WO2018054421A1 - Drehmomentenmessanordnung - Google Patents

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WO2018054421A1
WO2018054421A1 PCT/DE2017/100711 DE2017100711W WO2018054421A1 WO 2018054421 A1 WO2018054421 A1 WO 2018054421A1 DE 2017100711 W DE2017100711 W DE 2017100711W WO 2018054421 A1 WO2018054421 A1 WO 2018054421A1
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WO
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torsion
measuring arrangement
torque
torque measuring
torsion disc
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PCT/DE2017/100711
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English (en)
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Inventor
Manfred Kraus
Klaus-Peter Köneke
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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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
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N35/00—Magnetostrictive devices
    • H10N35/101—Magnetostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. generators, sensors

Definitions

  • the invention relates to a torque measuring arrangement comprising a driving and a driven machine element and a torsion disc positioned between them and a magnetic field sensor.
  • DE 10 2013 225 937 A1 describes a sensor for detecting a torque applied to a measurement object about an axis of rotation.
  • a rotation body is rotatable.
  • a first and a second encoder wheel are arranged, which are connected to each other axially via an elastically rotatable element.
  • An evaluation circuit is used to output a dependent of a relative angular position of the two encoder wheels to each other
  • the elastically rotatable element has a structured
  • the measuring principle used is the position measurement.
  • a component is described a device and a method for measuring a material tension by means of magnetostriction.
  • the component is a shaft on which the measuring area is formed as a portion of the shaft, and over the entire circumference or over
  • Circumferential sections of the shaft extends.
  • the disadvantage is that the measuring range is applied as a surface coating, which over the lifetime too
  • EP 0 609 463 A1 discloses a method of manufacturing a magnetostrictive torque sensor shaft. In the method, a corrugated base body in a certain section is circumferentially coated with a magnetostrictive alloy. A disadvantage is the high production cost for such produced
  • EP 2 216 702 A1 describes a magnetic field vector sensor for measuring a torque.
  • the sensor is over at least one circumferential
  • Magnetostrictive section of a shaft mounted spaced. It is the magnetostrictive section of the shaft mounted as a ring on the carrier shaft.
  • a disadvantage is the slip between the carrier shaft and ring, through which a maximum alsbringbares moment is specified.
  • a disadvantage of the prior art is that the known systems for measuring a torque are expensive to produce, if a high sensitivity is sought, or that they poor measuring properties and possibly on the
  • the object of the present invention is to provide a torque measuring arrangement which is suitable for the measurement of torques on rotatable elements, is robust over the service life and simple
  • the torque measuring arrangement according to the invention is primarily used for measuring a torque between two rotating machine elements.
  • the torque measuring arrangement comprises a driving machine element and a driven machine element, a torsion plate and a
  • the driving and driven machine element rotate about a common axis of rotation.
  • the torsion disc also rotates about the axis of rotation and is axial between the driving and the driven
  • the torsion In order to transmit a torque between the driving and the driven machine element, the torsion is non-positively, material and / or positively connected to the two machine elements.
  • the two machine elements can also be connected via further connecting means, however, such that the transmitted from the driving machine element to the driven machine element torques are preferably mediated exclusively on the torsion.
  • On further torque transmitting connecting means is thus preferably completely omitted.
  • the Torsion disc is formed of a material with inverse magnetostrictive properties.
  • the magnetic field sensor is used to measure a magnetic field change. The magnetic field change is caused by torsion of the torsion disc as soon as a torque acts on the torsion disc.
  • the magnetic field is preferably provided by the torsion disc itself, if this permanent magnetic
  • Has properties, or of an external magnet, in the magnetic field of the torsion disc rotates.
  • the driving machine element is designed as a drive shaft or an axle, particularly preferably as a vehicle axle.
  • the driven machine element is preferably designed as a rotating part of a bearing, preferably as a rotating part of a wheel bearing.
  • the two machine elements as
  • Rotary bearing assembly formed. Generally can be through the
  • Torque measuring arrangement detect the torques occurring between different rotating machine elements.
  • At least one coaxial cylindrical guide surface is preferably formed on one or both machine elements, for example on the drive shaft.
  • the guide surface is used to support and guide the torsion, so that it is aligned coaxially.
