DE2928155A1

DE2928155A1 - Messanordnung

Info

Publication number: DE2928155A1
Application number: DE19792928155
Authority: DE
Inventors: Dieter Dr Ing Gerstner
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-07-12
Filing date: 1979-07-12
Publication date: 1981-01-29

Description

Beschreibung
"Meßanordnung" Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Es ist bereits eine Meßanordnung zur Ermittlung des Drehmoments bekannt (Taschenbuch für die elektroische Reßstechnik, München 1960, Seite 260), bei der auf den UmfEng einer auf Torsion beanspruchten Welle Dehnungstießstrelfen aufgebracht sind, die derart zusammengeschaltet sind, daß sie eine Widerstandsbrücke bilden. Die bei Torsionbeanspruchung sich ändernden Widerstandswerte der Dehnungsmeßstreifen müssen über mit der Welle umlaufender Schleifringe abgegriffen werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Meßanordnung der eingangs näher bezeichneten Art ansugeben, die einer sehr einfachen Aufbau -aufweist und die insbesorderne sitzen berührungslosen Abgriff der für die Ernittlung des Drehmoments notwendigen Größen ermöglicht.
Diese Aufhabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltiuigen und tjei terbildungen der Erfindung gehen aus den Unteranasparüchen hervor.
Die Erfindung ird nachfolgend unter Bezug auf die Zeicknung näher erläutert. Dabei zeigt: FIG. 1: Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem zwei von auf dem Unfang von Stellungssensoren abgetastete Zahnräder mit Abstand voneinander koaxial auf einer Welle angeordnet und star mit dieser verbunden sind; FIG. 2: Ein Ausführungsbeispiel Sler Erfindung, bei den zwei Zahnräder jeweils für sich mit einem Welle starr verbunden sind und untereinander über Federelemente in Verbindung stehen; FIG. 3: In einer- Teilansicht der Erfindung die Anordnung eines Stellungssensors über einem Zahn eines Zahnrads der Meßanordnung.
Das in FIG. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt eine/uofsion beanspruchte Welle 1, auf der koaxial mit Abstand voneinander zwei Zahnräder 3, 4 angeordnet sind, die beide mit der Welle 1 starr verbunden sind. Jedem Zahnrad 3, 4 ist ein Stellungssensor 5, 6 zugeordnet, der die örtliche Lage zumindest eines Teils der Zähne 9, 10 der Zahnräder 3, 4 erfaßt Wird die Welle 1 mit einem Drehmoment beaufschlagt, hat dies ene Torsion der Welle 1 zur Folge. Da beide Zahnräder 3, 4 starr mit der Weile 1 verbunden sind, führt die torsion der Welle 1 dazu, d sich die Lage des von Zahnrad 3 mit Abstand angeordneten Zahnrads 4, insbesondere die Lage aessen Zähne in Bezug auf die Zähne des Zahnrads 3 im Vergleich zur Situa-tion bei nichtvorhandenem Drehmoment verändert. Diese Veränderung wird über die Stellungssensoren 5, 6 erfaßt, die die Lageänderung bevorzugt in ein elektrisches Signal wnwandeln, welches über Leitungen 7, 8 einer Auswerte und gegebenenfalls Anzeigeeinrichtung zugeführt wird Die Stellungssensoren 5, 6 werden zweckmäßig als Lichtschranken, insbesondere Gabellichtschranken ausgebildet, die so am Umfang der Zahnräder 3, 4 angeordnet sind, aa3 jeweils ein Zahn 9, 10 des Zahnrads 3, 4 beim Passieren des Stellungssensors 5, 6 den Strahlengang der Lichtschranke unterbricht Anstelle eines als Lichtschranke ausgebildeten Stellungssensors 5, 6 kann insbesondere bei rauhen Betriebsbedingungen, bei denen mit einer starken Verschmutzung zu rechnen ist, zweckmäßig ein als induktiver Näherungsschalter ausgebildeter Stellungssensor angewendet werden, der skizzenhaft in Fig. 3 dargestellt ist Ein solcher Stellurgssensor besteht aus einem Ferritkern 31 mit E-F¢rm, auf dessen mittleren Schenkel eine Spule 32 angeordnet ist, die von einem hochfrequenten Meßstrom durchflossen wird Wenn sich diesem E-Kern 31 ein aus Metall bestehender Zahn 34 des Zahnrades 3 oder 4 nähert, so ändert sich die Induktivität und der Verlustwinkel der Spule 32. Diese Änderung kann in einer bekannten Brückenschaltung ausgewertet werden Man kann die Spule auch als frequenzbestimmenden Teil eines Oszillators ausbilden und erhält dann eine Frequenzänderung solange ein Zahn in der Nähe des Sensors steht Die Erfindung ist nicht auf die Anwendung von als LIchtschranke oder induktiver Näherungsschalter ausgebildeter Stellungssensoren beschränkt Mit.gleichem Erfolg lassen sich beispielsweise auch nach dem Hall-Effekt arbeitende Stellungssensoren verwenden Beide Zahnräder 3, 4 können gleich ausgebildet sein und insbesondere die gleiche Anzahl von Zähnen 9, 10 auf-veisen Dies liegt im Interesse einer preisgiinstigen P-ertigung der Meßanordnung, Es ist jedoch auch möglich, daß beispielsweise das Zahnrad 4 eine größere Anzahl von Zähnen 10 aufweist als das Zahnrad 3 Dies erweist sich u, dann als besonders vorteilhaft, wenn die Lageabweichung des Zahnrads 4 in Bezug auf das Zahnrad 3 mit einer gröBeren Auflösung ermittelt werden soll. Eine größere Anzahl von Zähnen 10 führt, wie unschwer erkennbar ist, zu einer größeren Anzahl von Impulsen, die vom Stellungssensor 6 an die Auswerteeinheit abgegeben werden Die Zahnräder 3, 4 können eine gleichmäßige Winkelteilung aufweisen Sie können jedoch auch mit einer ungleichmäßigen Winkelteilung aus gebildet sein und zwar ungleich im Sinne einer geometrischen Reihe, bevorzugt in der Weise, daß auf eine Winkelteilung von # = 1800 die Teilung #/2 = 90°, #/4 = 45°, s/8 = 22,5° usw folgt Weiter kann innerhalb jeder dieser Winkelteilungen jeweils ein Teilsegment metallisch und ein gleich großes Segment entweder nicht metallisch oder auch hell und/oder dunekl ausgebildet sein Wenn man diese ungleiche Winkelteilung im Sinne einer geometrischen Reihe zugrunde legt, kann durch Vergleich der Pulefolge aus einem Sensor in einer Auswerteschaltun, durch rein logische Operationen die Drehrichtung und die absolute Winkelstellung eines Zahnrades berechnet werden Setzt man das Ende der längsten Winkelteilung als 0--wnkt der Winkelstellung so ist z.B. bei Rechtslauf» die folgende Pulslänge genau 1/2 der längsten; bei Linkslauf die folgende jedoch 1/16 oder 1/32 der längsten. Hierbei wird nur vorausgesetzt, daß die Welle sich wenigstens über eine Umlauf stetig in eine Richtung bewegt. Dies ist bei Eraftfahrzeug-Antrieben meist erfüllt.
Insbesondere bei Verwendung von als Lichtschranken ausoebildeten Stellungssensoren 5, 6 können anstelle der Zahnräder 3, 4 auch Kreisscheiben mit der Welle 1 verbunden sein. Zweckmäßig tragen dann die Kreisscheiben auf ihrem Umfang oder in der Nähe ihres Umfangs helle oder denkle Stellen bzw. Markierungen, die entweder den Strahlengang der Lichtschranke des Stellungssensors nicht beeinflussen bzw. ihn unterbrechen.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem von Stellungssensoren 5, 6 abgetastete Zahnräder 3, 4 jeweils für sich starr mit einer unterteilten Welle 1' bzw. 22 verbunden sind. Untereinander sind die Zahnräder 3, 4 über Federelemente 11 miteinander verbunden.
In einem weiteren Ausfahrungsbeispiel der Erfindung ist zwischen den jeweils starr auf einer unterteilten Welle sitzenden Zahnräder 3, 4 eine Kupplung angeordnet. die eine Unterbrechung des Kraftflußes zwischen den Teilwellen 1' bzw 2' ermöglicht Die Meßanordnung dient bevorzugt zur Erfassung des Drekmoments einer auf Torsion beanspruchten Welle In einfacher Weise läßt sich jedoch auch die Drehzahl der Welle ermitteln, inden beispielsweise nur die von einer der Stellungssensoren 5, 6 abgegebene mpulsfolge ausgewertet wird Die Meßanordnung wird bevorzugt in Fahrzeugen, insbesondere in Landfahrzeugen verwendet, um dort die für die Einstellung eines optimalen Betriebszustants unter ailen fahrbedingungen notwendigen Meßwerte zu ermitteln

