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AT527841B1 - COAXIAL GEARBOX WITH INTEGRATED MEASURING SENSORS - Google Patents

COAXIAL GEARBOX WITH INTEGRATED MEASURING SENSORS

Info

Publication number
AT527841B1
AT527841B1 ATA50430/2024A AT504302024A AT527841B1 AT 527841 B1 AT527841 B1 AT 527841B1 AT 504302024 A AT504302024 A AT 504302024A AT 527841 B1 AT527841 B1 AT 527841B1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
piston
strain gauge
pistons
voltage
coaxial
Prior art date
Application number
ATA50430/2024A
Other languages
German (de)
Other versions
AT527841A4 (en
Inventor
Simon Eisele Dr Philipp
Fürhapter Dipl -Ing Daniel
Original Assignee
Kraken Innovations Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kraken Innovations Gmbh filed Critical Kraken Innovations Gmbh
Priority to ATA50430/2024A priority Critical patent/AT527841B1/en
Priority to PCT/EP2025/063517 priority patent/WO2025242561A1/en
Application granted granted Critical
Publication of AT527841A4 publication Critical patent/AT527841A4/en
Publication of AT527841B1 publication Critical patent/AT527841B1/en

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H49/00Other gearings
    • F16H49/001Wave gearings, e.g. harmonic drive transmissions
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16HGEARING
    • F16H25/00Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms
    • F16H25/04Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying rotary motion
    • F16H25/06Gearings comprising primarily only cams, cam-followers and screw-and-nut mechanisms for conveying rotary motion with intermediate members guided along tracks on both rotary members
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16H57/00General details of gearing
    • F16H57/01Monitoring wear or stress of gearing elements, e.g. for triggering maintenance
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    • F16H2057/016Monitoring of overload conditions

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

Koaxialgetriebe (1), umfassend: - einen Kolbensatz (5) mit zumindest drei Kolben (10a-10p), wobei die Kolben jeweils an einer ersten Stirnseite (11) eine Verzahnung (12) mit zumindest einem Zahn (13) aufweisen; - eine Hohlwelle (30) mit einer Innenverzahnung (31), wobei die Kolben innerhalb der Hohlwelle (30) angeordnet sind; - eine Führungseinheit (8), wobei die Kolben jeweils in der Führungseinheit (8) in Umfangsrichtung (7) durch Führungsstege (9) voneinander beabstandet angeordnet sowie linear geführt in Radialrichtung (15) hin und her bewegbar sind; - einen Kolbenantrieb (3) für die linear geführte Bewegung der Kolben, - wobei die Verzahnungen (12,13) der ersten Stirnseiten (11) der Kolben in Eingriff mit der Innenverzahnung (31) sowie in einen von der Innenverzahnung (31) losgelösten Zustand bringbar sind, um während des jeweiligen Eingriffs die Hohlwelle (30) oder die Führungseinheit (9) um die Drehachse (2) weiter zu drehen, wobei - an zumindest einem der Kolben zumindest ein Dehnungsmessstreifen (40,41,42) befestigt ist.Coaxial transmission (1), comprising: - a piston set (5) with at least three pistons (10a-10p), wherein the pistons each have a toothing (12) with at least one tooth (13) on a first end face (11); - a hollow shaft (30) with an internal toothing (31), wherein the pistons are arranged within the hollow shaft (30); - a guide unit (8), wherein the pistons are each arranged in the guide unit (8) at a distance from one another in the circumferential direction (7) by guide webs (9) and are linearly guided to and fro in the radial direction (15); - a piston drive (3) for the linearly guided movement of the pistons, - wherein the toothings (12, 13) of the first end faces (11) of the pistons can be brought into engagement with the internal toothing (31) and into a state detached from the internal toothing (31) in order to continue rotating the hollow shaft (30) or the guide unit (9) about the axis of rotation (2) during the respective engagement, - at least one strain gauge (40, 41, 42) is fastened to at least one of the pistons.

Description

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BeschreibungDescription

KOAXIALGETRIEBE MIT INTEGRIERTER MESSSENSORIK COAXIAL GEARBOX WITH INTEGRATED MEASURING SENSORS

GEBIET DER ERFINDUNG [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Koaxialgetriebe, umfassend: FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to a coaxial transmission comprising:

- zumindest einen Kolbensatz mit zumindest drei Kolben, wobei die Kolben jeweils an einer von der Drehachse wegweisenden ersten Stirnseite eine Verzahnung mit zumindest einem Zahn aufweisen; - at least one piston set with at least three pistons, wherein the pistons each have a toothing with at least one tooth on a first end face facing away from the axis of rotation;

- eine Hohlwelle mit einer Innenverzahnung, wobei in einer auf die Drehachse normal stehenden Ebene betrachtet die Kolben innerhalb der Hohlwelle angeordnet sind; - a hollow shaft with internal teeth, the pistons being arranged inside the hollow shaft when viewed in a plane normal to the axis of rotation;

- eine Führungseinheit, wobei die Kolben des jeweiligen Kolbensatzes jeweils in der Führungseinheit in einer um die Drehachse weisenden Umfangsrichtung durch Führungsstege voneinander beabstandet angeordnet sowie linear geführt und parallel zu einer normal auf die Drehachse stehenden Radialrichtung hin und her bewegbar sind; - a guide unit, wherein the pistons of the respective piston set are each arranged in the guide unit at a distance from one another by guide webs in a circumferential direction pointing around the axis of rotation and are linearly guided and can be moved back and forth parallel to a radial direction normal to the axis of rotation;

- einen Kolbenantrieb für die linear geführte Bewegung der Kolben, - a piston drive for the linear guided movement of the pistons,

- wobei die Verzahnungen der ersten Stirnseiten der Kolben, insbesondere nacheinander, in Eingriff mit der Innenverzahnung sowie in einen von der Innenverzahnung losgelösten Zustand bringbar sind, um während des jeweiligen Eingriffs, vorzugsweise unter flächigem Kontakt zwischen der jeweiligen Verzahnung und der Innenverzahnung, die Hohlwelle oder die Führungseinheit um die Drehachse weiter zu drehen. - wherein the toothings of the first end faces of the pistons can be brought, in particular one after the other, into engagement with the internal toothing and into a state detached from the internal toothing in order to continue to rotate the hollow shaft or the guide unit about the axis of rotation during the respective engagement, preferably with surface contact between the respective toothing and the internal toothing.

[0002] Weiters wird im Rahmen der Erfindung ein erfindungsgemäßes Koaxialgetriebe mit einer Auswerteeinrichtung für die Erfassung und Auswertung von Messdaten angegeben. [0002] Furthermore, within the scope of the invention, a coaxial transmission according to the invention with an evaluation device for the acquisition and evaluation of measurement data is specified.

STAND DER TECHNIK STATE OF THE ART

[0003] Es sind bereits zahlreiche unterschiedliche Ausführungen von Koaxialgetrieben der eingangs genannten Gattung bekannt. Zum Beispiel sind einstufige Planetengetriebe, die koaxial arbeiten, aber auch mehrstufige Planetengetriebe jeweils Koaxialgetriebe. Ebenso können Wellengetriebe, Stirnradgetriebe und Exzentergetriebe bzw. Zykloidgetriebe als Koaxialgetriebe angelegt sein. Definitionsgemäß liegen bei Koaxialgetrieben eine Antriebswelle und eine Abtriebswelle des Getriebes auf einer gemeinsamen Drehachse. [0003] Numerous different designs of coaxial gears of the aforementioned type are already known. For example, single-stage planetary gears that operate coaxially, as well as multi-stage planetary gears, are each coaxial gears. Shaft gears, spur gears, eccentric gears, or cycloidal gears can also be designed as coaxial gears. By definition, coaxial gears have an input shaft and an output shaft on a common axis of rotation.

[0004] Beispielsweise ist aus der US 4,713,985 A ein Wellgetriebe mit einem Ringelement bekannt. Das Ringelement ist dabei um einen Außenumfang eines Nockenelements angeordnet. Eine Drehbewegung des Nockenelements erzeugt dabei keine Drehantriebskraft, sondern zwingt die Antriebswälzkörper des Ringelements zu einer zyklischen und radialen Bewegung. In einer Ausführungsvariante ist in einem mittleren Abschnitt eines mehrteiligen Verbindungselements eines Antriebswälzkörpers des Ringelements ein piezoelektrisches Bauelement als Aktuator eingebaut, wobei der Aktuator in seiner Länge verändert werden kann. Ein Dehnmessstreifen erfasst dabei die Längenänderung des mehrteiligen Verbindungselements, das auch als Antrieb für das Wellgetriebe verwendet werden kann. Nachteilig ist dabei jedoch, dass der Einsatz eines solchen längenverstellbaren Verbindungselements die Steifigkeit und Festigkeit des gesamten Wellgetriebes verringert. Ein Kolbenantrieb für einen Kolbensatz mit mehreren Kolben, die jeweils in Radialrichtung linear geführt bewegt werden, fehlt bei dem in der US 4,713,985 A genannten Wellgetriebe. [0004] For example, US 4,713,985 A discloses a harmonic drive with a ring element. The ring element is arranged around the outer circumference of a cam element. A rotary movement of the cam element does not generate a rotary drive force, but rather forces the drive rollers of the ring element to move cyclically and radially. In one embodiment, a piezoelectric component is installed as an actuator in a central section of a multi-part connecting element of a drive roller of the ring element, whereby the actuator can be adjusted in length. A strain gauge records the change in length of the multi-part connecting element, which can also be used as a drive for the harmonic drive. A disadvantage, however, is that the use of such a length-adjustable connecting element reduces the rigidity and strength of the entire harmonic drive. A piston drive for a piston set with several pistons, each of which is moved linearly in the radial direction, is missing in the wave gear mentioned in US 4,713,985 A.

[0005] Koaxialgetriebe, welche einen Kolbenantrieb für die linear geführte Bewegung der Kolben zumindest eines Kolbensatzes umfassen, schließen sowohl Getriebe ohne Pleuel ein, bei denen der Kolbenantrieb beispielsweise mittels einer drehbaren Kreisscheibe, Ellipbsenscheibe oder PoIygonscheibe, oder mittels eines Piezoantriebs erfolgt, als auch Getriebeausführungen, bei denen der Kolbenantrieb mit einer Kurbelwelle mit zumindest einem Pleuellager erfolgt. Bei diesen Aus-[0005] Coaxial transmissions, which comprise a piston drive for the linearly guided movement of the pistons of at least one piston set, include both transmissions without connecting rods, in which the piston drive is effected, for example, by means of a rotatable circular disk, elliptical disk or polygon disk, or by means of a piezo drive, as well as transmission designs in which the piston drive is effected by a crankshaft with at least one connecting rod bearing. In these embodiments

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führungen von Koaxialgetrieben mit Kurbelwellen ist zumindest ein Pleuel vorgesehen, wobei der zumindest eine Pleuel mit einem oder mehreren Kolben des zumindest einen Kolbensatzes sowie mit dem zumindest einen Pleuellager gekoppelt ist. guides of coaxial transmissions with crankshafts, at least one connecting rod is provided, wherein the at least one connecting rod is coupled to one or more pistons of the at least one piston set and to the at least one connecting rod bearing.

[0006] Beispielhaft sind aus der EP 4 207 717 B1 sowie der EP 4 004 406 B1 der Anmelderin bereits unterschiedliche Ausführungen von Koaxialgetrieben mit Kurbelwellen bekannt. Die Kurbelwelle stellt bei diesen Ausführungen also ein Antriebselement dar bzw. kann als Antriebselement bezeichnet werden. Die Hohlwelle ist vorzugsweise um die Drehachse drehbar gelagert und kann als Abtriebselement fungieren. Alternativ kann bei fixierter Hohlwelle die Führungseinheit als Abtriebselement fungieren, wofür die Führungseinheit drehbar gelagert sein muss. [0006] For example, various designs of coaxial transmissions with crankshafts are already known from EP 4 207 717 B1 and EP 4 004 406 B1 of the applicant. In these designs, the crankshaft represents a drive element or can be referred to as a drive element. The hollow shaft is preferably mounted for rotation about the axis of rotation and can function as an output element. Alternatively, with a fixed hollow shaft, the guide unit can function as the output element, for which the guide unit must be mounted for rotation.