  • the torsion plate is preferably formed from ferromagnetic and / or ferrimagnetic substances, particularly preferably from the material 35NiCrMo16.
  • the torsion disc is made of a material with clearly inverse magnetostrictive
  • the torsion plate is preferably annular, so that it has an inner and an outer peripheral surface. Furthermore, the torsion disc has an axial torsion disk passage opening. The torsion disc is preferably connected by coupling means to the driving and the driven machine element.
  • the coupling means may be implemented in any known manner.
  • Coupling means may for example be formed by rivets, bolts or pins.
  • surfaces with a keyway-groove connection act as coupling means.
  • the coupling means are formed on the opposite surfaces of the torsion and the two machine elements complementary.
  • the coupling means are designed as surfaces with spur gear teeth. To ensure a reliable connection, the spur gear toothing extends in the radial direction circumferentially over the surfaces of the
  • the coupling means formed in this way is inexpensive to manufacture, requires no additional assembly step and leads to a reliable connection between the torsion and the adjacent
  • Machine elements whereby high torques can be transmitted.
  • a connecting element which is formed for example as a screw, for axial clamping of the torsion disc between the driving and the driven machine element, so for example between the rotating part of the bearing and the drive shaft.
  • the connecting element is guided coaxially to the axis of rotation through a passage opening in the rotating part of the bearing and through a Torsionsscalen biogangsö réelle.
  • a coaxially arranged internal thread may be provided into which the screw is partially screwed.
  • the magnetic field sensor is placed without contact and preferably opposite the outer circumferential surface of the torsion disc.
  • the magnetic field sensor can also be designed to be rotatable in modified embodiments and integrated elsewhere in the measuring arrangement, for example in a central bore in one of the two machine elements. Furthermore, it is possible that the magnetic field sensor is arranged fixed to the driven machine element.
  • a significant advantage of the torque measuring arrangement according to the invention is that the torsion disc with a suitable choice of material over a long life has constant inverse magnetostrictive properties that allow continuous and long-term stable measurement results.
  • the torsion plate is preferably mounted individually between the two machine elements, so that if necessary, the individual components are replaceable.
  • the torque measuring arrangement according to the invention is thus robust over a long period of use, easy to assemble and disassemble and often cheaper to produce than previously known systems for measuring torque on rotating machine elements.
  • Fig. 2 is an exploded view of the torque measuring assembly
  • Fig. 1 shows an example of a torque measuring arrangement 01 according to the invention in a sectional view
  • Fig. 2 is an exploded view of this
  • Torque measuring arrangement 01 comprises a driving machine element in the form of a drive shaft 02, in particular a vehicle and a driven machine element in the form of a rotatable inner ring 03 of a wheel bearing 12.
  • the drive shaft 02 and the rotatable inner ring 03 are axially aligned with each other and rotatable about a common axis of rotation 04.
  • the wheel bearing 12 comprises in a known manner a stationary outer ring 13 and rolling elements 14.
  • the torque measuring arrangement 01 is used to measure a torque which occurs during normal operation by acting acceleration or braking forces between the drive shaft 02 and the inner ring 03. At the same time the normal function of the wheel bearing is maintained unchanged.
  • Axial between the driving machine element or the drive shaft 02 and the driven machine element or the inner ring 03 is a
  • Torsion disk 05 arranged.
  • the torsion plate 05 rotates together with the two machine elements also about the rotation axis 04. Die
  • Torsion disk 05 is used to transmit torques occurring from the driving machine element 02 to the driven machine element 03.
  • torques occur occurring in the torsion 05 mechanical stresses that lead to a torsion of the torsion 05.
  • the torsion plate can also be shaped differently, adapted to the specific installation situation and with the aim to achieve an optimal measurement result.
  • a connecting element which is preferably formed as a screw 06, serves for the axial clamping of the torsion plate 05 with the driving 02 and the driven machine element 03.
  • the screw 06 is for receiving axial
  • the driving machine element 02 has a coaxially arranged and cylindrically shaped guide surface 09.
  • the guide surface 09 serves to support and guide the torsion plate 05 and at least partially
  • Fig. 2 shows the side surfaces of the torsion plate 05
  • Spur toothing 10 are formed.
