WO2023208964A1 - Drehmoment-messkupplung - Google Patents

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WO2023208964A1
WO2023208964A1 PCT/EP2023/060857 EP2023060857W WO2023208964A1 WO 2023208964 A1 WO2023208964 A1 WO 2023208964A1 EP 2023060857 W EP2023060857 W EP 2023060857W WO 2023208964 A1 WO2023208964 A1 WO 2023208964A1
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WO
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sleeve
torque
measuring
coil
coil ring
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/060857
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English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Reichle
Frank Timmler
Christoph Dropmann
Original Assignee
Chr. Mayr Gmbh + Co. Kg
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Publication date
Application filed by Chr. Mayr Gmbh + Co. Kg filed Critical Chr. Mayr Gmbh + Co. Kg
Publication of WO2023208964A1 publication Critical patent/WO2023208964A1/de

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/108Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving resistance strain gauges

Definitions

  • the invention relates to a torque measuring clutch which is suitable for transmitting torque and for measuring it and for adapting it into a drive train.
  • the torque measuring coupling consists of a strain measuring sleeve and preferably two torsionally rigid, flexible shaft couplings.
  • the strain measuring sleeve has the task of measuring the torque-proportional surface strain using strain gauges. The expansion is then converted into a torque.
  • the shaft couplings are used to adapt the torque measuring coupling to the drive train and to compensate for any axial, angular and lateral displacements.
  • Such torque measuring clutches are used in industrial applications for monitoring and measuring the torque in drive trains.
  • strain gauges in the area of the tapered cross section and on the spring elements described enables precise measurement even when the shaft axes are displaced relative to one another. What can be considered a disadvantage of this design is that a large number of strain gauges and spring elements are required, which leads to high costs. Furthermore, the filigree spring elements and the strain gauges applied to them are not protected from any damaging mechanical influences from outside. The design of the connection of the strain measuring sleeve is largely left open. [004] EP 1 074 826 B1 also describes a strain measuring sleeve, which is intended to achieve a high level of measurement accuracy through its design and the use of shear force sensors.
  • the shear force transducers should be attached either to the outside diameter or to the inside diameter. It is further described that one of the flanges is designed as a closed part without a through hole. The application of the shear force transducers on the inner diameter is more complex due to the poorer accessibility and therefore involves higher costs. Furthermore, due to the closed design of one of the flanges, no axial passage through the strain measuring sleeve is possible. In addition, the areas with the elements intended for torque measurement are not protected from external influences.
  • DE 101 14 338 B4 also describes a torque measuring coupling, which describes a specially designed adaptation flange, which serves as a link from the strain measuring sleeve to the shaft coupling.
  • the adaptation flange is intended to reduce parasitic forces caused by shaft displacement, which act on the strain measuring sleeve and reduce the measurement accuracy.
  • the disadvantage of the described embodiment is that the design of the adaptation flange is associated with high manufacturing costs. Furthermore, the strain measuring sleeve is almost completely open, so that its areas for torque measurement are not protected from external influences.
  • the object of the present invention is to design a torque measuring coupling in such a way that it is cost-effective and suitable for use for process monitoring in industrial applications and is correspondingly robust. Furthermore, a simple shaft connection and an axial feedthrough through the torque measuring coupling should be possible.
  • the torque measuring clutch is composed of several components.
  • the central component is the strain measuring sleeve, which in turn has an expansion sleeve.
  • the expansion sleeve has a sectionally tapered cross section, referred to as a sleeve section, along its axial extent. If a torque is transmitted with the torque measuring coupling, it occurs in the range of tapered sleeve section to the greatest elastic deformation, which is recorded and measured by the strain gauges applied to the outer diameter in the area of the sleeve section.
  • the expansion sleeve has a flange shape at the end of its axial extent, which is suitable for connecting a disk pack.
  • the flange shape has alternating recesses and threaded holes on the end face on a pitch circle in the circumferential direction, each with a radius depression.
  • the expansion sleeve is designed with threaded holes on the front side with a smaller pitch circle than that of the disk pack.
  • the expansion sleeve is also provided with a pin on this side, which serves for centering.
  • a flange is centered over this pin and is firmly connected to the expansion sleeve using fastening screws.
  • This flange also has threaded holes with reduced radii and recesses that are suitable for connecting the disk pack.
  • both the expansion sleeve and the flange can be designed with bores without radii countersinks, which are suitable for direct screwing to another component, without intermediate disk packs.
  • one or both contact surfaces can be subjected to a blasting treatment, which leads to an increase in the transferable torques.
  • a washer that has increased surface roughness and thus increases the transferable torques of this flange connection can also be used.
  • a coil ring which is preferably made of a plastic, a fiber-reinforced material or an aluminum alloy, is pressed onto the expansion sleeve or glued to it.
  • the coil ring has an inner diameter that is smaller than the outer diameter of the flange, which is connected to the expansion sleeve.
  • the coil ring performs several functions, although it is not involved in torque transmission.
  • the coil ring serves to hold a protective tube, which is provided with an absorber film on its outer diameter in the area of the coil ring.
  • the protective tube is pressed onto a holder in the coil ring or glued to it. On the other side of the protective tube, it projects axially into a tube holder in the expansion sleeve.
  • the protective tube is embedded in a substantially U-shaped plastic or rubber ring or a ring made of another sealing material.
  • the protective tube does not transmit any torque. It serves as contact protection and, in combination with the pipe holder, as a seal for the strain gauges. So they are Strain gauges protected from contact and contamination.
  • the protective tube is preferably made of an aluminum alloy, a plastic or a fiber-reinforced material.
  • the coil ring serves as a carrier for a magnetic coil, which is firmly embedded in the coil ring by means of a casting compound and sealed with it.
  • the magnetic coil is in turn electrically connected to a circuit board, which is also embedded and sealed in the coil ring using a casting compound.