[0007] Es lassen sich mit solchen Koaxialgetrieben, die auch als Kurbelwellengetriebe bezeichnet werden, jeweils in vorteilhafter Weise hohe Drehmomente bei kompakter, kleiner Bauweise übertragen, wobei ein hohes Übersetzungsverhältnis sowie eine hohe Genauigkeit bzw. Spielfreiheit mit den betreffenden Koaxialgetrieben ermöglicht wird. [0007] Such coaxial gears, which are also referred to as crankshaft gears, can advantageously transmit high torques in a compact, small design, whereby a high transmission ratio as well as a high degree of accuracy and freedom from backlash are made possible with the coaxial gears in question.

[0008] Während die EP 4 004 406 B1 auf ein Koaxialgetriebe abstellt, bei dem zumindest drei oder mehrere Kolben mittels jeweils eines eigenen Pleuels mit dem zumindest einen Pleuellager verbunden sind, geht die EP 4 207 717 B1 einen anderen Weg. Die WO 2023/088656 A1 korrespondiert mit der EP 4 207 717 B1. In der in EP 4 207 717 B1 geoffenbarten Ausführung wird ein Koaxialgetriebe bereitgestellt, bei dem zur Verbindung der Kolben des jeweiligen Kolbensatzes mit dem zumindest einen Pleuellager bzw. Hubzapfen ein gemeinsames, sternförmig ausgebildetes Pleuel vorgesehen ist. Durch den Einsatz eines gemeinsamen „Sternpleuels“ für die Kolben eines Kolbensatzes können sowohl die Anzahl der Bauteile, als auch damit einhergehend die Komplexität und Baugröße dieses Koaxialgetriebes weiter reduziert werden. [0008] While EP 4 004 406 B1 is based on a coaxial transmission in which at least three or more pistons are each connected to the at least one connecting rod bearing by means of a separate connecting rod, EP 4 207 717 B1 takes a different approach. WO 2023/088656 A1 corresponds to EP 4 207 717 B1. In the embodiment disclosed in EP 4 207 717 B1, a coaxial transmission is provided in which a common, star-shaped connecting rod is provided to connect the pistons of the respective piston set to the at least one connecting rod bearing or crank pin. By using a common "star connecting rod" for the pistons of a piston set, both the number of components and, consequently, the complexity and size of this coaxial transmission can be further reduced.

[0009] Bei solchen Koaxialgetrieben kann die Anzahl der Kolben, welche in Eingriff bzw. In teilweisen Eingriff mit der Innenverzahnung der Hohlwelle bringbar sind, beliebig variiert werden, um je nach Anforderung das Übersetzungsverhältnis sowie die Höhe des übertragbaren Drehmoments einstellen zu können. Mit mindestens drei Kolben kann sichergestellt werden, dass der nächste Kolben, der mit der Verzahnung seiner ersten Stirnseite gegen die Innenverzahnung, insbesondere flächig, presst, die Hohlwelle oder gegebenenfalls die Führungseinheit nicht in die Gegenrichtung zurückdreht und es bloß zu einem Hin- und Herpendeln der Hohlwelle oder der Führungseinheit um die Drehachse kommt. [0009] In such coaxial gears, the number of pistons that can be brought into engagement or partial engagement with the internal toothing of the hollow shaft can be varied as desired in order to adjust the transmission ratio and the level of transmittable torque as required. With at least three pistons, it can be ensured that the next piston, which presses the toothing of its first end face against the internal toothing, in particular flatly, does not rotate the hollow shaft or, if applicable, the guide unit back in the opposite direction, and that only a back-and-forth oscillation of the hollow shaft or the guide unit occurs around the axis of rotation.

[0010] Je nach Ausgestaltung des Kolbenantriebs kann der Eingriff der Verzahnungen der ersten Stirnseiten der Kolben mit der Innenverzahnung der Hohlwelle nacheinander erfolgen, wenn als Kolbenantrieb beispielsweise eine Kurbelwelle eingesetzt wird. Im Falle des Kolbenantriebs beispielsweise mittels einer Kurvenscheibe, einer Ellipsenscheibe oder Polygonscheibe kann auch ein gleichzeitiger Eingriff der Verzahnungen von zwei oder mehreren Kolben mit der Innenverzahnung der Hohlwelle erfolgen. Auch derartige Ausführungen an Kolbenantrieben sind von der Erfindung mitumfasst. [0010] Depending on the design of the piston drive, the engagement of the toothings of the first end faces of the pistons with the internal toothing of the hollow shaft can occur sequentially if, for example, a crankshaft is used as the piston drive. In the case of a piston drive, for example, by means of a cam disk, an elliptical disk, or a polygon disk, the toothings of two or more pistons can also engage simultaneously with the internal toothing of the hollow shaft. Such designs of piston drives are also encompassed by the invention.

[0011] Die Verzahnung der ersten Stirnseiten der Kolben führt dazu, dass der jeweilige Kolben auch als „Zahnelement“ bezeichnet werden kann. [0011] The toothing of the first end faces of the pistons means that the respective piston can also be referred to as a “tooth element”.

[0012] Die Führungseinheit, welche die Kolben des jeweiligen Kolbensatzes durch Führungsstege voneinander beabstandet jeweils linear führt, kann einstückig oder aus mehreren Elementen zusammengesetzt aufgebaut sein. Die Kolben sind somit in Umfangsrichtung verteilt angeordnet. [0012] The guide unit, which linearly guides the pistons of each piston set at a distance from one another by means of guide webs, can be constructed as a single piece or composed of multiple elements. The pistons are thus arranged distributed in the circumferential direction.

[0013] Für den Fall, dass ein Koaxialgetriebe mit zwei oder mehreren Kolbensätzen ausgerüstet ist, ist es auch denkbar, dass die Kolben unterschiedlicher Kolbensätze nur axial, also in Richtung parallel zur Drehachse, voneinander beabstandet sind. [0013] In the case that a coaxial transmission is equipped with two or more piston sets, it is also conceivable that the pistons of different piston sets are only axially spaced from each other, i.e. in the direction parallel to the axis of rotation.

[0014] Aufgrund der vorhin genannten Vorteile kommen diese Koaxialgetriebe in unterschiedlichsten Anwendungsfällen zum Einsatz. Insbesondere in Anwendungsfällen, bei denen solche Koaxialgetriebe besonders hohen mechanischen und/oder thermischen Belastungen ausgesetzt sind, bieten die derzeit bekannten gattungsgemäßen Koaxialgetriebe allerdings nur unzureichend Möglichkeiten, auf einfache und zuverlässige Weise Messdaten zu Belastungen während des [0014] Due to the advantages mentioned above, these coaxial gears are used in a wide variety of applications. However, in particular in applications where such coaxial gears are exposed to particularly high mechanical and/or thermal loads, the currently known generic coaxial gears offer only insufficient possibilities for a simple and reliable measurement data on loads during

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laufenden Betriebs zu erfassen. Dies ist beispielsweise beim Einsatz solcher Koaxialgetriebe für Windkraftanlagen von besonderer Bedeutung, da aufgrund von hohen Kräften durch Windböen, Turbulenzen oder Turmschwingungen, aber auch aufgrund von hohen thermischen Belastungen, denen Koaxialgetriebe dabei ausgesetzt sind, es zu einer vorzeitigen Materialermüdung und auch zu hohem Verschleiß bis hin zu Materialablösungen und Materialausbrüchen der betreffenden Getriebe kommen kann. This is particularly important, for example, when using coaxial gearboxes for wind turbines, as the high forces caused by gusts of wind, turbulence, or tower vibrations, as well as the high thermal loads to which coaxial gearboxes are exposed, can lead to premature material fatigue and excessive wear, including material detachment and breakage of the gearboxes in question.

[0015] Als weitere Anwendungsfälle, bei denen Koaxialgetriebe besonders hohen Getriebebelastungen ausgesetzt sind, sind beispielsweise Getriebe von Elektrofahrzeugen zu nennen, bei denen es insbesondere beim Rekuperieren zu hohen Lastwechselkräften und somit zu einer hohen mechanischen und thermischen Belastung der eingesetzten Koaxialgetriebe kommt. Ebenso können Koaxialgetriebe, die zum Antrieb von Stell- und Positioniereinrichtungen eingesetzt werden, hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sein. [0015] Other applications in which coaxial gears are subjected to particularly high gear loads include, for example, electric vehicle gears, where high load cycle forces occur, particularly during recuperation, and thus lead to high mechanical and thermal stress on the coaxial gears used. Coaxial gears used to drive actuating and positioning devices can also be subjected to high mechanical loads.

[0016] Eine Überwachung eines Koaxialgetriebes im laufenden Betrieb ist bisher nur in aufwändiger Weise mit externen Sensoren möglich. Insbesondere für die sichere Überwachung von Roboterantrieben ist die laufende Aufnahme und Aufzeichnung von Betriebsparametern wie beispielsweise die Erfassung des Drehwinkels des Antriebes und des Drehwinkel des Abtriebes des betreffenden Koaxialgetriebes erforderlich. Dazu muss für die Überwachung bei herkömmlichen Koaxialgetrieben allerdings eine zusätzliche Welle durch die Antriebshohlwelle geleitet werden, wobei die zusätzliche Welle am Abtrieb des Getriebes montiert ist. Damit ist es zwar möglich, an der Antriebsseite sowohl den Drehwinkel des Antriebes als auch den des Drehwinkel des Abtriebes mittels eines oder mehrerer Encoder aufzunehmen, jedoch reduziert dies in nachteiliger Weise den Innendurchmesser der Hohlwelle, bedarf zusätzlicher Bauteile und stellt hohe Anforderungen an die komplexe Montage. Überdies ist mit einer solchen zusätzlichen Welle eine Überwachung des Getriebes aufgrund der Trägheit der Encoder nur zeitverzögert möglich. [0016] Monitoring a coaxial gearbox during operation has so far only been possible in a complex manner using external sensors. In particular, the reliable monitoring of robot drives requires the continuous recording and logging of operating parameters such as the detection of the angle of rotation of the drive and the angle of rotation of the output of the coaxial gearbox in question. However, for monitoring conventional coaxial gearboxes, an additional shaft must be passed through the hollow drive shaft, with the additional shaft being mounted on the gearbox output. While this makes it possible to record both the angle of rotation of the drive and the angle of rotation of the output on the drive side using one or more encoders, this disadvantageously reduces the inner diameter of the hollow shaft, requires additional components, and places high demands on complex assembly. Furthermore, with such an additional shaft, monitoring of the gearbox is only possible with a time delay due to the inertia of the encoders.

[0017] Encoder sind Messwertgeber oder Eingabegeräte, welche die aktuelle Position einer Welle oder einer Antriebseinheit erkennen und als elektrisches Signal ausgeben. Encoder wandeln also eine Bewegung in ein elektrisches Signal um, das von einem Steuergerät in einem Bewegungssteuerungssystem, wie beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (kurz: SPS) gelesen werden kann. Der Encoder sendet ein Rückmeldesignal, das zur Bestimmung von Position, Anzahl, Geschwindigkeit oder Richtung verwendet werden kann. [0017] Encoders are measuring transducers or input devices that detect the current position of a shaft or drive unit and output it as an electrical signal. Encoders convert movement into an electrical signal that can be read by a control device in a motion control system, such as a programmable logic controller (PLC). The encoder sends a feedback signal that can be used to determine position, count, speed, or direction.