  • the spur toothing 10 extends in the radial direction circumferentially over the surfaces of the machine elements 02, 03 and complementary thereto over the side surfaces of the torsion 05th
  • the magnetic field is provided by the torsion plate 05 itself, if this is designed as a permanent magnet.
  • an external magnet (not shown) is provided in the magnetic field of which the torsion disc rotates.
  • Magnetic field change can be measured by a magnetic field sensor 11.
  • the magnetic field sensor 1 1 is radially spaced from an outer one

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drehmomentenmessanordnung (01), die ein antreibendes und ein angetriebenes Maschinenelement (02, 03) umfasst. Beide Maschinenelemente (02, 03) sind um eine gemeinsame Rotationsachse (04) rotierbar. Weiterhin umfasst die Drehmomentenmessanordnung (01) eine Torsionsscheibe (05) aus einem Material mit invers-magnetostriktiven Eigenschaften. Die Torsionsscheibe (05) ist um die Rotationsachse rotierbar, axial zwischen den beiden Maschinenelementen (02, 03) angeordnet und mit diesen kraft- und/oder formschlüssig verbunden. Dadurch wird ein Drehmoment zwischen diesen beiden Maschinenelementen (02, 03) über die Torsionsscheibe (05) übertragen. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Drehmomentenmessanordnung (01 ) einen Magnetfeldsensor (11), welcher innerhalb eines von der Torsionsscheibe (05) beeinflussbaren Magnetfeldes positioniert ist, um die Magnetfeldänderung zu erfassen, die durch deren Torsion hervorgerufen wird, wenn das Drehmoment auf die Torsionsscheibe (05) einwirkt.

Description

Drehmomentenmessanordnung
Die Erfindung betrifft eine Drehmomentenmessanordnung, die ein antreibendes und ein angetriebenes Maschinenelement sowie eine zwischen diesen positionierte Torsionsscheibe und einen Magnetfeldsensor umfasst.
Die DE 10 2013 225 937 A1 beschreibt einen Sensor zum Erfassen eines auf ein Messobjekt aufgebrachten Drehmoments um eine Drehachse. Mit dem Messobjekt ist ein Rotationskörper drehbar. Konzentrisch zum Rotationskörper sind ein erstes und ein zweites Encoderrad angeordnet, die axial über ein elastisch verdrehbares Element miteinander verbunden sind. Eine Auswerteschaltung dient der Ausgabe eines von einer relativen Winkellage beider Encoderräder zueinander abhängigen
Ausgangssignals. Das elastisch verdrehbare Element besitzt eine strukturierte
Oberfläche. Das zur Anwendung kommende Messprinzip ist die Lagemessung.
In der DE 10 2013 219 079 Alwird ein Bauteil eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung einer Materialspannung mittels Magnetostriktion beschrieben. Bei dem Bauteil handelt es sich um eine Welle, auf der der Messbereich als ein Abschnitt der Welle ausgebildet ist, und sich über den gesamten Umfang oder über
Umfangsabschnitte der Welle erstreckt. Nachteilig ist, dass der Messbereich als Oberflächenbeschichtung aufgebracht ist, was über die Lebensdauer zu
veränderlichen Messcharakteristiken führen kann. Die EP 0 609 463 A1 zeigt ein Verfahren zum Herstellen einer magnetostriktiven Drehmomentsensorwelle. Bei dem Verfahren wird ein Wellengrundkörper in einem bestimmten Abschnitt umlaufend mit einer magnetostriktiven Legierung überzogen. Nachteilig ist der hohe Herstellungsaufwand für derart hergestellte
Drehmesssensoren.
Die EP 2 216 702 A1 beschreibt einen Magnetfeldvektorsensor zur Messung eines Drehmomentes. Der Sensor ist über mindestens einem umlaufenden
magnetostriktiven Abschnitt einer Welle beabstandet angebracht. Dabei ist der magnetostriktive Abschnitt der Welle als Ring auf der Trägerwelle angebracht.