  • the circuit board can initially be pre-assembled using expanding rivets made of plastic during the assembly process.
  • the magnetic coil is used to supply energy to the circuit board.
  • the circuit board is in turn connected to the strain gauges.
  • the coil ring is provided with at least one recess on the inner diameter, which serves as a cable feedthrough.
  • a stator is located radially spaced at the height of the coil ring.
  • the radial distance between the coil ring and the stator is preferably 1 mm to 10 mm.
  • the stator contains a magnetic circuit that is suitable for inductive energy transfer to the coil in the coil ring.
  • the circuit board contains a voltage regulator to supply energy to the strain gauges.
  • the circuit board also contains a controller, which is used to process the signals that are transmitted from the strain gauges to the circuit board. The processed signals are then sent wirelessly to the stator.
  • the board can also have an acceleration sensor, which can preferably record accelerations in 3 axes.
  • the torque measuring coupling can also be used to monitor and measure vibrations and rotational accelerations.
  • the strain measuring sleeve can be screwed to a plate pack on one or both sides.
  • the plate pack is composed of at least one plate, which has several equally spaced holes on a pitch circle. The holes are alternately provided with collar bushings and rings. These serve as centering devices for the alternate screwing of the plate packs to the strain gauge sleeve and to the hubs.
  • each hub together with the disk pack and the strain measuring sleeve, creates an articulated shaft coupling, which is designed to be torsionally rigid but axially elastic and flexurally elastic in the area of the respective disk package. In this way, axial, lateral and angular offsets between the shafts can be compensated for.
  • the hubs which can represent the link between the torque measuring coupling and the shafts, can be of different designs. It is important here that backlash-free connections to the shafts are used. In this way, torque surges caused by backlash can be avoided and the service life of the torque measuring coupling can be increased. Clamping ring hubs, clamping ring hubs, clamping hubs or shrink disk hubs are particularly suitable. Half-shell hubs or simple flange connections can also be used.
  • strain measuring sleeve in combination with or without a disk connection to an overload clutch, which then protects not only the drive train but also the torque measuring clutch from overload.
  • overload clutches Both releasing overload clutches and slipping clutches are suitable for this.
  • Wrap spring clutches, snap-in clutches or synchronous clutches can also be used for this purpose.
  • the small number of components and in particular the divisible structure of the strain measuring sleeve consisting of an expansion sleeve and a flange lead to a particularly cost-effective structure with less susceptibility to external influences.
  • the divisibility makes it possible to apply the strain gauges to the expansion sleeve early in the assembly process, while the outer diameter of the expansion sleeve is still easily accessible.
  • the coil ring including the protective tube which improves protection against external influences, placed on the expansion sleeve.
  • the protective tube can also be pre-assembled on the loose coil ring and the coil can be installed and cast. When the coil ring is not assembled, these steps can be implemented particularly easily and inexpensively.
  • the circuit board is pre-assembled and held in position using the expanding rivets.
  • the wiring can be carried out on the circuit board, i.e. its connection to the strain gauges and to the coil, before this is also potted. Only after these assembly steps is the flange connected to the expansion sleeve.
  • the strain measuring sleeve is then screwed to the plate packs and the hub flanges. [017] Any shaft misalignment can be compensated for by the single-jointed or double-jointed design of the torque measuring coupling with one or two disk packs.
  • one, two, three, but preferably 4 or more strain gauges are provided on the circumference of the expansion sleeve in the area of the sleeve section. By using multiple strain gauges, the measurement accuracy is again improved.
  • the strain gauges are located on the outer diameter of the expansion sleeve in the area of the sleeve section. These are protected from accidental contact or ingress of media by the expansion sleeve itself as well as by the protective tube and its seal through the tube holder. There are no strain gauges or wiring on the inner diameter of the expansion sleeve, so that, for example, wiring can be routed axially through the interior of the torque measuring coupling without endangering the function of the torque measuring coupling due to unintentional contact with the strain gauges.
  • the permissible speed of the coil ring is not restricted, or only limited to a small extent, compared to the permissible speed of the hubs and disk packs .
  • FIG. 1 Torque measuring clutch with a clamping ring hub and a clamping hub in full section as well as the full sections BB and CC of the hubs
  • a torque measuring clutch (1) is shown in full section. This consists of a strain measuring sleeve (1.1) and hubs (3) connected to it via lamella connections (2). In the form shown, the hubs (3) are designed as so-called clamping ring hubs, which form the link to the shaft ends, not shown.
  • the stator (4) is arranged at a radial distance (S) from the coil ring (1.4).
  • the hubs (3) are designed with a hub flange (3.1) towards the strain measuring sleeve (1.1), which is suitable for a lamella connection (2).
  • the clamping ring (3.3) is pulled onto the conical section of the clamping ring hub (3.2) using the clamping screws (3.4), so that the clamping ring hub (3.2) deforms elastically and tapers radially. In this way, the shaft ends (not shown) are clamped in the hubs (3) without play.
  • the plate connections (2) are created by alternately screwing the plate packs (2.1) to the hub flanges (3.1) and the strain measuring sleeve (1.1) as well as the flange (1.13) via the threaded holes with radii countersinks (1.18) provided for this purpose.
  • the strain measuring sleeve (1.1) is constructed in several parts and consists of an expansion sleeve (1.2) and a flange (1.13).
  • the expansion sleeve (1.2) is provided with threaded holes (1.14) and a pin (1.19) in the direction of the flange (1.13).
  • the flange (1.13) is centered on the pin (1.19) and screwed to the expansion sleeve (1.2) using the fastening screws (1.15).
  • a friction-increasing disk which is not shown in Figure 1, can be inserted between the components.
  • the coil ring (1.4) is firmly connected to the expansion sleeve (1.2).
  • the protective tube (1 .5) is in turn firmly connected to the coil ring (1 .4).
