * 2014-07-15 2016-01-21 Siemens Aktiengesellschaft Sensorvorrichtung mit einem auf dem magnetoelastischen Effekt beruhenden Sensorelement und Kugelführung
CN107850501A (zh) * 2015-07-23 2018-03-27 罗伯特·博世有限公司 用于测量轴上的转矩的测量组件、曲柄传动机构和车辆

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