Nachteilig ist der Schlupf zwischen Trägerwelle und Ring, durch den ein maximal aufbringbares Moment vorgegeben wird. Nachteilig am Stand der Technik ist, dass die bekannten Systeme zur Messung eines Drehmomentes nur aufwendig herzustellen sind, sofern eine hohe Empfindlichkeit angestrebt wird, oder dass sie schlechte Messeigenschaften und ggf. über die
Lebensdauer veränderliche Charakteristiken aufweisen, wenn sie einfacher herzustellen sind.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Drehmomentenmess- anordnung bereit zu stellen, welche sich für die Messung von Drehmomenten an rotierbaren Elementen eignet, über die Lebensdauer robust ist und einfach
herzustellen.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Drehmomentenmessanordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1 .
Die erfindungsgemäße Drehmomentenmessanordnung dient primär zur Messung eines Drehmomentes zwischen zwei rotierenden Maschinenelementen. Hierfür umfasst die Drehmomentenmessanordnung ein antreibendes Maschinenelement und ein angetriebenes Maschinenelement, eine Torsionsscheibe sowie einen
Magnetfeldsensor. Das antreibende und angetriebene Maschinenelement rotieren um eine gemeinsame Rotationsachse. Die Torsionsscheibe rotiert ebenfalls um die Rotationsachse und ist axial zwischen dem antreibenden und dem angetriebenen
Maschinenelement angeordnet. Um ein Drehmoment zwischen dem antreibenden und dem angetriebenen Maschinenelement zu übertragen, ist die Torsionsscheibe kraft-, stoff- und/oder formschlüssig mit den beiden Maschinenelementen verbunden. Die beiden Maschinenelemente können darüber hinaus über weitere Verbindungsmittel verbunden sein, jedoch derart, dass die vom antreibenden Maschinenelement an das angetriebene Maschinenelement übertragenen Drehmomente vorzugsweise ausschließlich über die Torsionsscheibe vermittelt werden. Auf weitere Drehmoment übertragende Verbindungsmittel wird somit vorzugsweise gänzlich verzichtet. Die Torsionsscheibe ist aus einem Material mit invers-magnetostriktiven Eigenschaften gebildet. Der Magnetfeldsensor dient zum Messen einer Magnetfeldänderung. Die Magnetfeldänderung wird durch Torsion der Torsionsscheibe hervorgerufen, sobald ein Drehmoment auf die Torsionsscheibe einwirkt. Das Magnetfeld wird bevorzugt von der Torsionsscheibe selbst bereitgestellt, wenn diese permanentmagnetische
Eigenschaften hat, oder von einem externen Magneten, in dessen Magnetfeld die Torsionsscheibe rotiert.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das antreibende Maschinenelement als eine Antriebswelle bzw. eine Achse, besonders bevorzugt als eine Fahrzeugachse, ausgebildet. Das angetriebene Maschinenelement ist bevorzugt als ein rotierendes Teil eines Lagers, vorzugsweise als ein rotierendes Teil eines Radlagers, ausgebildet. In abgewandelten Ausführungen sind die beiden Maschinenelemente als
Rotationslageranordnung ausgebildet. Generell lassen sich durch die
erfindungsgemäße Drehmomentenmessanordnung die zwischen unterschiedlichsten rotierenden Maschinenelementen auftretenden Drehmomente erfassen.
An einem oder beiden Maschinenelementen, beispielsweis also an der Antriebswelle ist bevorzugt mindestens eine koaxiale zylindrische Führungsfläche ausgeformt. Die Führungsfläche dient zur Lagerung und Führung der Torsionsscheibe, sodass diese koaxial ausgerichtet ist.
Bevorzugt ist die Torsionsscheibe aus ferro- und/oder ferrimagnetischen Stoffen, besonders bevorzugt aus dem Material 35NiCrMo16, gebildet. Bevorzugt besteht die Torsionsscheibe aus einem Material mit deutlich invers-magnetostriktiven
Eigenschaften. Beim Einwirken einer mechanischen Spannung, also wie im
vorliegenden Anwendungsfall von Torsionskräften, auf ein Bauteil mit den genannten Materialeigenschaften kann aus der resultierenden Magnetfeldänderung auf die Größe der einwirkenden mechanischen Spannung gefolgert werden. Das
beschriebene Materialverhalten ist dem Fachmann als inverse Magnetostriktion bekannt und muss daher hier nicht näher beschrieben werden. Die auftretende Magnetfeldänderung ist mit heute verfügbaren Sensoren messbar. Die Torsionsscheibe ist bevorzugt ringförmig ausgebildet, sodass sie eine innere und einer äußere Umfangsfläche aufweist. Weiterhin weist die Torsionsscheibe eine axiale Torsionsscheibendurchgangsöffnung auf. Die Torsionsscheibe ist bevorzugt durch Kopplungsmittel mit dem antreibenden und dem angetriebenen Maschinenelement verbunden. Die Kopplungsmittel können auf jede bekannte Art ausgeführt sein.