  • the protective tube (1 .5) projects axially into the tube receptacle (1 .6) of the expansion sleeve (1 .2).
  • the protective pipe (1 .5) is provided with a contact seal or is cast elastically.
  • strain gauges (1.12) are on the outer diameter of the expansion sleeve
  • the coil ring (1.4) has an inner diameter which is smaller than the outer diameter of the flange (1.13).
  • the coil ring (1 .4) is a closed and indivisible ring.
  • FIG. 1.1 the detailed section A from Figure 1 is shown, which shows details of the assembly of the coil ring.
  • the protective tube (1.5), which is firmly connected to the coil ring (1.4), has an absorber film (1.7) on its outer diameter in the area of the coil ring (1.4).
  • the circuit board (1.10), which was fixed in the coil ring (1.4) with expanding rivets (1.11) during the assembly process, is cast with a casting compound (1.9).
  • the coil (1.8) is also inserted into the coil ring (1 .4) and cast with the casting compound (1 .9).
  • the coil (1.8) is wired to the circuit board (1.10), which is not shown in Figure 1.1.
  • FIG. 1.2 the detailed section B from Figure 1 is shown, on which an exemplary slat connection (2) can be seen.
  • the disk pack (2.1) is screwed to the hub flange (3.1) with screws (2.5) and nuts (2.6).
  • the disk pack (2.1) is composed of at least one, but preferably two or more disks (2.2).
  • the slats (2.2) are free of play via the collar bushings
  • a torque measuring clutch (1) is also shown in full section together with the full sections B-B and C-C through the clamping hub (5) and the clamping ring hub (6).
  • the structure of the strain measuring sleeve (1.1) with the expansion sleeve (1.2), the flange (1.3), the coil ring (1.4) and the protective tube (1.5) does not differ from the structure described in Figure 1.
  • Figure 2 shows alternatives to the hubs (3) for connecting the torque measuring coupling (1) to the shaft ends.
  • a clamping hub (5) is connected to the strain measuring sleeve (1.1) via a lamella connection (2).
  • the clamping hub (5) has a clamping hub slot (5.1), which extends in sections through the clamping hub flange (5.4) in both the axial and radial directions.
  • clamping hub flange (5.4) has a clamping hub bore (5.3) with an internal thread. Under the Using the clamping hub screw (5.2), the clamping hub flange (5.4) can be elastically deformed so that the inner diameter of the clamping hub (5) tapers and so a shaft, which is not shown in Figure 2, is clamped in the clamping hub (5) without play.
  • a clamping ring hub (6) is shown on the right side of the torque measuring coupling (1).
  • This consists of a clamping ring hub flange (6.1), which is connected to the strain measuring sleeve (1.1) via a lamella connection (2), and a clamping ring (6.3).
  • the clamping ring hub flange (6.1) has at least one axially extending clamping ring hub slot (6.2).
  • a clamping ring (6.3) is placed on the clamping hub flange (6.1).
  • the clamping ring (6.3) is interrupted by a clamping ring slot (6.6).
  • At least one clamping ring bore (6.5) with an internal thread is arranged in the area of the clamping ring slot (6.6).

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Abstract

Die Erfindung beschreibt eine Drehmoment-Messkupplung, welche aus einem Stator, einer Dehnungsmesshülse und optional mit dieser per Lamellenanbindungen verbundenen Naben besteht. Die Drehmoment- Messkupplung ist zum Übertragen von Drehmoment, zum Ausgleich von Wellenversatz und zum Messen des übertragenen Drehmoments geeignet. Die Dehnungsmesshülse ist mehrteilig aufgebaut, wobei insbesondere die Dehnhülse von einem Spulenring radial umschlossen und formschlüssig mit einem Flansch verbunden ist. Hierbei weist der Spulenring einen Innendurchmesser auf, welcher kleiner ist als der Außendurchmesser des Flansches, und nimmt ein Schutzrohr auf.

Description

Drehmoment-Messkupplung
[001] Die Erfindung betrifft eine Drehmoment-Messkupplung welche zur Übertragung von Drehmoment sowie zum Messen desselben und zur Adaption in einen Antriebsstrang geeignet ist. Die Drehmoment- Messkupplung setzt sich hierbei aus einer Dehnungsmesshülse und vorzugsweise aus zwei drehsteifen, biegeelastischen Wellenkupplungen zusammen. Der Dehnungsmesshülse fällt die Aufgabe der Messung der drehmomentproportionalen Oberflächendehnung mittels Dehnungsmessstreifen zu. Die Dehnung wird dann in ein Drehmoment umgerechnet. Die Wellenkupplungen dienen zur Adaption der Drehmoment- Messkupplung an den Antriebsstrang sowie zum Ausgleich etwaiger axialer, winkliger und lateraler Verlagerungen.
[002] Derartige Drehmoment-Messkupplungen werden in industriellen Anwendungen zur Überwachung und Messung des Drehmoments in Antriebssträngen eingesetzt.
[003] Aus dem Stand der Technik ist die Patentanmeldung DE 102017 004 680 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Dehnungsmesshülse, welche für eine genaue Drehmomentmessung per Dehnungsmessstreifen geeignet ist.