[0018] Für den beispielhaften Fall, dass aufgrund eines Zahnbruchs im Koaxialgetriebe die beiden erfassten Drehwinkel-Werte zu sehr voneinander abweichen, kann beispielsweise von einer Steuerung ein Sicherheitsstopp ausgelöst werden. Allerdings ist der Einbau einer zusätzlichen Welle im Koaxialgetriebe, um damit die Drehwinkel der Antriebswelle und der Abtriebswelle erfassen zu können, konstruktiv aufwändig, kann bei bestehenden Koaxialgetrieben nicht nachgerüstet werden, und vergrößert üblicherweise die Baulänge des betreffenden Koaxialgetriebes. Weiters ist nachteilig, dass mit einer solchen herkömmlichen Überwachung mögliche SollwertAbweichungen wie eine ansteigende Temperatur oder eine überdurchschnittlich ansteigende Reibung im laufenden Betrieb des Koaxialgetriebes nicht frühzeitig erkannt werden können. [0018] For example, in the case where the two detected angle of rotation values deviate too greatly from one another due to a broken tooth in the coaxial gear, a safety stop can be triggered, for example, by a control system. However, installing an additional shaft in the coaxial gear to detect the angles of rotation of the input shaft and the output shaft is structurally complex, cannot be retrofitted to existing coaxial gears, and typically increases the overall length of the coaxial gear in question. Another disadvantage is that with such conventional monitoring, possible setpoint deviations such as rising temperature or an above-average increase in friction cannot be detected early on during ongoing operation of the coaxial gear.

[0019] Es besteht daher ein dringendes Bedürfnis, insbesondere hoch belastete Koaxialgetriebe in einfacher Weise während des laufenden Betriebs überwachen zu können, um die mechanischen und/oder thermischen Belastungen, denen das betreffende Getriebe ausgesetzt ist, frühzeitig zu erfassen und damit einhergehend den Verschleiß bzw. Zustand des Getriebes beurteilen und rechtzeitig erforderliche Wartungsarbeiten einplanen zu können. [0019] There is therefore an urgent need to be able to monitor particularly highly loaded coaxial gearboxes in a simple manner during operation in order to detect the mechanical and/or thermal loads to which the gearbox in question is exposed at an early stage and, in turn, to assess the wear and tear or condition of the gearbox and to plan the necessary maintenance work in good time.

AUFGABE DER ERFINDUNG OBJECT OF THE INVENTION

[0020] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Koaxialgetriebe zur Verfügung zu stellen, welches die oben genannten Nachteile überwindet. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Koaxialgetriebe samt einer Auswerteeinrichtung für die Erfassung von Messdaten, die im laufenden Betrieb erhalten und ausgewertet werden, bereitzustellen. [0020] The object of the present invention is to provide an improved coaxial transmission that overcomes the aforementioned disadvantages. A further object of the invention is to provide an improved coaxial transmission including an evaluation device for acquiring measurement data obtained and evaluated during operation.

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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG [0021] Zur Lösung der genannten Aufgabe ist bei einem Koaxialgetriebe, umfassend: PRESENTATION OF THE INVENTION [0021] To achieve the stated object, a coaxial transmission comprising:

- zumindest einen Kolbensatz mit zumindest drei Kolben, wobei die Kolben jeweils an einer von einer Drehachse wegweisenden ersten Stirnseite eine Verzahnung mit zumindest einem Zahn aufweisen; - at least one piston set with at least three pistons, wherein the pistons each have a toothing with at least one tooth on a first end face facing away from a rotation axis;

- eine Hohlwelle mit einer Innenverzahnung, wobei in einer auf die Drehachse normal stehenden Ebene betrachtet die Kolben innerhalb der Hohlwelle angeordnet sind; - a hollow shaft with internal teeth, the pistons being arranged inside the hollow shaft when viewed in a plane normal to the axis of rotation;

- eine Führungseinheit, wobei die Kolben des jeweiligen Kolbensatzes jeweils in der Führungseinheit in einer um die Drehachse weisenden Umfangsrichtung durch Führungsstege voneinander beabstandet angeordnet sowie linear geführt und parallel zu einer normal auf die Drehachse stehenden Radialrichtung hin und her bewegbar sind; - a guide unit, wherein the pistons of the respective piston set are each arranged in the guide unit at a distance from one another by guide webs in a circumferential direction pointing around the axis of rotation and are linearly guided and can be moved back and forth parallel to a radial direction normal to the axis of rotation;

- einen Kolbenantrieb für die linear geführte Bewegung der Kolben, - a piston drive for the linear guided movement of the pistons,

- wobei die Verzahnungen der ersten Stirnseiten der Kolben, insbesondere nacheinander, in Eingriff mit der Innenverzahnung sowie in einen von der Innenverzahnung losgelösten Zustand bringbar sind, um während des jeweiligen Eingriffs, vorzugsweise unter flächigem Kontakt zwischen der jeweiligen Verzahnung und der Innenverzahnung, die Hohlwelle oder die Führungseinheit um die Drehachse weiter zu drehen, - wherein the toothings of the first end faces of the pistons can be brought, in particular successively, into engagement with the internal toothing and into a state detached from the internal toothing in order to further rotate the hollow shaft or the guide unit about the axis of rotation during the respective engagement, preferably with surface contact between the respective toothing and the internal toothing,

erfindungsgemäß vorgesehen, dass an zumindest einem der Kolben zumindest ein Dehnungsmessstreifen befestigt ist. According to the invention, at least one strain gauge is attached to at least one of the pistons.

[0022] Dehnungsmessstreifen, kurz: DMS, sind Messeinrichtungen zur Erfassung von dehnenden und stauchenden Verformungen an der Oberfläche von Bauteilen. Dehnungsmessstreifen können auch als passive Ohm’‘sche Sensoren bzw. als Widerstandselemente bezeichnet werden. Bei der Dehnung oder Stauchung eines Bauteiles, hier eines Kolbens, auf dem zumindest ein Dehnungsmessstreifen befestigt ist, ändert sich eine Anfangslänge | des DMS um eine Differenzlänge Al und ein Anfangswiderstand R des DMS (in Ohm) um einen Differenzwiderstand AR. Die Widerstandsänderung AR7/R ist um so größer, je größer eine Dehnung € = Al ist. [0022] Strain gauges, or DMS for short, are measuring devices for detecting stretching and compressive deformations on the surface of components. Strain gauges can also be referred to as passive ohmic sensors or resistance elements. When a component, in this case a piston, to which at least one strain gauge is attached, is stretched or compressed, an initial length | of the DMS changes by a differential length Al, and an initial resistance R of the DMS (in ohms) changes by a differential resistance AR. The resistance change AR7/R is greater, the greater the strain € = Al.

[0023] Mit der gegenständlichen Erfindung ist es möglich, Abweichungen von Betriebsparametern im laufenden Betrieb des Koaxialgetriebes durch die Erfassung und Überwachung von Signalen des zumindest einen Dehnungsmessstreifens frühzeitig zu erkennen. [0023] With the present invention, it is possible to detect deviations from operating parameters during operation of the coaxial gear at an early stage by detecting and monitoring signals from at least one strain gauge.

[0024] Wenn zum Beispiel die Spannungsverläufe von zwei aufeinanderfolgenden Perioden eines Dehnungsmessstreifens zu stark voneinander abweichen, kann dies verschiedene Ursachen haben, die jeweils einen Betriebsstopp des Koaxialgetriebes auslösen. Beispielsweise kann sich der Eingriff der Verzahnung an den Kolben im Vergleich zur Innenverzahnung verschoben haben, es können Materialausbrüche am Kolben bzw. an der Verzahnung entstanden sein, es können Fremdkörper in den Innenraum des Koaxialgetriebes gelangt sein, oder es kann die Antriebswelle gebrochen sein. Die Erfassung von Abweichungen im laufenden Betrieb ist mittels eines oder mehrerer Dehnungsmessstreifen, die direkt an zumindest einem Kolben befestigt sind, wesentlich schneller und präziser möglich als bei herkömmlichen Encoder-Systemen, da einerseits die Trägheit von Dehnungsmessstreifen sehr gering ist, und andererseits Dehnungen und Stauchungen des Kolbens direkt in situ am Kraftübertragungsort gemessen werden und nicht über eine kinematische Kette. [0024] If, for example, the stress curves of two consecutive periods of a strain gauge deviate too significantly from one another, this can have various causes, each of which triggers an operational stop of the coaxial gear. For example, the engagement of the gear teeth on the piston may have shifted compared to the internal gear teeth, material breakage may have occurred on the piston or gear teeth, foreign objects may have entered the interior of the coaxial gear, or the drive shaft may have broken. Detecting deviations during operation using one or more strain gauges attached directly to at least one piston is much faster and more precise than with conventional encoder systems. This is because, on the one hand, the inertia of strain gauges is very low, and, on the other hand, the expansion and compression of the piston are measured directly in situ at the point of force transmission and not via a kinematic chain.

[0025] Auf die Messdatenerfassung und Messdatenauswertung der Widerstandsänderungen des zumindest einen Dehnungsmessstreifens wird im Folgenden noch im Detail eingegangen. [0025] The measurement data acquisition and evaluation of the resistance changes of the at least one strain gauge will be discussed in more detail below.

[0026] Zur Überwachung des Drehmoments wird aktuell die Eingangsleistung in der Antriebsmaschine gemessen. Übersteigt diese einen gewissen Wert wird ein Sicherheitsstopp ausgeführt. Mit der hier gezeigten Sensorik wird die Reaktionszeit für die Detektion einer Überlast deutlich reduziert, indem Spannungsspitzen im Dehnungsmessstreifen frühzeitig mit kurzen Übertragungszeiten auf eine Überlast hinweisen. [0026] To monitor the torque, the input power in the drive motor is currently measured. If this exceeds a certain value, a safety stop is executed. The sensor system shown here significantly reduces the response time for overload detection by detecting voltage peaks in the strain gauge early and with short transmission times.

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[0027] Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes besteht darin, dass die Befestigung eines oder mehrerer Dehnungsmessstreifen an zumindest einem der Kolben die Baulänge des Koaxialgetriebes nicht beeinflusst oder verändert. Somit bietet es sich an, auch bereits bestehende Koaxialgetriebe mit einem oder mit mehreren Dehnungsmessstreifen, die an zumindest einem der Kolben befestigt sind, nachzurüsten. Vorteilhaft muss für solche Nachrüstungen kein zusätzlicher Bauraum im Koaxialgetriebe für die Mess-Sensorik des zumindest einen Dehnungsmessstreifens zur Verfügung gestellt werden. [0027] A further advantage of the coaxial gear according to the invention is that the attachment of one or more strain gauges to at least one of the pistons does not influence or change the overall length of the coaxial gear. This makes it possible to retrofit existing coaxial gears with one or more strain gauges attached to at least one of the pistons. Advantageously, such retrofitting does not require any additional space in the coaxial gear for the measuring sensors of the at least one strain gauge.

[0028] Je nach Ausführung können für den Betrieb des Koaxialgetriebes mit integrierter MessSensorik entweder die Führungsstege, welche an den jeweiligen mit zumindest einem Dehnungsmessstreifen ausgerüsteten Kolben angrenzen, fixiert werden. In dieser Ausführung können der eine oder die mehreren Dehnungsmessstreifen jeweils mit Signalleitungen zur Erfassung der Widerstandsänderungen mit einer nachgeordneten Auswerteeinrichtung für Messdaten verbunden sein. Die Anschlusskabel bzw. Signalleitungen können verdrehungsfrei in Bohrungen der Führungsstege bzw. der Führungseinheit zur Auswerteeinrichtung geführt werden. Die Signalleitungen sind in zweckmäßiger Weise als biegsame Anschlusskabel ausgeführt, welche die linear geführte Hubbewegung des jeweiligen Kolbens aushalten. Vorzugsweise sind die Anschlusskabel mit Übermaß konfektioniert, damit auch bei maximalem Kolbenhub die betreffenden Kabelverbindungen nicht mechanisch belastet bzw. gedehnt werden. [0028] Depending on the design, for the operation of the coaxial gear with integrated measuring sensors, either the guide webs adjacent to the respective piston equipped with at least one strain gauge can be fixed. In this design, the one or more strain gauges can each be connected to a downstream evaluation device for measuring data via signal lines for recording the resistance changes. The connecting cables or signal lines can be routed to the evaluation device in a twist-free manner through bores in the guide webs or the guide unit. The signal lines are expediently designed as flexible connecting cables that can withstand the linearly guided stroke movement of the respective piston. The connecting cables are preferably oversized so that the relevant cable connections are not subjected to mechanical stress or stretching even at maximum piston stroke.