Kopplungsmittel können beispielsweise gebildet sein durch Nieten, Bolzen oder Stifte. Ebenso können Flächen mit einer Passfeder-Nut-Verbindung als Kopplungsmittel wirken. Bevorzugt sind die Kopplungsmittel an den sich gegenüberliegenden Flächen der Torsionsscheibe und der beiden Maschinenelemente komplementär ausgebildet. Besonders bevorzugt sind die Kopplungsmittel als Flächen mit Stirnradverzahnung ausgebildet. Um eine zuverlässige Verbindung zu gewährleisten, erstreckt sich die Stirnradverzahnung in radialer Richtung umlaufend über die Flächen der
Maschinenelemente und dazu komplementär über die Seitenflächen der
Torsionsscheibe. Das derart ausgebildete Kopplungsmittel ist aufwandsarm zu fertigen, bedarf keines zusätzlichen Montageschrittes und führt zu einer zuverlässigen Verbindung zwischen der Torsionsscheibe und den angrenzenden
Maschinenelementen, wobei auch hohe Drehmomente übertragen werden können.
Bevorzugt dient ein Verbindungselement, das beispielsweise als eine Schraube ausgebildet ist, zum axialen Verspannen der Torsionsscheibe zwischen dem antreibenden und dem angetriebenen Maschinenelement, also beispielsweise zwischen dem rotierenden Teil des Lagers und der Antriebswelle. Dabei ist das Verbindungselement koaxial zur Rotationsachse durch eine Durchgangsöffnung im rotierenden Teil des Lagers und durch eine Torsionsscheibendurchgangsöffnung geführt. Beispielsweise im Bereich der Führungsfläche der Achse kann ein koaxial angeordnetes Innengewinde vorgesehen sein, in das die Schraube teilweise eingeschraubt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Magnetfeldsensor berührungslos und vorzugsweise gegenüberliegend zur äußeren Umfangsfläche der Torsionsscheibe platziert. Der Magnetfeldsensor kann in abgewandelten Ausführungen aber auch rotierbar ausgebildet und an anderer Stelle in die Messanordnung integriert sein, beispielsweise in einer zentralen Bohrung in einem der beiden Maschinenelemente. Weiterhin ist es möglich dass der Magnetfeldsensor am angetriebenen Maschinenelement befestigt angeordnet ist.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Drehmomentenmessanordnung besteht darin, dass die Torsionsscheibe bei geeigneter Materialauswahl über eine lange Lebensdauer konstante invers-magnetostriktive Eigenschaften aufweist, die kontinuierliche und langzeitstabile Messergebnisse erlauben.
Die Torsionsscheibe ist bevorzugt einzeln zwischen den beiden Maschinenelementen montiert, so dass im Bedarfsfall die einzelnen Komponenten ersetzbar sind. Die erfindungsgemäße Drehmomentenmessanordnung ist somit über einen langen Zeitraum robust im Einsatz, einfach zu montieren und zu demontieren und häufig preiswerter herzustellen als bisher bekannte Systeme zur Drehmomentenmessung an rotierenden Maschinenelementen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer zusammengebauten
Drehmomentenmessanordnung;
Fig. 2 eine explodierte Darstellung der Drehmomentenmessanordnung;
Fig. 1 zeigt beispielhaft eine erfindungsgemäße Drehmomentenmessanordnung 01 in geschnittener Ansicht, während Fig. 2 eine explodierte Darstellung dieser
Drehmomentenmessanordnung zeigt. Die Drehmomentenmessanordnung 01 umfasst ein antreibendes Maschinenelement in Form einer Antriebswelle 02, insbesondere eines Fahrzeugs und ein angetriebenes Maschinenelement in Form eines rotierbaren Innenrings 03 eines Radlagers 12. Die Antriebswelle 02 und der rotierbare Innenring 03 sind axial zueinander ausgerichtet und um eine gemeinsame Rotationsachse 04 rotierbar. Das Radlager 12 umfasst in bekannter Weise einen stationären Außenring 13 und Wälzkörper 14. Die Drehmomentenmessanordnung 01 dient zur Messung eines Drehmomentes, welches bei üblichem Betrieb durch wirkende Beschleunigungs- oder Bremskräfte zwischen der Antriebswelle 02 und dem Innenring 03 auftreten. Gleichzeitig wird die normale Funktion des Radlagers unverändert aufrechterhalten.