Durch die Anordnung dieser Dehnungsmessstreifen im Bereich des verjüngten Querschnitts sowie auf den beschriebenen Federelementen wird eine genaue Messung auch bei einer Verlagerung der Wellenachsen zueinander ermöglicht. Es kann an dieser Konstruktion als nachteilig betrachtet werden, dass eine Vielzahl an Dehnungsmessstreifen und Federelementen benötigt werden, was zu hohen Kosten führt. Weiter sind die filigran ausgeführten Federelemente sowie die darauf applizierten Dehnungsmessstreifen nicht vor etwaig schädigenden mechanischen Einflüssen von außen geschützt. Die Gestaltung der Anbindung der Dehnungsmesshülse wird weitgehend offengelassen. [004] In der EP 1 074 826 B1 wird ebenfalls eine Dehnungsmesshülse beschrieben, welche durch ihre Gestaltung und die Verwendung von Scherkraftmesswertaufnehmern eine hohe Messgenauigkeit erreichen soll. Die Scherkraftmesswertaufnehmer sollen in Bereichen mit einer reduzierten Wandstärke wahlweise am Außendurchmesser oder am Innendurchmesser angebracht sein. Weiter ist beschrieben, dass einer der Flansche als geschlossenes Teil ohne Durchgangsbohrung ausgebildet ist. Die Applikation der Scherkraftmesswertaufnehmer am Innendurchmesser ist auf Grund der schlechteren Zugänglichkeit aufwändiger und somit mit höheren Kosten verbunden. Weiter ist durch die geschlossene Bauform eines der Flansche keine axiale Durchführung durch die Dehnungsmesshülse möglich. Außerdem sind die Bereiche mit den für die Drehmomentmessung vorgesehenen Elementen nicht vor Einflüssen von außen geschützt.
[005] Weiter wird in der DE 101 14 338 B4 eine Drehmoment-Messkupplung beschrieben, welche einen in besonderer Weise gestalteten Adaptionsflansch beschreibt, welcher als Bindeglied von der Dehnungsmesshülse zur Wellenkupplung dient. Der Adaptionsflansch soll durch eine Wellenverlagerung verursachte parasitäre Kräfte, welche auf die Dehnungsmesshülse wirken und die Messgenauigkeit herabsetzen, reduzieren. Nachteilig an der beschriebenen Ausführung ist, dass die Gestaltung des Adaptionsflanschs mit hohen Herstellungskosten verbunden ist. Weiter liegt die Dehnungsmesshülse fast vollständig offen, sodass deren Bereiche für die Drehmomentmessung nicht vor Einflüssen von außen geschützt sind.
[006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Drehmoment- Messkupplung so auszubilden, dass sie kostengünstig und für den Einsatz zur Prozessüberwachung in industriellen Anwendungen geeignet und entsprechend robust ist. Weiter sollen eine einfache Wellenanbindung sowie eine axiale Durchführung durch die Drehmoment-Messkupplung möglich sein.
[007] Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Hauptanspruchs und des Nebenanspruchs gelöst. Darüber hinaus sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen in den Unteransprüchen beschrieben.
[008] Die Drehmoment-Messkupplung setzt sich aus mehreren Komponenten zusammen. Zentraler Bestandteil ist die Dehnungsmesshülse, welche wiederum eine Dehnhülse aufweist. Die Dehnhülse verfügt über einen abschnittsweise verjüngten, als Hülsenabschnitt bezeichneten Querschnitt entlang ihrer axialen Erstreckung. Wird mit der Drehmoment- Messkupplung ein Drehmoment übertragen, so kommt es im Bereich des verjüngten Hülsenabschnitts zu der größten elastischen Deformation, welche von den am Außendurchmesser im Bereich des Hülsenabschnitts applizierten Dehnungsmessstreifen erfasst und gemessen wird. Einseitig weist die Dehnhülse am Ende ihrer axialen Erstreckung eine Flanschform auf, welche zur Anbindung eines Lamellenpakets geeignet ist. Die Flanschform weist hierfür stirnseitig auf einem Teilkreis in Umfangsrichtung abwechselnd Ausnehmungen und Gewindebohrungen mit jeweils einer Radiensenkung auf. Auf der anderen Seite ist die Dehnhülse mit Gewindebohrungen auf der Stirnseite mit einem kleineren Teilkreis als dem des Lamellenpakets ausgeführt. Ebenfalls ist die Dehnhülse auf dieser Seite mit einem Zapfen, welcher zur Zentrierung dient, versehen. Über diesen Zapfen ist ein Flansch zentriert welcher mittels Befestigungsschrauben mit der Dehnhülse fest verbunden ist. Auch dieser Flansch weist Gewindebohrungen mit Radiensenkungen sowie Ausnehmungen auf, die zur Anbindung des Lamellenpakets geeignet sind. Alternativ kann sowohl die Dehnhülse als auch der Flansch mit Bohrungen ohne Radiensenkungen ausgeführt sein, welche sich für eine direkte Verschraubung, ohne dazwischen liegende Lamellenpakte, an eine weitere Komponente eignen. Um die übertragbaren Drehmomente der Drehmoment-Messkupplung durch den kleineren Teilkreis der Flanschverbindung zwischen der Dehnhülse und dem Flansch im Vergleich zum Teilkreis der Lamellenpakete nicht reduzieren zu müssen, kann eine oder beide Berührflächen einer Strahlbehandlung unterzogen werden, welche zu einer Steigerung der übertragbaren Drehmomente führt. Alternativ kann auch eine Scheibe, welche eine erhöhte Oberflächenrauigkeit aufweist und so die übertragbaren Drehmomente dieser Flanschverbindung steigert, eingesetzt werden.
[009] Darüber hinaus ist ein Spulenring, welcher vorzugsweise aus einem Kunststoff, einem faserverstärkten Material oder aus einer Aluminiumlegierung gefertigt ist, auf die Dehnhülse aufgepresst oder mit dieser verklebt. Hierbei weist der Spulenring einen Innendurchmesser auf, welcher kleiner ist als der Außendurchmesser des Flansches, welcher mit der Dehnhülse verbunden ist. Der Spulenring übernimmt mehrere Funktionen, wobei er nicht an der Drehmomentübertragung beteiligt ist. Der Spulenring dient zur Aufnahme eines Schutzrohrs, welches an dessen Außendurchmesser im Bereich des Spulenrings mit einer Absorberfolie versehen ist. Das Schutzrohr ist auf eine Aufnahme im Spulenring aufgepresst oder mit dieser verklebt. Auf der anderen Seite des Schutzrohrs ragt dieses axial in eine Rohraufnahme der Dehnhülse hinein. In der Rohraufnahme ist das Schutzrohr in einem im wesentlichen U-förmigen Kunststoff oder Gummiring oder einem Ring aus einem anderen Dichtungsmaterial eingebettet. Das Schutzrohr überträgt kein Drehmoment. Es dient als Berührschutz und in Kombination mit der Rohraufnahme als Abdichtung für die Dehnungsmessstreifen. Somit sind die Dehnungsmessstreifen vor Berührungen und vor Verunreinigungen geschützt. Das Schutzrohr ist vorzugsweise aus einer Aluminiumlegierung, einem Kunststoff oder einem faserverstärkten Material gefertigt.