[0029] Alternativ dazu kann für den Betrieb des Koaxialgetriebes mit integrierter Mess-Sensorik das Hohlrad fixiert werden, wobei die Signalleitung der Widerstandsänderungen jedes Dehnungsmessstreifens mit einer nachgeordneten Auswerteeinrichtung mittels Schleifkontakten oder mittels Funkkontakten erfolgt. [0029] Alternatively, for the operation of the coaxial gear with integrated measuring sensors, the ring gear can be fixed, whereby the signal transmission of the resistance changes of each strain gauge is carried out with a downstream evaluation device by means of sliding contacts or by means of radio contacts.

[0030] Wie nachfolgend noch im Detail dargelegt wird, können mit dem erfindungsgemäßen Koaxialgetriebe anhand der erfassten Signale des zumindest einen Dehnungsmessstreifens sowohl die aktuelle Drehzahl und der aktuelle Drehwinkel, als auch die aktuelle Drehrichtung ermittelt werden. Das erfindungsgemäße Koaxialgetriebe kann in besonders flexibler Weise an unterschiedlichste Antriebseinheiten bzw. Antriebsmotoren angeschlossen und für unterschiedlichste Anwendungsfälle eingesetzt werden. So kann beispielsweise der Kolbenantrieb eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes mit integrierter Messsensorik aus Sicherheitsgründen auch mittels eines Riementriebs oder eines Explosionsgeschützten Antriebs erfolgen. [0030] As will be explained in more detail below, the coaxial gear according to the invention can be used to determine both the current speed and the current angle of rotation, as well as the current direction of rotation, based on the signals detected by the at least one strain gauge. The coaxial gear according to the invention can be connected in a particularly flexible manner to a wide variety of drive units or drive motors and used for a wide variety of applications. For example, the piston drive of a coaxial gear according to the invention with integrated measuring sensors can also be implemented using a belt drive or an explosion-proof drive for safety reasons.

[0031] Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung dargelegt. Ferner dienen die verwendeten Positionsangaben von Bauteilen oder Komponenten, wie beispielsweise die Begriffe „oben“, „unten“, „oberhalb“, „unterhalb“, „vorne“, „hinten“, „seitlich“, „innerhalb“, „außerhalb“, „in axialer Richtung“, „in radialer Richtung“ und dergleichen, im Wesentlichen dem besseren Verständnis der Erfindung, insbesondere in Verbindung mit den nachfolgenden Zeichnungen. Die verwendeten Positionsangaben können sich möglicherweise auf bestimmte Positionen von einzelnen Bauteilen oder Komponenten des erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes oder auf einzelnen Ansichten in den Figuren beziehen. In jedem Fall sind solche Positionsangaben dem Fachmann geläufig. [0031] Further advantageous embodiments of the invention are set out in the dependent claims and in the following description. Furthermore, the positional information used for parts or components, such as the terms "top", "bottom", "above", "below", "front", "rear", "side", "inside", "outside", "in the axial direction", "in the radial direction" and the like, essentially serve to better understand the invention, in particular in conjunction with the following drawings. The positional information used may possibly refer to specific positions of individual parts or components of the coaxial transmission according to the invention or to individual views in the figures. In any case, such positional information is familiar to the person skilled in the art.

[0032] In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann bei einem Koaxialgetriebe an zumindest drei, bevorzugt in Umfangsrichtung, besonders bevorzugt gleichmäßig, verteilt angeordneten, Kolben jeweils zumindest ein Dehnungsmessstreifen befestigt sein. [0032] In a preferred embodiment of the invention, in a coaxial transmission, at least one strain gauge can be attached to at least three pistons, preferably arranged in a circumferential direction, particularly preferably uniformly, distributed.

[0033] Wie eingangs bereits erwähnt kann mit mindestens drei Kolben sichergestellt werden, dass der nächste Kolben, der mit der Verzahnung seiner ersten Stirnseite gegen die Innenverzahnung, insbesondere flächig, presst, die Hohlwelle oder gegebenenfalls die Führungseinheit nicht in die Gegenrichtung zurückdreht und es bloß zu einem Hin- und Herpendeln der Hohlwelle oder der Führungseinheit um die Drehachse kommt. Durch die Anordnung von jeweils zumindest einem Dehnungsmessstreifen auf zumindest drei Kolben, die vorzugsweise in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, wird gewährleistet, dass zumindest zwei Kolben bzw. Zahnelemente mit ihren jeweiligen Verzahnungen jeweils mit der Innenverzahnung der Hohlwelle zumindest teilweise in Eingriff sind. Mit dieser Anordnung lässt sich damit das jeweils anliegende Drehmoment ermitteln. [0033] As already mentioned at the beginning, with at least three pistons it can be ensured that the next piston, which presses with the toothing of its first end face against the internal toothing, in particular flatly, does not rotate the hollow shaft or, if applicable, the guide unit back in the opposite direction and that there is only a back-and-forth swing of the hollow shaft or the guide unit about the axis of rotation. By arranging at least one strain gauge on at least three pistons, which are preferably distributed in the circumferential direction, it is ensured that at least two pistons or toothed elements with their respective toothings are each at least partially in engagement with the internal toothing of the hollow shaft. With this arrangement, the respective applied torque can be determined.

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[0034] Im Falle eines Kolbenantriebs beispielsweise mittels einer Kurvenscheibe wäre es sogar denkbar, ein solches Koaxialgetriebe mit nur zwei Kolben auszuführen. [0034] In the case of a piston drive, for example by means of a cam disc, it would even be conceivable to design such a coaxial transmission with only two pistons.

[0035] Um eine in Umfangsrichtung möglichst gleichmäßige Verteilung der jeweils mit einem oder mit mehreren Dehnungsmessstreifen ausgerüsteten Kolben zu gewährleisten, kann bei einem erfindungsgemäßen Koaxialgetriebe der zumindest eine Kolbensatz eine geradzahlige Anzahl von zumindest sechs Kolben umfassen, wobei zumindest an jedem zweiten Kolben jeweils zumindest ein Dehnungsmessstreifen befestigt ist. Beispielsweise kann ein Kolbensatz sechszehn Kolben umfassen, wobei auf jedem zweiten Kolben jeweils zumindest ein Dehnungsmessstreifen angeordnet ist und somit insgesamt zumindest acht Dehnungsmessstreifen vorgesehen sind. [0035] In order to ensure the most even distribution possible in the circumferential direction of the pistons, each equipped with one or more strain gauges, in a coaxial transmission according to the invention, the at least one piston set can comprise an even number of at least six pistons, with at least one strain gauge being attached to at least every other piston. For example, a piston set can comprise sixteen pistons, with at least one strain gauge being arranged on every other piston, thus providing a total of at least eight strain gauges.

[0036] Eine besonders exakte, hochauflösende Überwachung des laufenden Betriebs eines Koaxialgetriebes gemäß der Erfindung lässt sich bewerkstelligen, wenn an jedem Kolben jeweils zumindest ein Dehnungsmessstreifen befestigt ist. [0036] A particularly precise, high-resolution monitoring of the ongoing operation of a coaxial transmission according to the invention can be achieved if at least one strain gauge is attached to each piston.

[0037] Um bei einem erfindungsgemäßen Koaxialgetriebe den zumindest einen Dehnungsmessstreifen am jeweiligen Kolben möglichst so befestigen, dass dieser außerhalb des Kraftflusses liegt, der durch das übertragene Drehmoment vom Hohlrad in den Führungssteg erfolgt, kann der zumindest eine Dehnungsmessstreifen in einem ersten Kolbensegment am jeweiligen Kolben angeordnet sein, wobei das erste Kolbensegment einen Außenflächenabschnitt am jeweiligen Kolben bildet und in Radialrichtung parallel zu einer Kolbenlängsachse sowie zumindest abschnittsweise normal zu einer Orientierungsrichtung des zumindest einen Zahns des jeweiligen Kolbens positioniert ist. [0037] In order to fasten the at least one strain gauge to the respective piston in a coaxial transmission according to the invention in such a way that it is outside the force flow which occurs as a result of the torque transmitted from the ring gear into the guide web, the at least one strain gauge can be arranged in a first piston segment on the respective piston, wherein the first piston segment forms an outer surface section on the respective piston and is positioned in the radial direction parallel to a piston longitudinal axis and at least in sections normal to an orientation direction of the at least one tooth of the respective piston.

[0038] Für den Fall, dass nur ein Dehnungsmessstreifen pro Kolben bzw. pro Zahnelement angeordnet ist, wird zur Signalauswertung der Widerstandsänderung des Dehnungsmessstreifens eine sogenannte Wheatstone’sche Viertelbrücke mit drei weiteren Widerständen eingesetzt. Dabei ist eine Temperaturkompensation erforderlich, um die Widerstandsänderung möglichst frei von Temperatureinflüssen bestimmen zu können. Die Temperaturkompensation kann entweder direkt in der Schaltung erfolgen, oder im Rahmen der Signalauswertung berücksichtigt werden. [0038] In the case where only one strain gauge is arranged per piston or per tooth element, a so-called Wheatstone quarter bridge with three additional resistors is used to evaluate the resistance change of the strain gauge. Temperature compensation is required to determine the resistance change with as little influence as possible from temperature. Temperature compensation can either be implemented directly in the circuit or be considered during signal evaluation.

[0039] In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können bei einem Koaxialgetriebe an zumindest einem, vorzugsweise an zumindest drei in Umfangsrichtung verteilt angeordneten, Kolben jeweils zumindest zwei Dehnungsmessstreifen befestigt sein. [0039] In an advantageous development of the invention, in a coaxial transmission, at least two strain gauges can be attached to at least one, preferably to at least three pistons arranged distributed in the circumferential direction.

[0040] Der Einsatz von zumindest zwei Dehnungsmessstreifen an ein und demselben Kolben bietet den Vorteil, dass der zweite Dehnungsmessstreifen entweder als Halbbrückenschaltung zur Temperaturkompensation dienen kann oder als redundante Messeinrichtung verwendet werden kann, mit der die Zuverlässigkeit und Ausfallsicherheit der Mess-Sensorik weiter verbessert wird, falls der erste Dehnungsmessstreifen defekt ist. [0040] The use of at least two strain gauges on one and the same piston offers the advantage that the second strain gauge can either serve as a half-bridge circuit for temperature compensation or can be used as a redundant measuring device, with which the reliability and failure safety of the measuring sensor is further improved if the first strain gauge is defective.

[0041] Für den Fall, dass beispielsweise auf einem großdimensionierten Koaxialgetriebe mit großen Kolben ausreichend Platz vorhanden ist, um auf ein und demselben Kolben vier Dehnungsmessstreifen befestigen zu können, können die vier Dehnungsmessstreifen als eine Vollbrücke verschaltet werden. In dieser Ausführung lässt sich eine Gleichtaktunterdrückung beispielsweise von Störeinstrahlung auf die Sensorleitung realisieren, um besonders präzise Messsignale zu erhalten. Für den Ausführungsfall, dass vier Dehnungsmessstreifen auf ein und derselben Seite eines Kolbens befestigt werden, können mit dieser Anordnung zusätzlich auch die auf den Kolben einwirkenden Biegekräfte im laufenden Getriebebetrieb erfasst und ausgewertet werden. [0041] If, for example, there is sufficient space on a large coaxial gearbox with large pistons to mount four strain gauges on one and the same piston, the four strain gauges can be connected as a full bridge. In this configuration, common-mode suppression, for example of interference on the sensor line, can be achieved in order to obtain particularly precise measurement signals. In the case where four strain gauges are mounted on the same side of a piston, this arrangement can also be used to record and evaluate the bending forces acting on the piston during gearbox operation.

