DE1148777B

DE1148777B - Device for measuring the torque transmitted by a shaft

Info

Publication number: DE1148777B
Application number: DEC24138A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Claus Kalweit
Original assignee: Continental Elektronidustrie AG
Current assignee: Continental Elektronidustrie AG
Priority date: 1961-05-18
Filing date: 1961-05-18
Publication date: 1963-05-16

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Messung des von einer Welle übertragenen Dehmomentes durch Messung eines an der Welle auftretenden Torsionswinkels, bestehend aus zwei im Abstand voneinander angeordneten, an der Welle befestigten und mit Öffnungen versehenen Blenden, die ein von einer Lichtquelle ausgehendes Lichtbündel modulieren, und einem von dem modulierten Lichtstrom beaufschlagten lichtempfindlichen Element, bei der durch Drehung beider Blenden g&- geneinander infolge einer Torsion der Welle am lichtempfindlichen Element Impulse mit im wesentlichen rechteckiger Impulsform, deren Breite dem Torsionswinkel der Welle proportional ist, erzeugt werden und bei der ferner die durch das lichtempfindliche Element erzeugte Impulsfolge nach Verstärkung einer Meßvorrichtung zur Ermittlung des Mittelwertes des der Impulsfolge entsprechenden Stroms zugeführt ist.The present invention relates to a device for measuring the transmitted from a shaft Torque by measuring one of the Shaft occurring torsion angle, consisting of two spaced apart, on the Shaft fastened and provided with apertures, the one emanating from a light source Modulate light bundles, and a light-sensitive one acted upon by the modulated luminous flux Element in which both diaphragms g & - against each other due to a torsion of the shaft on the light-sensitive Element pulses with an essentially rectangular pulse shape, the width of which corresponds to the torsion angle the wave is proportional to be generated and in addition, the through the photosensitive Element generated pulse sequence after amplification of a measuring device to determine the mean value of the current corresponding to the pulse train is supplied.

Vorrichtungen der vorgenannten Art sind bereits bekannt. Diese Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß sich der Mittelwert des der Impulsfolge entsprechenden Stroms auch in Abhängigkeit von der Stärke des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstroms ändert, da der Mittelwert nicht allein durch die Breite der einzelnen Impulse, sondern auch durch ihre Amplitude bestimmt wird. Es muß also dafür gesorgt werden, daß die Lichtquelle immer einen gleich großen Lichtstrom aussendet. Dies ist jedoch nur durch umständliche Anordnungen zur Stabilisierung der die Lichtquelle versorgenden Spannung möglich. Bei einer mit einer stabilisierten Spannungsquelle versehenen Einrichtung können immer noch Fehler auftreten, deren Ursache in den Veränderungen der Lichtquelle selbst und in den Veränderungen, denen das lichtempfindliche Element unterworfen ist, zu suchen ist.Devices of the aforementioned type are already known. These devices have the disadvantage on that the mean value of the current corresponding to the pulse train also depends on the The strength of the luminous flux emanating from the light source changes because the mean value does not come through alone the width of the individual pulses, but also is determined by their amplitude. So it has to be for that it must be ensured that the light source always emits an equally large luminous flux. However, this is only by cumbersome arrangements to stabilize the voltage supplying the light source possible. In the case of a device provided with a stabilized voltage source, you can still Errors occur, the cause of which lies in the changes in the light source itself and in the changes to which the photosensitive element is subjected is to be sought.

Erfindungsgemäß lassen sich diese Nachteile dadurch vermeiden, daß zwischen dem lichtempfindlichen Element und der Anzeigevorrichtung Mittel zur Begrenzung der Amplitude der Impulse angeordnet sind.According to the invention, these disadvantages can be avoided in that between the photosensitive Element and the display device arranged means for limiting the amplitude of the pulses are.

Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß auf die Konstanthaltung des von der Lichtquelle ausgehenden Lichtstroms kein großer Wert gelegt zu werden braucht und daß die Veränderungen des lichtempfindlichen Elements sich nicht nachteilig auf die Messung auswirken.Such an arrangement has the advantage that the emanating from the light source is kept constant Luminous flux does not need to be placed great value and that the changes in the photosensitive element do not adversely affect the measurement.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Mittel zur Amplitudenbegrenzung im Meßkreis angeordnet werden, da dann auch die Veränderungen am Verstärker, die z. B. durch Schwankungen der Versor-Vorrichtung zur MessungIt is particularly advantageous if the means for limiting the amplitude are arranged in the measuring circuit because then the changes to the amplifier that z. B. by fluctuations in the supply device for measurement

des von einer Welle übertragenenof that transmitted by a wave

DrehmomentesTorque

Anmelder:Applicant:

Continental ElektroindustrieContinental electrical industry

Aktiengesellschaft Askania-Werke,Public company Askania-Werke,

Berlin-Mariendorf, Großbeerenstr. 2-10Berlin-Mariendorf, Großbeerenstr. 2-10

Dipl.-Ing. Claus Kaiweit, Opladen (RhId.),
ist als Erfinder genannt wordenDipl.-Ing. Claus Kaiweit, Opladen (RhId.),
has been named as the inventor

gungsspannungen hervorgerufen werden, ohne Einfluß auf die Messung bleiben.voltage voltages are caused without affecting the measurement.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens dargestellt, und zwar zeigtIn the drawing, an embodiment of the inventive concept is shown, namely shows

Fig. 1 die gesamte Vorrichtung in schematischer Darstellung undFig. 1 shows the entire device in a schematic representation and

Fig. 2 die Anordnung der Blendenscheiben bei der Vorrichtung nach Fig. 1.FIG. 2 shows the arrangement of the diaphragm disks in the device according to FIG. 1.

In Fig. 1 ist mit 1 eine Welle bezeichnet, die ein Drehmoment auf die Welle 2 überträgt. Zwischen beiden Wellen 1, 2 ist ein elastisches Verbindungsglied in Form einer Spiralfeder 3 vorgesehen. Die Spiralfeder ist mit ihrem einen Ende durch den Stift 4 an der Welle 1 und mit dem anderen Ende durch den Stift 4' an der Welle 2 befestigt. Mit den Wellen 1, 2 ist je eine Blendenscheibe 5, 6 fest verbunden. Die Blendenscheiben, deren Anordnung in Fig. 2 dargestellt ist, weisen ringförmige, konzentrisch zumDrehzentram der Wellen angeordnete Ausnehmungen 1, 8 auf.In FIG. 1, 1 denotes a shaft which transmits a torque to the shaft 2. An elastic connecting member in the form of a spiral spring 3 is provided between the two shafts 1, 2. One end of the spiral spring is fastened to the shaft 1 by the pin 4 and to the shaft 2 at the other end by the pin 4 '. A diaphragm disk 5, 6 is firmly connected to each of the shafts 1, 2. The diaphragm disks, the arrangement of which is shown in Fig. 2, have annular recesses 1, 8 arranged concentrically to the center of rotation of the shafts.

Mit 9 ist eine Lichtquelle bezeichnet, die über einen Kondensor 10 einen radial zu den Blendenscheiben ausgerichteten Spalt 11 beleuchtet. Der Spalt 11 wird auf die Blende 6 in dem Bereich der Ausnehmung 8 abgebildet. Der durch die Blendenscheibe 6 nicht abgedeckte Teil des Lichtbündels gelangt durch die Ausnehmung 7 der Blendenscheibe 5 über eine Linse 12 auf das lichtempfindliche Element 13.
Die beiden Blenden 5, 6 sind so zueinander ausgerichtet, daß, wenn kein Drehmoment von der Welle 1 auf die Welle 2 übertragen wird, die Ausnehmung der einen Blendenscheibe durch die andere Blenden-A light source is designated by 9, which illuminates a gap 11 aligned radially with respect to the diaphragm disks via a condenser 10. The gap 11 is mapped onto the diaphragm 6 in the region of the recess 8. The part of the light bundle not covered by the diaphragm disk 6 passes through the recess 7 of the diaphragm disk 5 via a lens 12 onto the photosensitive element 13.
The two diaphragms 5, 6 are aligned with one another so that, if no torque is transmitted from shaft 1 to shaft 2, the recess of one diaphragm disc through the other diaphragm

309 580/198309 580/198

scheibe völlig abgedeckt wird, so daß kein Licht das lichtempfindliche Element 13 trifft. Sobald jedoch ein Drehmoment von der Welle 1 auf die Welle 2 übertragen wird, werden proportional zur Größe des Drehmomentes die Blendenscheiben gegeneinander verdreht, so daß eine der Größe der Verdrehung proportionale Lichtmenge das lichtempfindliche Element trifft.disc is completely covered, so that no light light-sensitive element 13 hits. However, as soon as a torque is transferred from shaft 1 to shaft 2 is transmitted, the diaphragm discs are proportional to the size of the torque against each other twisted so that an amount of light proportional to the amount of twist the photosensitive element meets.