[010] Weiter dient der Spulenring als Träger für eine Magnetspule, welche mittels einer Vergussmasse fest in den Spulenring eingebettet und mit dieser abgedichtet ist. Die Magnetspule ist wiederum elektrisch mit einer Leiterplatte verbunden, welche ebenfalls mittels einer Vergussmasse in den Spulenring eingebettet und abgedichtet ist. Für eine einfachere Montage kann die Leiterplatte im Zuge des Montagevorgangs zunächst über Spreiznieten aus einem Kunststoff vormontiert sein. Die Magnetspule dient zur Energieversorgung der Leiterplatte. Die Leiterplatte ist wiederum mit den Dehnungsmessstreifen verbunden. Zu diesem Zweck ist der Spulenring mit mindestens einer Ausnehmung am Innendurchmesser versehen, welche als Kabeldurchführung dient.
[011 ] Radial beabstandet befindet sich auf der Höhe des Spulenrings ein Stator. Der radiale Abstand zwischen Spulenring und Stator beträgt vorzugsweise 1 mm bis 10 mm. Der Stator beinhaltet einen magnetischen Kreis, welcher zur induktiven Energieübertragung in die Spule im Spulenring geeignet ist. Darüber hinaus befindet sich im Stator ein Funkempfänger zum Empfangen von Daten, welche von der Leiterplatte übertragen werden. Die Daten können aus dem Stator als analoges Signal und/oder als digitales Signal per Ethernet Anschluss ausgelesen werden. Auch drahtlose Verbindungen per Wireless-LAN oder Bluetooth sind möglich.
[012] Die Leiterplatte beinhaltet einen Spannungsregler zur Energieversorgung der Dehnungsmessstreifen. Weiter beinhaltet die Leiterplatte einen Controller, welcher zur Aufbereitung der Signale dient, welche von den Dehnungsmessstreifen an die Leiterplatte übertragen werden. Die aufbereiteten Signale werden dann per Funk an den Stator gesendet. Darüber hinaus kann die Platine auch einen Beschleunigungssensor aufweisen, welcher vorzugsweise Beschleunigungen in 3 Achsen aufnehmen kann. So können mit der Drehmoment- Messkupplung neben dem übertragenen Drehmoment auch Schwingungen und Drehbeschleunigungen überwacht und gemessen werden.
[013] In axialer Richtung kann die Dehnungsmesshülse einseitig oder beidseitig mit einem Lamellenpaket verschraubt sein. Das Lamellenpaket, setzt sich aus jeweils mindestens einer Lamelle, welche auf einem Teilkreis mehrere gleich beabstandete Bohrungen aufweist, zusammen. Die Bohrungen sind wechselseitig mit Bundbuchsen und Ringen versehen. Diese dienen als Zentrierungen für die wechselseitige Verschraubung der Lamellenpakete mit der Dehnungsmesshülse und mit den Naben. In dieser Konstellation ergibt jede Nabe zusammen mit dem Lamellenpaket und der Dehnungsmesshülse eine gelenkige Wellenkupplung, welche im Bereich des jeweiligen Lamellenpakts drehsteif aber axial elastisch und biegeelastisch ausgeführt sind. So kann ein axialer, lateraler und winkliger Versatz zwischen den Wellen ausgeglichen werden.
[014] Die Naben, welche das Bindeglied zwischen der Drehmoment- Messkupplung und den Wellen darstellen können, können von unterschiedlicher Bauform sein. Wichtig hierbei ist, dass spielfreie Anbindungen an die Wellen verwendet werden. So können durch Spiel verursachte Drehmomentstöße vermieden und die Lebensdauer der Drehmoment-Messkupplung erhöht werden. Besonders gut geeignet sind Spannringnaben, Klemmringnaben, Klemmnaben oder Schrumpfscheibennaben. Ebenfalls verwendbar sind Halbschalennaben oder einfache Flanschverbindungen.
[015] Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich, die Dehnungsmesshülse in Kombination mit oder auch ohne einer Lamellenanbindung mit einer Überlastkupplung zu verbinden, welche dann nicht nur den Antriebsstrang, sondern auch die Drehmoment-Messkupplung vor einer Überlastung schützt. Hierfür sind sowohl freischaltende Überiastkupplungen als auch Rutschkupplungen geeignet. Ebenfalls können hierfür auch Schlingfederkupplungen, Durchrastkupplungen oder Synchronkupplungen verwendet werden.