[0042] In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung kann bei einem Koaxialgetriebe jeweils ein erster Dehnungsmessstreifen in einem ersten Kolbensegment sowie ein zweiter Dehnungsmessstreifen in einem dem ersten Kolbensegment gegenüberliegenden zweiten Kolbensegment an demselben Kolben angeordnet sein, wobei das erste Kolbensegment sowie das zweite Kolbensegment jeweils einen Außenflächenabschnitt am jeweiligen Kolben bilden und jeweils in Radialrichtung parallel zu einer Kolbenlängsachse sowie zumindest abschnittsweise normal zu einer Orientierungsrichtung des zumindest einen Zahns des jeweiligen Kolbens positioniert sind. [0042] In a further preferred embodiment of the invention, in a coaxial transmission, a first strain gauge in a first piston segment and a second strain gauge in a second piston segment opposite the first piston segment can be arranged on the same piston, wherein the first piston segment and the second piston segment each form an outer surface section on the respective piston and are each positioned in the radial direction parallel to a piston longitudinal axis and at least in sections normal to an orientation direction of the at least one tooth of the respective piston.

[0043] In vorteilhafter Weise werden bei dieser Anordnung zwei Dehnungsmessstreifen an ei[0043] In this arrangement, two strain gauges are advantageously connected to one

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nander gegenüberliegenden Kolbensegmenten am jeweiligen Kolben jeweils so befestigt, dass diese jeweils außerhalb des Kraftflusses liegen, der durch das übertragene Drehmoment vom Hohlrad in den Führungssteg erfolgt. Each piston is attached to opposite piston segments on the respective piston in such a way that they are each outside the force flow that occurs due to the torque transmitted from the ring gear into the guide web.

[0044] Um die Dehnungsmessstreifen am jeweiligen Kolben möglichst vor mechanischer Beschädigung geschützt befestigen zu können, ist bzw. sind in einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung bei einem Koaxialgetriebe ein erstes Kolbensegment und/oder ein zweites Kolbensegment jeweils als ein angefaster Außenflächenabschnitt am jeweiligen Kolben ausgebildet, wobei vorzugsweise eine Fasenbreite des ersten Kolbensegments und/oder eine Fasenbreite des zweiten Kolbensegments jeweils größer gleich einer Breite eines Dehnungsmessstreifens ist bzw. sind. Durch das Anfasen eines oder zweier Außenflächenabschnitte am Kolben wird ausreichend Platz bzw. Freiraum geschaffen, um einen oder mehrere Dehnungsmesstreifen am jeweiligen Kolbensegment zu befestigen, ohne dass die Dehnungsmesstreifen an den angrenzenden Führungsstegen der Führungseinheit anstreifen. [0044] In order to be able to attach the strain gauges to the respective piston with as little mechanical damage as possible, in a further advantageous embodiment of the invention, in a coaxial transmission, a first piston segment and/or a second piston segment is/are each formed as a chamfered outer surface section on the respective piston, wherein preferably a chamfer width of the first piston segment and/or a chamfer width of the second piston segment is/are each greater than or equal to a width of a strain gauge. By chamfering one or two outer surface sections on the piston, sufficient space or clearance is created to attach one or more strain gauges to the respective piston segment without the strain gauges touching the adjacent guide webs of the guide unit.

[0045] Alternativ oder ergänzend zu einem oder mehreren angefasten Außenflächenabschnitten am jeweiligen Kolben ist es im Rahmen der Erfindung weiters vorgesehen, dass korrespondierend zur Position eines ersten Kolbensegments und/oder korrespondierend zur Position eines zweiten Kolbensegments des jeweiligen Kolbens am jeweils angrenzenden Führungssteg der Führungseinheit jeweils eine Stegausnehmung angeordnet sein kann, wobei die jeweilige Stegausnehmung in Radialrichtung parallel zur Kolbenlängsachse des betreffenden Kolbens verläuft und der zumindest eine Dehnungsmessstreifen zumindest abschnittsweise in der Stegausnehmung angeordnet ist, wobei die jeweilige Stegausnehmung vorzugsweise eine Ausnehmungsbreite aufweist, welche Ausnehmungsbreite größer gleich einer Breite eines Dehnungsmessstreifens ist. Bei dieser Ausführung bildet die Stegausnehmung im Führungssteg den erforderlichen Freiraum für den Dehnungsmessstreifen am angrenzenden Kolben, um ein Anstreifen des Dehnungsmessstreifens am Führungssteg zu verhindern. [0045] Alternatively or in addition to one or more chamfered outer surface sections on the respective piston, it is further provided within the scope of the invention that a web recess can be arranged on the respectively adjacent guide web of the guide unit corresponding to the position of a first piston segment and/or corresponding to the position of a second piston segment of the respective piston, wherein the respective web recess runs in the radial direction parallel to the piston longitudinal axis of the respective piston and the at least one strain gauge is arranged at least in sections in the web recess, wherein the respective web recess preferably has a recess width which is greater than or equal to a width of a strain gauge. In this embodiment, the web recess in the guide web forms the necessary clearance for the strain gauge on the adjacent piston in order to prevent the strain gauge from rubbing against the guide web.

[0046] Um ein Koaxialgetriebe gemäß der Erfindung bereitstellen zu können, das möglichst vielseitig und flexibel für unterschiedlichste Anwendungsfälle geeignet ist, kann der zumindest eine Dehnungsmessstreifen ausgewählt sein aus der Gruppe umfassend oder bestehend aus: FolienDehnungsmessstreifen, Halbleiter-Dehnungsmessstreifen, Rosetten-Dehnungsmessstreifen, Draht-Dehnungsmessstreifen. [0046] In order to provide a coaxial transmission according to the invention which is as versatile and flexible as possible for a wide variety of applications, the at least one strain gauge can be selected from the group comprising or consisting of: foil strain gauges, semiconductor strain gauges, rosette strain gauges, wire strain gauges.

[0047] Folien-Dehnungsmessstreifen werden üblicherweise auf einen dünnen Kunststoffträger kaschiert und mit dem Träger, hier dem jeweiligen Kolben, fest verklebt. Die Kombination von mehreren Dehnungsmessstreifen auf einem Träger in einander teilweise überlappender Anordnung wird als Rosetten-Dehnungsmessstreifen oder Dehnungsmessrosette bezeichnet. Halbleiter-Dehnungsmessstreifen bieten aufgrund eines piezoresistiven Effekts den Vorteil, relativ hohe k-Faktoren, also hohe Empfindlichkeiten aufzuweisen und besonders kompakte Baugrößen zu haben. Draht-Dehnungsmessstreifen bieten den Vorteil, auch bei hohen Betriebstemperaturen eingesetzt werden zu können. [0047] Foil strain gauges are usually laminated onto a thin plastic carrier and firmly bonded to the carrier, in this case the respective piston. The combination of several strain gauges on a carrier in a partially overlapping arrangement is referred to as a rosette strain gauge or strain gauge rosette. Due to a piezoresistive effect, semiconductor strain gauges offer the advantage of relatively high k-factors, i.e., high sensitivities, and particularly compact dimensions. Wire strain gauges offer the advantage of being able to be used even at high operating temperatures.

[0048] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann bei einem Koaxialgetriebe der Kolbenantrieb eine um die Drehachse drehbare Kurbelwelle mit zumindest einem Pleuellager umfassen, wobei zumindest ein Pleuel vorgesehen ist, welcher Pleuel mit einem oder mit mehreren Kolben des zumindest einen Kolbensatzes sowie mit dem zumindest einen Pleuellager gekoppelt ist. [0048] In a preferred embodiment of the invention, in a coaxial transmission, the piston drive can comprise a crankshaft rotatable about the axis of rotation with at least one connecting rod bearing, wherein at least one connecting rod is provided, which connecting rod is coupled to one or more pistons of the at least one piston set and to the at least one connecting rod bearing.

[0049] Es lassen sich mit solchen Koaxialgetrieben, die auch als Kurbelwellengetriebe bezeichnet werden, jeweils in vorteilhafter Weise hohe Drehmomente bei kompakter, kleiner Bauweise übertragen, wobei ein hohes Übersetzungsverhältnis sowie eine hohe Genauigkeit bzw. Spielfreiheit mit den betreffenden Koaxialgetrieben ermöglicht wird. [0049] Such coaxial gears, which are also referred to as crankshaft gears, can advantageously transmit high torques in a compact, small design, whereby a high transmission ratio as well as a high degree of accuracy and freedom from backlash are made possible with the coaxial gears in question.

[0050] Alternativ kann es bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes vorgesehen sein, dass der Kolbenantrieb zumindest eine um die Drehachse drehbare Kurvenscheibe oder Piezoelemente oder Linearmotoren umfasst. [0050] Alternatively, in a further preferred embodiment of the coaxial transmission according to the invention, it can be provided that the piston drive comprises at least one cam disc or piezo elements or linear motors rotatable about the axis of rotation.

[0051] Um eine besonders kompakte Bauweise eines Koaxialgetriebes bereitstellen zu können, [0051] In order to provide a particularly compact design of a coaxial gearbox,

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kann in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführung zur Verbindung der Kolben des jeweiligen Kolbensatzes mit dem zumindest einen Pleuellager jeweils ein gemeinsamer, sternförmig ausgebildeter Pleuel, mit dem die Kolben des jeweiligen Kolbensatzes gekoppelt sind, vorgesehen sein. In a further embodiment according to the invention, a common, star-shaped connecting rod, to which the pistons of the respective piston set are coupled, can be provided for connecting the pistons of the respective piston set to the at least one connecting rod bearing.

[0052] Zur Koppelung der Kolben des jeweiligen Kolbensatzes mit dem zugehörigen sternförmig ausgebildeten Pleuel können in den Kolben Langlöcher vorgesehen sein, wobei die Langlöcher quer zur Radialrichtung verlaufen. Am sternförmigen Pleuel sind in dieser Ausführung Kopplungsbolzen befestigt, die mit den Langlöchern in Eingriff stehen. [0052] To couple the pistons of the respective piston set to the associated star-shaped connecting rod, elongated holes may be provided in the pistons, with the elongated holes extending transversely to the radial direction. In this design, coupling bolts are attached to the star-shaped connecting rod, which engage with the elongated holes.

[0053] Alternativ dazu kann zur Verbindung jedes Kolbens des jeweiligen Kolbensatzes mit dem zumindest einen Pleuellager jeweils ein eigener Pleuel vorgesehen sein. [0053] Alternatively, a separate connecting rod can be provided to connect each piston of the respective piston set to the at least one connecting rod bearing.

[0054] Die eingangs genannte Aufgabe wird auch mit einem erfindungsgemäßen System umfassend ein Koaxialgetriebe sowie eine Auswerteeinrichtung für die Erfassung und Auswertung von Messdaten gelöst, wobei [0054] The object mentioned at the outset is also achieved with a system according to the invention comprising a coaxial gear and an evaluation device for the acquisition and evaluation of measurement data, wherein

- die Auswerteeinrichtung eine Messdaten-Erfassungseinheit sowie eine Messdaten-Analyseeinheit umfasst, wobei - the evaluation device comprises a measurement data acquisition unit and a measurement data analysis unit, wherein

- die Messdaten-Erfassungseinheit mit dem zumindest einen, vorzugsweise mit zumindest drei, besonders bevorzugt mit sämtlichen, Dehnungsmessstreifen des Koaxialgetriebes signalmäBig verbunden ist, und die Messdaten-Erfassungseinheit zur Erfassung von Widerstandsänderungen jedes der Dehnungsmessstreifen mittels zumindest einer Brückenschaltung eingerichtet ist und entsprechende Spannungssignale ausgibt, und wobei - the measurement data acquisition unit is signal-connected to the at least one, preferably to at least three, particularly preferably to all, strain gauges of the coaxial transmission, and the measurement data acquisition unit is configured to detect resistance changes of each of the strain gauges by means of at least one bridge circuit and outputs corresponding voltage signals, and wherein

- die Messdaten-Analyseeinheit dazu eingerichtet ist, anhand der von der Messdaten-Erfassungseinheit ausgegebenen Spannungssignale jedes der Dehnungsmessstreifen zumindest ein Istwert-Signal einer aktuellen Drehgeschwindigkeit und/oder einer aktuellen Drehwinkellage und/oder Drehrichtung und/oder eines aktuellen Drehmoments und/oder einer aktuellen Temperatur und/oder einer aktuell wirkenden Kraft zu bestimmen, und vorzugsweise an eine Steuerungseinrichtung und/oder an eine externe Datenüberwachungseinrichtung auszugeben. - the measurement data analysis unit is configured to determine at least one actual value signal of a current rotational speed and/or a current rotational angle position and/or direction of rotation and/or a current torque and/or a current temperature and/or a currently acting force on the basis of the voltage signals output by the measurement data acquisition unit of each of the strain gauges, and preferably to output said actual value signal to a control device and/or to an external data monitoring device.