Claims

Patentansprüche 1. Meßanordnung zur Messung des Drehmoments undZod^r der Winkelgeschwindigkeit sowie der Stellung bei einer z-lirdrischen Welle, welche unter Drehmomenteinwirkung einer Torsion unterliegt, dadurch gekennzeichnet, daß minieft-ens zwei mit Abstand voneinander koaxial angeordnete Zahnräder (3, 4) vorgesehen sind, von denen mindestens eines i:it der Welle (1) starr verbunden ist, und daß jedem der Zahnräder (3, 4) zugeordnet mindestens ein feststehender Stellungssensor (5, 6) vorgesehen ist, der die örtliche Lage zumindest eines Teils der Zähne (9, 10) der Zahnräder (3, 4) erfaßt.
2 Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zahnräder (3, 4) starr mit der Welle (1) verbunden sind 3. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (1) unterteilt ist, daß die Teile der Welle (1) entweder durch Federelemente miteinander verbunden und/ oder mittels einer Kupplung voneinander trennbar sind, und daß je eines der Zahnräder (3, 4) mit je einem Teil der Welle (1) starr verbunden ist.
4. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der zähne (9, 10) jedes der Zahnräder (3, 4) gleich ist.
5. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelteilung der Zähne eines Zahnrades (3, 4) gleichmäßig ist.
6. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, durch gekennzeichnet, daß die Winkelteilung jedes Zahnrads (3, 4) ungleich ist im Sinne einer geometrischen Reihe, bevorzugt in der Weise, da auf eine Winkelteilung ven @@@ 1800 die Teilung s/2 = 900, #/4 = 450, w/8 = 22,5° usw.

folgt.
7. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellungssensoren (5, 6) als Lichtschranken, insbesondere Gabellichtschranken ausgebildet sind, und daß die Stellungssensoren (5, 6) derart an Umfang eines jeden Zahnrads (3, 4) angeordnet sind, daß die Zähne (9, 10) des Zahnrads (3, 4) beim Passieren des Stellungssensors (5, 6) den Strahlengang der Lichtschranke unterbrechen.
8. Meßanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellungssensoren (5, 6) als induktive Näherungsschalter ausgebildet sind.
9. Verwendung der Meßenordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in Fahrzeugen, insbesondere Landfahrzeugen.