[016] Die geringe Anzahl an Bauteilen und insbesondere der teilbare Aufbau der aus Dehnhülse und Flansch bestehenden Dehnungsmesshülse führen zu einem besonders kostengünstigen Aufbau bei geringerer Anfälligkeit gegenüber äußeren Einflüssen. Die Teilbarkeit ermöglicht es, die Dehnungsmessstreifen im Montageprozess frühzeitig auf die Dehnhülse zu applizieren, während der Außendurchmesser der Dehnhülse noch gut zugänglich ist. Erst zu einem späteren Zeitpunkt wird der Spulenring samt Schutzrohr, das den Schutz vor äußeren Einflüssen verbessert, auf der Dehnhülse angeordnet. Ebenso können vorab am losen Spulenring bereits das Schutzrohr vormontiert und die Spule eingebaut und vergossen werden. Im nicht montierten Zustand des Spulenrings sind diese Schritte besonders einfach und kostengünstig umsetzbar. Im Anschluss, wenn der Spulenring auf der Dehnhülse angebracht ist, wird die Leiterplatte vormontiert und mit Hilfe der Spreiznieten in Position gehalten. In diesem Stadium kann die Verdrahtung an der Leiterplatte, also deren Verbindung mit den Dehnungsmessstreifen und mit der Spule, vorgenommen werden, bevor diese ebenfalls vergossen wird. Erst nach diesen Montageschritten wird der Flansch mit der Dehnhülse verbunden. Danach erfolgt die Verschraubung der Dehnungsmesshülse mit den Lamellenpaketen und den Nabenflanschen. [017] Ein etwaiger Wellenversatz kann durch die eingelenkige oder zweigelenkige Ausführung der Drehmoment-Messkupplung mit einem oder zwei Lamellenpaketen ausgeglichen werden. Trotz dieses Ausgleichs kommt es zu resultierenden Reaktionskräften in der Dehnhülse, welche die Messgenauigkeit der Dehnungsmessstreifen beeinflussen. Um dem entgegen zu wirken sind am Umfang der Dehnhülse im Bereich des Hülsenabschnitts eine, zwei, drei, vorzugsweise jedoch 4 oder mehr Dehnungsmessstreifen vorgesehen. Durch die Verwendung von mehreren Dehnungsmessstreifen wird die Messgenauigkeit wiederum verbessert.
[018] Die Dehnungsmessstreifen befinden sich auf dem Außendurchmesser der Dehnhülse im Bereich des Hülsenabschnitts. Vor einer unbeabsichtigten Berührung oder vor eindringenden Medien sind diese durch die Dehnhülse selbst sowie durch das Schutzrohr und dessen Abdichtung durch die Rohraufnahme geschützt. Am Innendurchmesser der Dehnhülse befinden sich keine Dehnungsmessstreifen und keine Verkabelungen, so dass durch den Innenraum der Drehmoment-Messkupplung beispielsweise eine Verkabelung axial hindurchgeführt werden kann, ohne die Funktion der Drehmoment-Messkupplung durch eine unbeabsichtigte Berührung der Dehnungsmessstreifen zu gefährden.
[019] Da der Spulenring als geschlossener und nicht teilbarer Ring ausgeführt ist und auf Grund der eingesetzten Werkstoffe über ein verhältnismäßig geringes Massenträgheitsmoment verfügt, ist die zulässige Drehzahl des Spulenrings gegenüber der zulässigen Drehzahl der Naben und Lamellenpakete nicht, oder nur in einem geringen Maße einzuschränken.
[020] Es zeigen:
[021] Figur 1 Drehmoment-Messkupplung mit Spannringnaben im Vollschnitt
[022] Figur 1.1 Detailansicht der Lamellenanbindung im Vollschnitt
[023] Figur 1.2 Detailansicht des Spulenrings im Vollschnitt
[024] Figur 2 Drehmoment-Messkupplung mit einer Klemmringnabe und einer Klemmnabe im Vollschnitt sowie die Vollschnitte B-B und C-C der Naben [025] In Figur 1 ist eine Drehmoment-Messkupplung (1 ) im Vollschnitt dargestellt. Diese setzt sich aus einer Dehnungsmesshülse (1.1 ) und mit dieser über Lamellenanbindungen (2) verbundene Naben (3) zusammen. In der dargestellten Form sind die Naben (3) als sogenannte Spannringnaben ausgeführt, welche das Bindeglied zu den nicht dargestellten Wellenenden bilden. Im radialen Abstand (S) zum Spulenring (1 .4) ist der Stator (4) angeordnet.
[026] Die Naben (3) sind zur Dehnungsmesshülse (1.1 ) hin mit einem Nabenflansch (3.1) ausgeführt, welcher für eine Lamellenanbindung (2) geeignet ist. Der Spannring (3.3) wird mit Hilfe der Spannschrauben (3.4) auf den konusförmigen Abschnitt der Spannringnabe (3.2) gezogen, so dass sich die Spannringnabe (3.2) elastisch deformiert und sich radial verjüngt. Auf diese Weise werden die nicht dargestellten Wellenenden in den Naben (3) spielfrei geklemmt.
[027] Die Lamellenanbindungen (2) entstehen durch eine wechselseitige Verschraubung der Lamellenpakete (2.1 ) mit den Nabenflanschen (3.1) und der Dehnungsmesshülse (1.1 ) sowie dem Flansch (1.13) über die dafür vorgesehenen Gewindebohrungen mit Radiensenkungen (1.18).
[028] Die Dehnungsmesshülse (1.1 ) ist mehrteilig aufgebaut und besteht aus einer Dehnhülse (1.2) und einem Flansch (1.13). Die Dehnhülse (1.2) ist in Richtung des Flansches (1 .13) mit Gewindebohrungen (1.14) und einem Zapfen (1.19) versehen. Der Flansch (1.13) ist auf dem Zapfen (1.19) zentriert und mit Hilfe der Befestigungsschrauben (1.15) mit der Dehnhülse (1.2) verschraubt. Um das übertragbare Drehmoment der Verbindung zwischen der Dehnhülse (1.2) und dem Flansch (1.13) zu erhöhen, kann zwischen den Bauteilen eine reibwertsteigernde Scheibe, welche in der Figur 1 nicht dargestellt ist, eingesetzt sein. Ebenfalls ist es möglich die Rauigkeit des Flansches (1.13) und / oder der Dehnhülse (1 .2) im Bereich der Berührfläche (1.16) im Zuge einer Oberflächenbearbeitung so zu modifizieren, dass sich ebenfalls ein höherer Reibbeiwert ergibt, welcher zu einem höheren übertragbaren Drehmoment führt.