[0055] Je nach Anzahl, Positionierung sowie Konfiguration der eingesetzten Dehnungsmessstreifen können mit der Messdaten-Erfassungseinheit auch mehrere oder sämtliche der genannten Betriebsparameter umfassend: eine aktuelle Drehgeschwindigkeit, eine aktuelle Drehwinkellage, die aktuelle Drehrichtung, ein aktuelles Drehmoment; eine aktuelle Temperatur und/oder eine aktuell wirkende Kraft bestimmt werden. Hinsichtlich der aktuell wirkenden Kraft wird hiermit klargestellt, dass der jeweilige Dehnungsmessstreifen jeweils die auf den betreffenden Kolben, auf dem der Dehnungsmessstreifen befestigt ist, einwirkende mechanische Spannung, also eine Dehnung oder Stauchung des Kolbens, erfasst. Somit bestimmt der jeweilige Dehnungsmessstreifen streng genommen also die jeweils auf den betreffenden Kolben einwirkende Kraft bzw. das Drehmoment, welches auf das Koaxialgetriebe einwirkt. [0055] Depending on the number, positioning, and configuration of the strain gauges used, the measurement data acquisition unit can also determine several or all of the aforementioned operating parameters, including: a current rotational speed, a current rotational angle, the current rotational direction, a current torque; a current temperature, and/or a currently acting force. With regard to the currently acting force, it is hereby clarified that the respective strain gauge detects the mechanical stress acting on the respective piston to which the strain gauge is attached, i.e., an elongation or compression of the piston. Thus, strictly speaking, the respective strain gauge determines the force acting on the respective piston or the torque acting on the coaxial gear.

[0056] Ein erfindungsgemäßes Koaxialgetriebe samt einer zugehörigen Auswerteeinrichtung für die Erfassung und Auswertung von Messdaten kann in besonders flexibler Weise für unterschiedlichste Anwendungen eingesetzt werden. Wie eingangs bereits erwähnt, kann prinzipiell jeder Antriebsmotor an das Koaxialgetriebe angeschlossen mit diesem gekoppelt werden. In vorteilhafter Weise ist auch die Auswerteeinheit „herstelleroffen“ konfiguriert und kann die Messsignale bzw. Spannungssignale unterschiedlicher Dehnungsmessstreifen unabhängig vom jeweiligen Hersteller der Dehnungsmessstreifen verarbeiten. [0056] A coaxial gear unit according to the invention, together with an associated evaluation device for acquiring and evaluating measurement data, can be used in a particularly flexible manner for a wide variety of applications. As already mentioned above, in principle, any drive motor can be connected to the coaxial gear unit and coupled to it. Advantageously, the evaluation unit is also configured to be "manufacturer-independent" and can process the measurement signals or voltage signals from different strain gauges regardless of the respective strain gauge manufacturer.

[0057] Die Messdaten-Erfassungseinheit kann zusätzlich zur zumindest einen Brückenschaltung für die Erfassung von Widerstandsänderungen jedes der Dehnungsmessstreifen sowie zu zumindest einem Messverstärker, um entsprechende Spannungssignale ausgeben zu können, zumindest einen oder mehrere weitere der folgenden elektronischen Bauteilen und Komponenten zur Signalkalibrierung oder Signalnormierung umfassen: einen weiteren Signalwertverstärker, einen A/D-Wandler /(Analog- Digital-Wandler), einen elektronischen Bauteil zur Signalwertnormierung, einen elektronischen Bauteil zur Nullwertnormierung, einen elektronischen Bauteil zur Signalwertnormierung samt Signalwertanpassung mittels Signal-Offset, einen Spannungsbegrenzer, und/ [0057] The measurement data acquisition unit may, in addition to the at least one bridge circuit for detecting resistance changes of each of the strain gauges and at least one measuring amplifier in order to be able to output corresponding voltage signals, comprise at least one or more of the following further electronic components and components for signal calibration or signal standardization: a further signal value amplifier, an A/D converter (analog-digital converter), an electronic component for signal value standardization, an electronic component for zero value standardization, an electronic component for signal value standardization including signal value adjustment by means of signal offset, a voltage limiter, and/

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oder einen D/A-Wandler (Digital-Analog-Wandler). Der zumindest eine Messverstärker kann dazu eingerichtet sein, eine Gleichspannung zum Beaufschlagen der Dehnungsmessstreifen bereitzustellen. or a D/A converter (digital-to-analog converter). The at least one measuring amplifier can be configured to provide a DC voltage for applying voltage to the strain gauges.

[0058] Die Messdaten-Analyseeinheit kann beispielsweise einen CPU-Rechenprozessor, einen Arbeitsspeicher, eine Einrichtung zur Datenspeicherung samt einem Konfigurationsdatenspeicher, der zur Speicherung von Konfigurationsdaten dient, sowie einen Signalwandler umfassen. [0058] The measurement data analysis unit may, for example, comprise a CPU computing processor, a working memory, a data storage device including a configuration data memory used to store configuration data, and a signal converter.

[0059] In vorteilhafter Weise kann mit dem erfindungsgemäßen System beispielsweise die Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle oder der Führungseinheit ermittelt werden, wobei die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet ist, zumindest ein Istwert-Signal einer aktuellen Drehgeschwindigkeit zu bestimmen. Ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Drehgeschwindigkeit unter Verwendung des erfindungsgemäßen Systems umfasst dazu die folgenden Schritte: [0059] Advantageously, the system according to the invention can be used, for example, to determine the rotational speed of the hollow shaft or the guide unit, wherein the evaluation device is configured to determine at least one actual value signal of a current rotational speed. A method for determining a current rotational speed using the system according to the invention comprises the following steps:

- Erfassen und Auswerten der Spannungssignale zumindest eines Dehnungsmessstreifens, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen, während des Betriebs des Koaxialgetriebes; - detecting and evaluating the voltage signals of at least one strain gauge, preferably all strain gauges, during operation of the coaxial gear;

- Bestimmen einer Periodendauer P als Zeitintervall zwischen zwei korrespondierenden Spannungsspitzen des Spannungssignals des betreffenden Dehnungsmessstreifens; - Determining a period P as the time interval between two corresponding voltage peaks of the voltage signal of the strain gauge in question;

- Umrechnen der Periodendauer P unter Berücksichtigung der Anzahl L der Lücken der Innenverzahnung der Hohlwelle in eine aktuelle Drehgeschwindigkeit @=(27/L)/P. - Convert the period P taking into account the number L of gaps in the internal gearing of the hollow shaft into a current rotational speed @=(27/L)/P.

[0060] Um die aktuelle Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle oder der Führungseinheit des Koaxialgetriebes zu ermitteln, wird die Periodendauer P als Zeitintervall t2-t1 zwischen zwei korrespondierenden Spannungsspitzen des Spannungssignals des betreffenden Dehnungsmessstreifens ausgewertet. [0060] In order to determine the current rotational speed of the hollow shaft or the guide unit of the coaxial gear, the period P is evaluated as the time interval t2-t1 between two corresponding voltage peaks of the voltage signal of the respective strain gauge.

[0061] Der zu einer Periode P zugehörige Drehwinkel ist ®=27/L. [0062] L bezeichnet dabei die Anzahl der Lücken der Innenverzahnung der Hohlwelle. [0063] Die Drehgeschwindigkeit m=®/P=(27/L)/P wird in [rad/s] angegeben. [0061] The angle of rotation corresponding to a period P is ®=27/L. [0062] L denotes the number of gaps in the internal gearing of the hollow shaft. [0063] The rotational speed m=®/P=(27/L)/P is given in [rad/s].

[0064] Um die Drehzahl zu ermitteln wird ebenfalls die Periodendauer als Zeitintervall zwischen zwei korrespondierenden Spannungsspitzen des Spannungssignals des betreffenden Dehnungsmessstreifens ausgewertet. Die Periodendauer ist direkt proportional zur Drehzahl. Beispielsweise sind bei einer Getriebeuntersetzung von 100:1 damit 100 Kolbenhübe erforderlich, um eine Umdrehung der Hohlwelle oder der Führungseinheit des Koaxialgetriebes zu erreichen. Der Abstand zwischen zwei korrespondierenden Spannungsspitzen entspricht in diesem Fall somit einem Drehwinkel ® von 3,6°. Die Periodendauer definiert die Drehgeschwindigkeit. [0064] To determine the rotational speed, the period duration is also evaluated as the time interval between two corresponding voltage peaks of the voltage signal of the respective strain gauge. The period duration is directly proportional to the rotational speed. For example, with a gear reduction ratio of 100:1, 100 piston strokes are required to achieve one revolution of the hollow shaft or the guide unit of the coaxial gear. The distance between two corresponding voltage peaks in this case corresponds to a rotation angle ® of 3.6°. The period duration defines the rotational speed.

[0065] Für die Ermittlung der Drehrichtung ist die Reihenfolge der einlangenden Spannungssignale von zumindest zwei Dehnungsmessstreifen, die an unterschiedlichen Kolben befestigt sind, auszuwerten. Beispielsweise ist eine Signalabfolge der einlangenden Spannungssignale der Dehnungsmessstreifen zuerst am ersten Kolben und zeitversetzt am zweiten Kolben gegenläufig zu einer Signalabfolge der einlangenden Spannungssignale der Dehnungsmessstreifen zuerst am zweiten Kolben und anschließend bzw. zeitversetzt am ersten Kolben. [0065] To determine the direction of rotation, the sequence of the incoming voltage signals from at least two strain gauges attached to different pistons must be evaluated. For example, a signal sequence of the incoming voltage signals from the strain gauges first at the first piston and with a time delay at the second piston is opposite to a signal sequence of the incoming voltage signals from the strain gauges first at the second piston and then, or with a time delay, at the first piston.

[0066] Um mit dem erfindungsgemäßen System die aktuelle Drehwinkellage der Hohlwelle oder der Führungseinheit ermitteln zu können, ist die Auswerteeinrichtung dazu eingerichtet, zumindest ein Istwert-Signal einer aktuellen Drehwinkellage zu bestimmen. Ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Drehwinkellage unter Verwendung des erfindungsgemäßen Systems umfasst dazu die folgenden Schritte: [0066] In order to be able to determine the current angular position of the hollow shaft or the guide unit using the system according to the invention, the evaluation device is configured to determine at least one actual value signal of a current angular position. A method for determining a current angular position using the system according to the invention comprises the following steps:

- Erfassen und Auswerten der Spannungssignale zumindest eines Dehnungsmessstreifens, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen, während des Betriebs des Koaxialgetriebes; - detecting and evaluating the voltage signals of at least one strain gauge, preferably all strain gauges, during operation of the coaxial gear;

- Bestimmen der jeweiligen Zeitpunkte von Spannungsspitzen des betreffenden Dehnungsmessstreifens; - Determining the respective times of voltage peaks of the strain gauge in question;

- Zuordnen der jeweiligen Zeitpunkte von Spannungsspitzen unter Berücksichtigung der Anzahl der Lücken L der Innenverzahnung der Hohlwelle als Inkrement einer aktuellen Drehwinkellage des betreffenden Dehnungsmessstreifens. - Assignment of the respective times of stress peaks taking into account the number of gaps L of the internal gearing of the hollow shaft as an increment of a current rotational angle position of the strain gauge in question.