Axial zwischen dem antreibenden Maschinenelement bzw. der Antriebswelle 02 und dem angetriebenen Maschinenelement bzw. dem Innenring 03, ist eine
Torsionsscheibe 05 angeordnet. Die Torsionsscheibe 05 rotiert gemeinsam mit den beiden Maschinenelementen ebenfalls um die Rotationsachse 04. Die
Torsionsscheibe 05 dient zur Übertragung auftretender Drehmomente von dem antreibenden Maschinenelement 02 an das angetriebene Maschinenelement 03. Bei auftretenden Drehmomenten entstehen in der Torsionsscheibe 05 mechanische Spannungen, die zu einer Torsion der Torsionsscheibe 05 führen. In abgewandelten Ausführungen kann die Torsionsscheibe auch anders geformt sein, angepasst an die konkrete Einbausituation und mit dem Ziel, ein optimales Messergebnis zu erzielen.
Ein Verbindungselement, das bevorzugt als eine Schraube 06 gebildet ist, dient zum axialen Verspannen der Torsionsscheibe 05 mit dem antreibenden 02 und dem angetriebenen Maschinenelement 03. Die Schraube 06 ist zur Aufnahme axialer
Kräfte ausgebildet und koaxial zur Rotationsachse 04 durch eine Durchgangsöffnung 07 des angetriebenen Maschinenelementes 03 und durch eine
Torsionsscheibendurchgangsöffnung 08 der Torsionsscheibe 05 geführt. Das antreibende Maschinenelement 02 weist eine koaxial angeordnete und zylindrisch ausgeformte Führungsfläche 09 auf. Die Führungsfläche 09 dient zur Lagerung und Führung der Torsionsscheibe 05 und zumindest zur teilweisen
Aufnahme der Schraube 06 in einem koaxial zur Führungsfläche 09 angeordneten Innengewinde. Anstelle der Schraube 06 können andere Verbindungsart ausgewählt werden.
Weiterhin zeigt die Fig. 2 die Seitenflächen der Torsionsscheibe 05, die am
antreibenden Maschinenelement 02 bzw. am angetriebenen Maschinenelement 03 zur Anlage kommen. Um eine möglichst schlupffreie Übertragung der Drehmomente zu gestatten wird eine kraft- und/oder formschlüssige Verbindung durch
Kopplungsmittel erzeugt, die im dargestellten Beispiel als ineinandergreifende
Stirnverzahnung 10 ausgebildet sind. Die Stirnverzahnung 10 erstreckt sich in radialer Richtung umlaufend über die Flächen der Maschinenelemente 02, 03 und dazu komplementär über die Seitenflächen der Torsionsscheibe 05.
Diese als Stirnverzahnung 10 auf den Oberflächen ausgebildeten Kopplungsmittel sind nur beispielhaft genannt. Andere Kopplungsmittel, wie Stifte, Bolzen u.ä. kann der Fachmann auswählen und an die erforderlichen Bedingungen, insbesondere die zu übertragenden Drehmomente anpassen.
Durch die invers-magnetostriktiven Eigenschaften der Torsionsscheibe 05 kommt es in Folge von Torsion zu einer Änderung eines Magnetfeldes. Im einfachsten Fall wird das Magnetfeld von der Torsionsscheibe 05 selbst bereitgestellt, wenn diese als Permanentmagnet ausgebildet ist. Alternativ ist ein externer Magnet (nicht gezeigt) bereitgestellt, in dessen Magnetfeld die Torsionsscheibe rotiert. Die
Magnetfeldänderung ist durch einen Magnetfeldsensor 1 1 messbar. In dem gezeigten Beispiel ist der Magnetfeldsensor 1 1 radial beabstandet von einer äußeren
Umfangsfläche der Torsionsscheibe 05 und in dem von der Torsionsscheibe 05 beeinflussbaren Magnetfeld positioniert.