[029] Der Spulenring (1 .4) ist fest mit der Dehnhülse (1.2) verbunden. Das Schutzrohr (1 .5) ist wiederum fest mit dem Spulenring (1 .4) verbunden. Auf der vom Spulenring (1 .4) abgewandten Seite der Dehnhülse (1 .2) ragt das Schutzrohr (1 .5) axial in die Rohraufnahme (1 .6) der Dehnhülse (1 .2) hinein. In der Rohraufnahme (1 .6) ist das Schutzrohr (1 .5) mit einer berührenden Abdichtung versehen oder elastisch vergossen.
[030] Das Schutzrohr (1 .5) zusammen mit der Rohraufnahme (1 .6), der Dehnhülse (1 .2) und dem Spulenring (1 .4) bilden somit einen vor Berührungen geschützten und abgedichteten Raum um den Außendurchmesser der Dehnhülse (1.2) im Bereich des Hülsenabschnitts
(1.3). In diesem Bereich des Hülsenabschnitts (1.3) sind die Dehnungsmessstreifen (1.12) auf dem Außendurchmesser der Dehnhülse
(1 .2) appliziert. Die Verkabelung der Dehnungsmessstreifen (1.12) mit der Leiterplatte (1.10), welche in Figur 1 nicht dargestellt ist, verläuft durch die Kabeldurchführung (1.20) des Spulenrings (1.4).
[031 ] Der Spulenring (1 .4) weist einen Innendurchmesser auf, welcher kleiner ist als der Außendurchmesser des Flansches (1.13). Darüber hinaus ist der Spulenring (1 .4) ein geschlossener und nicht teilbarer Ring.
[032] In Figur 1.1 ist der Detailausschnitt A aus Figur 1 dargestellt, welcher Einzelheiten der Baugruppe des Spulenrings darstellt. Das Schutzrohr (1.5), welches fest mit dem Spulenring (1 .4) verbunden ist, weist auf dessen Außendurchmesser im Bereich des Spulenrings (1.4) eine Absorberfolie (1.7) auf. Die Leiterplatte (1.10), welche im Zuge des Montageprozesses mit Spreiznieten (1.11 ) im Spulenring (1.4) fixiert wurde, ist mit einer Vergussmasse (1.9) vergossen. Die Spule (1.8) ist ebenfalls in den Spulenring (1 .4) eingesetzt und mit der Vergussmasse (1 .9) vergossen. Die Spule (1.8) ist mit der Leiterplatte (1.10) verdrahtet, was in der Figur 1.1 nicht dargestellt ist.
[033] In Figur 1.2 ist der Detailausschnitt B aus Figur 1 dargestellt, auf welchem eine exemplarische Lamellenanbindung (2) zu sehen ist. Das Lamellenpaket (2.1 ) ist mit Schrauben (2.5) und Muttem (2.6) mit dem Nabenflansch (3.1) verschraubt. Das Lamellenpaket (2.1 ) ist aus mindestens jeweils einer, vorzugsweise jedoch aus zwei oder mehr Lamellen (2.2) zusammengesetzt. Die Lamellen (2.2) sind spielfrei über die Bundbuchsen
(2.3) und die Ringe (2.4) miteinander verbunden.
[034] In Figur 2 ist ebenfalls eine Drehmoment-Messkupplung (1) im Vollschnitt dargestellt zusammen mit den Vollschnitten B-B und C-C durch die Klemmnabe (5) und die Klemmringnabe (6). Der Aufbau der Dehnungsmesshülse (1.1) mit der Dehnhülse (1 .2), dem Flansch (1 .3), dem Spulenring (1 .4) und dem Schutzrohr (1 .5) unterscheidt sich nicht vom beschriebenen Aufbau in Figur 1. In Figur 2 sind jedoch Alternativen zu den Naben (3) für die Anbindung der Drehmoment-Messkupplung (1 ) an die Wellenenden dargestellt. Auf der linken Seite ist eine Klemmnabe (5) über eine Lamellenanbindung (2) mit der Dehnungsmesshülse (1.1) verbunden. Die Klemmnabe (5) weist einen Klemmnabenschlitz (5.1 ) auf, welcher sich sowohl in axialer wie auch in radialer Richtung abschnittsweise durch den Klemmnabenflansch (5.4) erstreckt. Weiter weist der Klemmnabenflansch
(5.4) eine Klemmnabenbohrung (5.3) mit Innengewinde auf. Unter der Verwendung der Klemmnabenschraube (5.2) kann der Klemmnabenflansch (5.4) elastisch deformiert werden, so dass sich der Innendurchmesser der Klemmnabe (5) verjüngt und so eine Welle, welche in Figur 2 nicht dargestellt ist, spielfrei in der Klemmnabe (5) geklemmt wird.
Auf der rechten Seite der Drehmoment-Messkupplung (1) ist eine Klemmringnabe (6) dargestellt. Diese setzt sich aus einem Klemmringnabenflansch (6.1 ), welcher über eine Lamellenanbindung (2) mit der Dehnungsmesshülse (1.1 ) verbunden ist, sowie aus einem Klemmring (6.3) zusammen. Der Klemmringnabenflansch (6.1) weist mindestens einen sich axial erstreckenden Klemmringnabenschlitz (6.2) auf. Im Bereich des Klemmringnabenschlitzes (6.2) ist auf den Klemmnabenflansch (6.1 ) ein Klemmring (6.3) aufgesetzt. Der Klemmring (6.3) ist durch einen Klemmringschlitz (6.6) unterbrochen. Im Bereich des Klemmringschlitzes (6.6) ist mindestens eine Klemmringbohrung (6.5) mit Innengewinde angeordnet. Mit Hilfe der Klemmringschraube (6.4) kann der Klemmring (6.3) und mit diesem der Klemmringnabenflansch (6.1 ) elastisch verformt und somit verjüngt werden. Auf diese Weise kann eine in Figur 2 nicht dargestellte Welle spielfrei geklemmt werden.