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[0067] Wenn es sich bei den Zeitpunkten t4,t2,...,tn um korrespondierende Spannungsspitzen handelt, dann ist n die Anzahl der Perioden P bzw. der Lücken L bzw. Ausnehmungen in der Innenverzahnung, in die der jeweilige Kolben eingegriffen hat. Im Zeitintervall vom Zeitpunkt to=0 bis zum Zeitpunkt t, hat sich die Hohlwelle oder die Führungseinheit des Koaxialgetriebes daher um einen DifferenzDrehwinkel A®=n: 27/L weitergedreht. [0067] If the times t4, t2,..., tn are corresponding stress peaks, then n is the number of periods P or gaps L or recesses in the internal gearing into which the respective piston has engaged. In the time interval from time t0=0 to time t, the hollow shaft or the guide unit of the coaxial gear has therefore rotated further by a differential angle of rotation A®=n: 27/L.

[0068] Die aktuelle Drehwinkellage ist dann ®=®,+A®, wobei %, ein bekannter Drehwinkel zum Zeitpunkt to=0 ist. [0068] The current rotation angle position is then ®=®,+A®, where %, is a known rotation angle at time t0=0.

[0069] Um die Drehwinkellage zu erfassen werden also die jeweiligen Zeitpunkte von Spannungsspitzen unter Berücksichtigung der Anzahl der Lücken L der Innenverzahnung der Hohlwelle als Inkrement einer aktuellen Drehwinkellage des betreffenden Dehnungsmessstreifens zugeordnet. Der Impuls einer Spannungsspitze kann beispielsweise als Inkrement für einen Drehwinkel © von 3,6° (entsprechend dem obigen Beispiel) gewertet werden. Je mehr Kolben bzw. „Zahnelemente“ mit Dehnungsmessstreifen beaufschlagt werden, desto höher ist die Auflösung des Gesamtsystems. Bei einem Koaxialgetriebe, bei dem beispielsweise 16 Kolben mit Dehnungsmessstreifen ausgerüstet sind, resultieren 16 Messimpulse pro 3,6° Drehwinkel. Damit lässt sich die Drehwinkellage mit einer Genauigkeit von 0,225° Drehwinkel-Schritten auflösen. Wird zusätzlich auch noch die Charakteristik der Mess-Signale mit betrachtet, so können pro Zahneingriff beispielsweise drei (oder mehr) markante, korrespondierende Spannungsspitzen ausgewertet werden. Zum Beispiel können die korrespondierenden Spannungsspitzen zum Zeitpunkt des Eingreifens der Zähne, zum Zeitpunkt der Spannungsspitzen bei der höchsten Last während des Zahneingriffs, und/oder zum Zeitpunkt des Ausfahrens beim Lösen des Zahneingriffs erfasst werden. Damit lässt sich die Auflösung der Drehwinkellage weiter erhöhen und die Drehwinkellage kann beispielsweise mit einer Genauigkeit von 0,225°/3, somit also in 0,075° Drehwinkel-Schritten angegeben werden. Mittels weitergehender Signalanalysen lässt sich die Genauigkeit der Drehwinkel-Bestimmung noch weiter erhöhen. [0069] In order to record the angular position, the respective times of stress peaks are assigned as an increment of a current angular position of the respective strain gauge, taking into account the number of gaps L of the internal gearing of the hollow shaft. The pulse of a stress peak can, for example, be evaluated as an increment for a rotation angle © of 3.6° (corresponding to the example above). The more pistons or "tooth elements" are subjected to strain gauges, the higher the resolution of the overall system. In a coaxial gearbox in which, for example, 16 pistons are equipped with strain gauges, 16 measuring pulses result per 3.6° angle of rotation. This allows the angular position to be resolved with an accuracy of 0.225° angle of rotation steps. If the characteristics of the measuring signals are also taken into account, three (or more) significant, corresponding stress peaks can be evaluated per tooth engagement. For example, the corresponding stress peaks can be recorded at the moment of tooth engagement, at the moment of stress peaks at the highest load during tooth engagement, and/or at the moment of extension upon disengagement. This allows the resolution of the angular position to be further increased, and the angular position can be specified, for example, with an accuracy of 0.225°/3, i.e., in 0.075° angle increments. The accuracy of the angle determination can be further increased using more extensive signal analysis.

[0070] Mit dem erfindungsgemäßen System kann auch das aktuelle Drehmoment des Koaxialgetriebes bestimmt werden. Die Auswerteeinrichtung ist dazu eingerichtet, zumindest ein IstwertSignal eines aktuellen Drehmoments zu bestimmen. Ein Verfahren zum Bestimmen eines aktuellen Drehmoments unter Verwendung des erfindungsgemäßen Systems umfasst dazu die folgenden Schritte: [0070] The system according to the invention can also be used to determine the current torque of the coaxial transmission. The evaluation device is configured to determine at least one actual value signal of a current torque. A method for determining a current torque using the system according to the invention comprises the following steps:

- Erfassen und Auswerten der Spannungssignale zumindest eines Dehnungsmessstreifens, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen, während des Betriebs des Koaxialgetriebes; - detecting and evaluating the voltage signals of at least one strain gauge, preferably all strain gauges, during operation of the coaxial gear;

- Kalibrieren des zumindest einen Dehnungsmessstreifens, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen, bei vordefinierten Drehmomenten und Zuordnen der jeweiligen Spannungsamplituden von Spannungsspitzen des betreffenden Dehnungsmessstreifens jeweils einem kalibrierten Drehmoment-Wert; - Calibrating the at least one strain gauge, preferably all strain gauges, at predefined torques and assigning the respective voltage amplitudes of voltage peaks of the respective strain gauge to a calibrated torque value;

- Vergleichen der jeweiligen aktuellen Spannungsamplituden von Spannungsspitzen des betreffenden Dehnungsmessstreifens während des Betriebs des Koaxialgetriebes mit den kalibrierten Drehmoment-Werten und Bestimmen eines aktuellen Drehmoments. - Comparing the respective current voltage amplitudes of voltage peaks of the respective strain gauge during operation of the coaxial gear with the calibrated torque values and determining a current torque.

[0071] Der Schritt des Kalibrierens des zumindest einen Dehnungsmessstreifens bzw. sämtlicher Dehnungsmessstreifen ist grundsätzlich nur ein einziges Mal zu Beginn der Messungen durchzuführen. [0071] The step of calibrating at least one strain gauge or all strain gauges is generally to be carried out only once at the beginning of the measurements.

[0072] Das Drehmoment wird durch die Auswertung der Spannungsamplitude bestimmt. Dabei wird das Signal für unterschiedliche Drehmomente im zusammengebauten Zustand des Koaxialgetriebes aufgezeichnet und das System damit kalibriert. Eine bestimmte Spannungsamplitude wird dabei einem kalibrierten Drehmoment-Wert zugeordnet. Eine mathematische Berechnung ist aufgrund der zahlreichen Einflüsse aufgrund von Reibung oder Fertigungsabweichungen im realen Betrieb des Koaxialgetriebes nur schwer analytisch lösbar. Durch numerische Methoden kann ein Faktor k, der abhängig von der Drehzahl, der Temperatur und den Materialeigenschaften des jeweiligen Dehnungsmessstreifens ist, bestimmt werden. Da jeder Dehnungsmessstreifen individuelle Materialeigenschaften gemäß dem jeweiligen Datenblatt aufweist, müssen diese bei [0072] The torque is determined by evaluating the voltage amplitude. The signal is recorded for different torques in the assembled state of the coaxial gear, and the system is calibrated using this. A specific voltage amplitude is assigned to a calibrated torque value. A mathematical calculation is difficult to solve analytically due to the numerous influences caused by friction or manufacturing deviations in the actual operation of the coaxial gear. Using numerical methods, a factor k can be determined, which depends on the speed, the temperature, and the material properties of the respective strain gauge. Since each strain gauge has individual material properties according to the respective data sheet, these must be

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der Kalibrierung mitberücksichtigt werden. be taken into account in the calibration.

[0073] Das jeweilige Drehmoment M lässt sich demnach als Funktion des Faktors und der resultierenden Kraft Fries bestimmen: M=Kk:Fres [0073] The respective torque M can therefore be determined as a function of the factor and the resulting force Fries: M=Kk:Fres

[0074] Mit dem erfindungsgemäßen System kann außerdem auch eine aktuelle Temperatur innerhalb des Koaxialgetriebes bzw. am Ort des betreffenden Dehnungsmessstreifens bestimmt werden. Dazu ist die Auswerteeinrichtung eingerichtet, zumindest ein Istwert-Signal einer aktuellen Temperatur zu bestimmen. Ein Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Temperatur unter Verwendung des erfindungsgemäßen Systems umfasst dazu die folgenden Schritte: [0074] The system according to the invention can also be used to determine a current temperature within the coaxial transmission or at the location of the respective strain gauge. For this purpose, the evaluation device is configured to determine at least one actual value signal of a current temperature. A method for determining a current temperature using the system according to the invention comprises the following steps:

- Erfassen und Auswerten der Spannungssignale zumindest eines Dehnungsmessstreifens, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen, während des Betriebs des Koaxialgetriebes; - detecting and evaluating the voltage signals of at least one strain gauge, preferably all strain gauges, during operation of the coaxial gear;

- Kalibrieren des zumindest einen Dehnungsmessstreifens, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen, bei vordefinierten Temperaturen und Zuordnen eines Offsets des jeweiligen Spannungssignals des betreffenden Dehnungsmessstreifens einem bekannten, beim Kalibrieren vorherrschenden Temperatur-Wert; - Calibrating the at least one strain gauge, preferably all strain gauges, at predefined temperatures and assigning an offset of the respective voltage signal of the respective strain gauge to a known temperature value prevailing during calibration;

- Bestimmen von korrespondierenden Spannungsspitzen des Spannungssignals des betreffenden Dehnungsmessstreifens über der Zeit und Bestimmen der Steigung S eines Signaldrifts; - Determining corresponding voltage peaks of the voltage signal of the strain gauge in question over time and determining the slope S of a signal drift;

- Berechnung einer relativen Temperaturänderung AT durch Multiplikation von S mit einer entsprechenden bekannten Materialkonstante des betreffenden Dehnungsmessstreifens; - Calculation of a relative temperature change AT by multiplying S by a corresponding known material constant of the strain gauge in question;

- Bestimmen einer Ausgangstemperatur To anhand des Offsets des Spannungssignals in einem Anfangszeitbereich; - Determining an initial temperature To based on the offset of the voltage signal in an initial time range;

- Bestimmen der aktuellen Temperatur T durch Addition von To und AT. - Determine the current temperature T by adding To and AT.

[0075] Die Steigung S des Signaldrifts gibt Auskunft über die relative Temperaturänderung. Mit zunehmender Betriebstemperatur wandert das Spannungssignal zu höheren Spannungswerten. Der Signalbereich (beispielsweise 0-10 V) muss entsprechend innerhalb des während des Betriebs des Koaxialgetriebes zu erwartenden Temperatur-Bereiches liegen. Die Charakteristik des Temperaturverhaltens des betreffenden Dehnungsmessstreifens lässt sich aus seinem Temperaturkoeffizienten (englisch: Temperature Coefficient of Gauge Factor), also einer Materialkonstante gemäß dem Datenblatt des Dehnungsmessstreifens bestimmen. Damit kann der Messbereich der Spannungssignale entsprechend eines zu erwartenden Temperaturbereichs während des Betriebs des Koaxialgetriebes eingestellt werden. [0075] The slope S of the signal drift provides information about the relative temperature change. As the operating temperature increases, the voltage signal moves to higher voltage values. The signal range (e.g., 0-10 V) must therefore lie within the temperature range expected during operation of the coaxial gear. The characteristic of the temperature behavior of the strain gauge in question can be determined from its temperature coefficient (Temp. Coefficient of Gauge Factor), i.e., a material constant according to the strain gauge data sheet. This allows the measuring range of the voltage signals to be adjusted according to the expected temperature range during operation of the coaxial gear.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN SHORT DESCRIPTION OF THE CHARACTERS

[0076] Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die schematischen Zeichnungen sind jeweils beispielhaft und sollen den Erfindungsgedanken darlegen. [0076] The invention will now be explained in more detail with reference to exemplary embodiments. The schematic drawings are each exemplary and are intended to illustrate the inventive concept.