Die von dem lichtempfindlichen Element 13 erzeugten elektrischen Impulse sind, wie sich aus der Form der verwendeten Blendenscheiben ergibt, im wesentlichen Rechteckimpulse. Die Breite der Impulse hängt von dem Winkel α (vgl. Fig. 2) ab. Die Impulse werden in dem Verstärker 14 verstärkt und einem den Mittelwert des den Impulsen entsprechenden Stroms bildenden Meßkreis 15 zugeführt, der aus dem Kondensator 16, dem Widerstand 16', dem veränderlichen Widerstand 17 und dem Anzeigeinstrument 18 besteht. Durch eine Zenerdiode 19 wird die Amplitude der Impulse begrenzt. Auf diese Weise wird erreicht, daß auch bei Schwankungen des Lichtstroms der Lichtquelle 9 die Amplitude stets konstant bleibt. Bei größerer Umlauffrequenz der Wellen 1, 2 kann unter Umständen auf den Kondensator 16 verzichtet werden, so daß der Mittelwert von dem Instrument 18 auf Grund seiner Trägheit gebildet wird.The electrical pulses generated by the photosensitive element 13 are, as can be seen from the The shape of the diaphragm disks used results in essentially rectangular pulses. The breadth of the impulses depends on the angle α (see. Fig. 2). The pulses are amplified in the amplifier 14 and a measuring circuit 15 which forms the mean value of the current corresponding to the pulses and which is made up of the capacitor 16, the resistor 16 ', the variable resistor 17 and the indicating instrument 18 exists. The amplitude of the pulses is limited by a Zener diode 19. In this way What is achieved is that even with fluctuations in the luminous flux of the light source 9, the amplitude is always constant remain. If the rotation frequency of the shafts 1, 2 is higher, the capacitor 16 can be omitted, so that the mean value formed by the instrument 18 due to its inertia will.

Die Skala des Anzeigeinstrumentes 18 kann in Drehmomenten geeicht sein. Die Ablesegenauigkeit kann durch Unterteilung des gesamten Meßbereiches mit Hilfe des Widerstandes 17 gesteigert werden. Auch kann neben der oder an Stelle des Anzeigeinstrumentes 18 ein Registriergerät zur Registrierung der übertragenen Drehmomente verwendet werden.The scale of the display instrument 18 can be calibrated in terms of torques. The reading accuracy can be increased by subdividing the entire measuring range with the aid of the resistor 17. In addition to or instead of the display instrument 18, a registration device can also be used for registration of the transmitted torques can be used.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, der Feder 3 eine Vorspannung in der Weise zu erteilen, daß in der Ruhestellung der Blendenscheiben der Mitnehmerstift 4 gegen einen Anschlag der Welle 2 gedruckt wird. Es kann erst dann Licht durch die Blendenanordnung treten, wenn diese Vorspannung durch das übertragene Drehmoment überwunden ist. Ein solches Vorgehen kommt einer Ablesung mit unterdrücktem Nullpunkt gleich, welche bekanntlich für bestimmte Meßzwecke wesentlich bequemere und genauere Ablesungen ermöglicht. Ferner ist es möglich, jede Blendenscheibe mit mehreren Ausnehmungen zu versehen, wodurch die Frequenz der Impulse entsprechend vergrößert wird.It is also possible to give the spring 3 a bias in such a way that in the In the rest position of the diaphragm disks, the driver pin 4 is pressed against a stop on the shaft 2 will. It can only pass light through the diaphragm arrangement when this bias through the transmitted torque has been overcome. Such an approach comes from a reading with suppressed Equal to zero point, which is known to be much more convenient and more accurate for certain measuring purposes Readings enabled. It is also possible for each orifice plate to have several recesses to be provided, whereby the frequency of the pulses is increased accordingly.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. Device for measuring the torque transmitted by a shaft by measuring a torsion angle occurring on the shaft, consisting of two spaced apart, attached to the shaft and provided with apertures, which modulate a light beam emanating from a light source, and one of the light-sensitive element acted upon by the modulated luminous flux, in which by rotating the two diaphragms against each other as a result of a torsion of the shaft at the light-sensitive element, pulses with an essentially rectangular pulse shape, the width of which is proportional to the torsion angle of the shaft, are generated and in which, furthermore, the pulse sequence generated by the light-sensitive element after amplification, a measuring device for determining the mean value of the current corresponding to the pulse sequence is supplied, characterized in that means for limiting the amplitude of the pulses are provided between the light-sensitive element and the display device are rdnet.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the means for limiting the amplitude are arranged directly in front of the measuring circuit are.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that for limiting the amplitude a zener diode is provided.

1 sheet of drawings