Bezugszeichenliste:
A Wellenachse
S Abstand
1 Drehmoment-Messkupplung
1 .1 Dehnungsmesshülse
1.2 Dehnhülse
1.3 Hülsenabschnitt
1.4 Spulenring
1.5 Schutzrohr
1 .6 Rohraufnahme
1.7 Absorberfolie
1.8 Spule
1 .9 Vergussmasse
1.10 Leiterplatte
1.11 Spreizniet
1.12 Dehnungsmessstreifen
1.13 Flansch
1.14 Gewindebohrung
1.15 Befestigungsschraube
1.16 Berührfläche
1.17 Ausnehmung
1.18 Gewindebohrung mit Radiensenkung
1.19 Zapfen
1 .20 Kabeldurchführung
2 Lamellenanbindung
2.1 Lamellenpaket
2.2 Lamelle
2.3 Bundbuchse
2.4 Ring
2.5 Schraube
2.6 Mutter
3 Nabe
3.1 Nabenflansch
3.2 Spannringnabe
3.3 Spannring
3.4 Spannschraube
4 Stator 5 Klemmnabe
5.1 Klemmnabenschlitz
5.2 Klemmnabenschraube
5.3 Klemmnabenbohrung
5.4 Klemmnabenflansch
6 Klemmringnabe
6.1 Klemmringnabenflansch
6.2 Klemmringnabenschlitz
6.3 Klemmring
6.4 Klemmringschraube
6.5 Klemmringbohrung
6.6 Klemmringschlitz

Claims

Patentansprüche
Anspruch 1
Drehmoment-Messkupplung (1 ) bestehend aus einem Stator (4) und einer drehmomentübertragenden Dehnungsmesshülse (1.1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmesshülse (1.1 ) mehrteilig aus einer Dehnhülse (1.2) und einem daran befestigten Flansch (1.13) aufgebaut ist, wobei ein Spulenring (1.4) die Dehnhülse (1.2) axial abschnittsweise und radial umschließt und hierbei einen Innendurchmesser aufweist, welcher geringer als der Außendurchmesser des Flansches (1.13) ist, und wobei der Spulenring (1.4) ein Schutzrohr (1.5) aufnimmt.
Anspruch 2
Drehmoment-Messkupplung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Dehnungsmesshülse (1.1 ) einseitig oder beidseitig über eine Lamellenanbindung (2) mit einer Nabe (3, 5, 6) verbunden ist.
Anspruch 3
Drehmoment-Messkupplung (1 ) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenring (1.4) aus einer Aluminiumlegierung oder aus einem Kunststoff oder aus einem faserverstärkten Material besteht.
Anspruch 4
Drehmoment-Messkupplung (1 ) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenring (1 .4) auf die Dehnhülse (1 .2) aufgepresst oder aufgeklebt ist.
Anspruch 5
Drehmoment-Messkupplung (1 ) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenring (1.4) ein geschlossener, nicht teilbarer Ring ist.
Anspruch 6
Drehmoment-Messkupplung (1 ) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenring (1 .4) als Träger für die Spule (1 .8) und für die Leiterplatte (1.10) dient.
Anspruch 7
Drehmoment-Messkupplung (1 ) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (1 .5) konzentrisch zur Dehnhülse (1 .2) zwischen dem Spulenring (1.4) und der Dehnhülse (1.2) angeordnet ist und dieses den Hülsenabschnitt (1.3) radial nach außen umschließt.
Anspruch 8
Drehmoment-Messkupplung (1 ) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzrohr (1 .5) zusammen mit einer Rohraufnahme (1.6) der Dehnhülse (1.2) und durch eine Vergussmasse (1 .9) im Spulenring (1.4) dicht abschließt, so dass keine flüssigen, staubförmigen oder viskosen Stoffe in den Raum zwischen dem Schutzrohr (1 .5) und der Dehnhülse (1.2) eindringen können.
Anspruch 9
Drehmoment-Messkupplung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drehsteife und biegeelastische Lamellenanbindung (2) zwischen den Naben (3, 5, 6) und der Dehnungsmesshülse (1.1) einen winkligen, lateralen und axialen Versatzausgleich ermöglicht.
Anspruch 10
Drehmoment-Messkupplung (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lamellenanbindung (2) zwischen den Naben (3, 5, 6) und der Dehnungsmesshülse (1.1 ) spielfrei ist.
Anspruch 11
Drehmoment-Messkupplung (1 ) nach mindestens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (1.10) einen Beschleunigungssensor beinhaltet, welcher zur Messungen von Schwingungen geeignet ist.
Anspruch 12
Verfahren zur Montage einer Drehmoment-Messkupplung (1 ) bestehend aus einem Stator (4) und einer drehmomentübertragenden Dehnungsmesshülse (1.1 ), dadurch gekennzeichnet, dass zunächst das Schutzrohr (1.5) mit dem Spulenring (1.4) verbunden wird, dass anschließend die Spule (1.8) in den Spulenring (1.4) eingefügt und mit der Vergussmasse (1 .9) vergossen wird, dass erst anschließend der Spulenring (1.4) auf der Dehnhülse (1.2) positioniert wird, woraufhin die Leiterplatte (1.10) in den Spulenring (1.4) eingebracht und mit der Spule (1.8) und den Dehnungsmessstreifen (1.12) verdrahtet wird, bevor auch die Leiterplatte (1.10) mit der Vergussmasse (1 .9) vergossen wird, und dass anschließend der Flansch (1.13) drehmomentübertragend mit der Dehnungsmesshülse (1.2) verbunden wird.
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