Bezugszeichenliste Drehmomentenmessanordnung
antreibendes Maschinenelement / Antriebswelle angetriebenes Maschinenelement / Innenring Rotationsache
Torsionsscheibe
Verbindungselement / Schraube
Durchgangsöffnung
Torsionsscheibendurchgangsöffnung
Führungsfläche
Kopplungsmittel / Stirnverzahnung
Magnetfeldsensor
Radlager
Außenring
Wälzkörper

Claims

Patentansprüche
Drehmomentenmessanordnung (01 ) umfassend:
- ein antreibendes (02) und ein angetriebenes Maschinenelement (03), die um eine gemeinsame Rotationsachse (4) rotierbar sind;
- eine Torsionsscheibe (05) aus einem Material mit invers-magnetostriktiven Eigenschaften, welche um die Rotationsachse rotierbar ist, axial zwischen den beiden Maschinenelementen (02, 03) angeordnet und mit diesen kraft-, stoff- und/oder formschlüssig verbunden ist, um ein Drehmoment zwischen diesen beiden Maschinenelementen (02, 03) zu übertragen;
- einen Magnetfeldsensor (1 1 ), welcher innerhalb eines von der
Torsionsscheibe (05) beeinflussbaren Magnetfeldes positioniert ist, um die Magnetfeldänderung zu erfassen, die durch Torsion der Torsionsscheibe (05) hervorgerufen wird, wenn das Drehmoment auf die Torsionsscheibe (05) einwirkt.
Drehmomentenmessanordnung (01 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsscheibe (05) durch Kopplungsmittel (10) mit dem antreibenden Maschinenelement (02) und/oder dem angetriebenen Maschinenelement (03) verbunden ist, wobei die Kopplungsmittel (10) ausgewählt sind aus der folgenden Gruppe:
- Flächen mit Stirnradverzahnung;
- Flächen mit Passfeder-Nut-Verbindung;
- Stifte;
- Bolzen;
- Niete.
Drehmomentenmessanordnung (01 ) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetfeldsensor (1 1 ) berührungslos zur
Torsionsscheibe (05) platziert ist, vorzugsweise gegenüberliegend zur äußeren Umfangsfläche der Torsionsscheibe (05).
4. Drehmomentenmessanordnung (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsscheibe (05) ringförmig ausgebildet ist und eine axiale Torsionsscheibendurchgangsöffnung (08) aufweist.
5. Drehmomentenmessanordnung (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Torsionsscheibe (05) aus einem ferro- und/oder ferrimagnetischen Stoff, vorzugsweise aus 35NiCrMo16, gebildet ist.
6. Drehmomentenmessanordnung (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das antreibende Maschinenelement als eine Antriebswelle (02), und das angetriebene Maschinenelement als ein rotierendes Teil eines Lagers, vorzugsweise als Innenring (03) eines Radlagers (12), ausgebildet ist.
7. Drehmomentenmessanordnung (01 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass an der Antriebswelle (02) eine koaxiale zylindrische Führungsfläche (09) ausgebildet ist, auf welcher die Torsionsscheibe (05) gelagert ist.
8. Drehmomentenmessanordnung (01 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Verbindungselement (06) koaxial zur Rotationsachse (04) durch eine Durchgangsöffnung (07) im Innenring (03) des Radlagers sowie durch die Torsionsscheibe (05) verläuft und an der Antriebswelle (02) koaxial befestigt ist, um diese drei Teile axial miteinander zu verspannen.
9. Drehmomentenmessanordnung (01 ) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungselement eine Schraube (06) ist, die in ein koaxial an der Antriebswelle (02) angeordnetes Innengewinde eingeschraubt ist.
10. Drehmomentenmessanordnung (01 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie integraler Bestandteil eines Radlagers an einem Kraftfahrzeug ist.
PCT/DE2017/100711 2016-09-20 2017-08-24 Drehmomentenmessanordnung WO2018054421A1 (de)

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