[0077] Dabei zeigen: [0077] Showing:

[0078] Fig. 1 in einer schematischen Schnittansicht ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes; [0078] Fig. 1 shows a schematic sectional view of a first embodiment of a coaxial transmission according to the invention;

[0079] Fig. 2 in einer isometrischen Ansicht schräg von der Seite einen Kolben eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes mit einem daran befestigten Dehnungsmessungsstreifen; [0079] Fig. 2 shows an isometric view obliquely from the side of a piston of a coaxial transmission according to the invention with a strain gauge attached thereto;

[0080] Fig. 3 in einer isometrischen Ansicht teilweise freigeschnitten einen Kolben eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes mit zwei daran befestigten Dehnungsmessungsstreifen; [0080] Fig. 3 shows an isometric view, partially cut away, of a piston of a coaxial transmission according to the invention with two strain gauges attached thereto;

[0081] Fig. 4 in einer teilweisen Schnittansicht von oben den in Fig. 3 gezeigten Kolben mit angefasten Kolbensegmenten zur Aufnahme der Dehnungsmessstreifen innerhalb einer Führungseinheit; [0081] Fig. 4 is a partial sectional view from above of the piston shown in Fig. 3 with chamfered piston segments for receiving the strain gauges within a guide unit;

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[0082] Fig. 5 in einer teilweisen Schnittansicht von oben einen Kolben eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes mit zwei daran befestigten Dehnungsmessungsstreifen innerhalb einer Führungseinheit mit Stegausnehmungen; [0082] Fig. 5 shows a partially sectional view from above of a piston of a coaxial transmission according to the invention with two strain gauges attached thereto within a guide unit with web recesses;

[0083] Fig. 6 das in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes mit weiteren Angaben; [0083] Fig. 6 shows the first embodiment of a coaxial transmission according to the invention shown in Fig. 1 with further details;

[0084] Fig. 7 das in Fig. 6 gezeigte Koaxialgetriebe in einer Schnittansicht von der Seite gemäß der in Fig. 6 eingezeichneten Schnittebene A-A; [0084] Fig. 7 shows the coaxial transmission shown in Fig. 6 in a sectional view from the side according to the section plane A-A shown in Fig. 6;

[0085] Fig. 8 in einer schematischen Schnittansicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes; [0085] Fig. 8 shows a schematic sectional view of a second embodiment of a coaxial transmission according to the invention;

[0086] Fig. 9 das in Fig. 8 gezeigte Koaxialgetriebe in einer Schnittansicht von der Seite gemäß der in Fig. 8 eingezeichneten Schnittebene B-B; [0086] Fig. 9 shows the coaxial transmission shown in Fig. 8 in a sectional view from the side according to the section plane B-B shown in Fig. 8;

[0087] Fig. 10 ein schematisches Signalflussbild eines Systems eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes mit einer Auswerteeinrichtung für die Erfassung und Auswertung von Messdaten; [0087] Fig. 10 is a schematic signal flow diagram of a system of a coaxial transmission according to the invention with an evaluation device for the acquisition and evaluation of measurement data;

[0088] Fig. 11 ein schematisches Schaltungsbild einer Wheatstone’schen Brückenschaltung einer Viertelbrücke; [0088] Fig. 11 is a schematic circuit diagram of a Wheatstone bridge circuit of a quarter bridge;

[0089] Fig. 12 ein schematisches Signalflussbild einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Messsignalaufnahme; [0089] Fig. 12 is a schematic signal flow diagram of an embodiment of a measurement signal recording device according to the invention;

[0090] Fig. 13 in einem Diagramm den Spannungsverlauf eines Messsignals über die Zeit. [0090] Fig. 13 shows in a diagram the voltage curve of a measuring signal over time.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG WAYS OF IMPLEMENTING THE INVENTION

[0091] Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Koaxialgetriebe 1 in einer schematischen Ansicht eines Schnittes normal auf eine Drehachse 2. [0091] Fig. 1 shows a coaxial transmission 1 according to the invention in a schematic view of a section normal to a rotational axis 2.

[0092] Das Koaxialgetriebe 1 umfasst einen Kolbenantrieb 3, der hier beispielsweise eine um die Drehachse drehbare Kurbelwelle 3a mit zumindest einem Pleuellager 4 umfasst, wobei im gegenständlichen Ausführungsbeispiel genau ein Pleuellager 4 bzw. genau ein Hub- oder Pleuelzapfen ausgeführt ist. Auf Details zum Kolbenantrieb 3 wird im Folgenden noch eingegangen. [0092] The coaxial transmission 1 comprises a piston drive 3, which here, for example, comprises a crankshaft 3a rotatable about the rotational axis and having at least one connecting rod bearing 4. In the present embodiment, exactly one connecting rod bearing 4 or exactly one crankpin or connecting rod journal is provided. Details of the piston drive 3 will be discussed below.

[0093] Das Koaxialgetriebe 1 des ersten Ausführungsbeispiels umfasst weiters einen Kolbensatz 5 mit sechzehn Kolben 10, die in Fig. 1 im Uhrzeigersinn als Kolben 10a-10p bezeichnet sind. Der Kolbenantrieb 3 dient zur linear geführten Bewegung der Kolben 10a-10p. Jeder Kolben 10a10p weist jeweils an einer von der Drehachse wegweisenden ersten Stirnseite 11 eine Verzahnung 12 mit zumindest einem Zahn 13 auf. [0093] The coaxial transmission 1 of the first embodiment further comprises a piston set 5 with sixteen pistons 10, which are designated clockwise in Fig. 1 as pistons 10a-10p. The piston drive 3 serves for the linearly guided movement of the pistons 10a-10p. Each piston 10a-10p has a toothing 12 with at least one tooth 13 on a first end face 11 facing away from the rotational axis.

[0094] Die Kolben 10a-10p des jeweiligen Kolbensatzes 5 sind jeweils in einer Führungseinheit 8 in einer um die Drehachse 2 weisenden Umfangsrichtung 7 durch Führungsstege 9 voneinander beabstandet angeordnet. Die Führungseinheit 8 bzw. die Führungsstege 9 zwischen benachbarten Kolben 10 dienen dazu, die Kolben 10a-10p jeweils linear zu führen, sodass die Kolben 10-10p parallel zu einer normal auf die Drehachse 2 stehenden Radialrichtung hin und her bewegbar sind. Die Umfangsrichtung 7 ist durch einen Doppelpfeil 7 symbolisiert. [0094] The pistons 10a-10p of the respective piston set 5 are each arranged in a guide unit 8, spaced apart from one another by guide webs 9 in a circumferential direction 7 pointing around the rotation axis 2. The guide unit 8 or the guide webs 9 between adjacent pistons 10 serve to guide the pistons 10a-10p linearly, so that the pistons 10-10p can be moved back and forth parallel to a radial direction perpendicular to the rotation axis 2. The circumferential direction 7 is symbolized by a double arrow 7.

[0095] Weiters umfasst das gezeigte Koaxialgetriebe 1 eine Hohlwelle 30 mit einer Innenverzahnung 31, wobei in einer auf die Drehachse 2 normal stehenden Ebene betrachtet die Kolben 10a10p innerhalb der Hohlwelle 30 angeordnet sind. Die Innenverzahnung 31 weist eine Vielzahl an Lücken 32 bzw. Ausnehmung auf. [0095] Furthermore, the coaxial transmission 1 shown comprises a hollow shaft 30 with an internal toothing 31, wherein the pistons 10a10p are arranged within the hollow shaft 30, viewed in a plane normal to the rotational axis 2. The internal toothing 31 has a plurality of gaps 32 or recesses.

[0096] Die Verzahnungen 12,13 der ersten Stirnseiten 11 der Kolben 10a-10p sind, insbesondere nacheinander, in Eingriff mit der Innenverzahnung 31 bringbar und können ebenso in einen von der Innenverzahnung 31 losgelösten Zustand gebracht werden, um während des jeweiligen Eingriffs eines oder mehrerer Zähne 13 in korrespondierende Lücken 32 bzw. Ausnehmungen der Innenverzahnung 31, vorzugsweise unter flächigem Kontakt zwischen der jeweiligen Verzahnung 12,13 und der Innenverzahnung 31, die Hohlwelle 30 oder die Führungseinheit 9 um die Dreh-[0096] The toothings 12, 13 of the first end faces 11 of the pistons 10a-10p can be brought into engagement with the internal toothing 31, in particular one after the other, and can also be brought into a state detached from the internal toothing 31 in order to rotate the hollow shaft 30 or the guide unit 9 around the rotational axis during the respective engagement of one or more teeth 13 in corresponding gaps 32 or recesses of the internal toothing 31, preferably with surface contact between the respective toothing 12, 13 and the internal toothing 31.

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achse 2 weiter zu drehen. axis 2 to continue rotating.

[0097] Erfindungsgemäß ist an zumindest einem der Kolben 10a-10p zumindest ein Dehnungsmessstreifen 40 befestigt. In der in Fig. 1 gezeigten ersten Ausführung ist alternierend an jedem zweiten Kolben 10a,10c,10e,10g, 10i, 10k, 10m, 100 jeweils ein Dehnungsmessstreifen 40 befestigt. Die hier gezeigten Dehnungsmessstreifen 40 sind beispielsweise als Folien-Dehnungsmessstreifen 41, insbesondere als Halbleiter-Dehnungsmessstreifen 42, ausgeführt und bieten den Vorteil, hohe k-Werte mit hohen Empfindlichkeiten aufzuweisen und besonders kompakte Baugrößen zu haben. Zur eindeutigen Zuordnung der einzelnen Dehnungsmessstreifen 40 zum jeweiligen Kolben 10a,10c,10e, 10g, 10i, 10k, 10m, 100, auf dem sie befestigt sind, sind die FolienDehnungsmessstreifen im Uhrzeigersinn mit den Bezugszeichen 41a-41h bezeichnet. Im Rahmen der Erfindung können ein oder mehrere der Dehnungsmessstreifen auch als Draht-Dehnungsmessstreifen ausgeführt oder in Rosettenform angeordnet sein. [0097] According to the invention, at least one strain gauge 40 is attached to at least one of the pistons 10a-10p. In the first embodiment shown in Fig. 1, a strain gauge 40 is alternately attached to every other piston 10a, 10c, 10e, 10g, 10i, 10k, 10m, 100. The strain gauges 40 shown here are designed, for example, as foil strain gauges 41, in particular as semiconductor strain gauges 42, and offer the advantage of having high k-values with high sensitivities and being particularly compact. To clearly assign the individual strain gauges 40 to the respective piston 10a, 10c, 10e, 10g, 10i, 10k, 10m, 100 to which they are attached, the foil strain gauges are designated clockwise with the reference numerals 41a-41h. Within the scope of the invention, one or more of the strain gauges can also be designed as wire strain gauges or arranged in a rosette shape.

[0098] Fig. 2 zeigt beispielhaft in einer isometrischen Ansicht einen solchen Kolben 10, beispielsweise den in Fig. 1 gezeigten Kolben 10a. Der Zahn 13 weist eine erste Zahnflanke 13a, eine zweite Zahnflanke 13b, eine Zahnbreite 13c, eine Orientierungsrichtung 13d des Zahns 13, welche mit einem Doppelpfeil 13d symbolisiert ist, sowie eine Zahnhöhe 13e. Der Kolben 10,10a weist eine Kolbenlängsachse 14 auf. Die Kolbenlängsachse 14 entspricht der mit einem Doppelpfeil 15 symbolisierten Radialrichtung 15, in der der Kolben 10,10a hin und her bewegbar ist. Der gezeigte Kolben 10,10a weist eine Bohrung 16 für einen nicht dargestellten Kolbenbolzen mit einer Längsachsenrichtung 17 auf. Weiters ist eine Ausnehmung 20 für eine Pleuelverbindung vorgesehen. [0098] Fig. 2 shows, by way of example, an isometric view of such a piston 10, for example the piston 10a shown in Fig. 1. The tooth 13 has a first tooth flank 13a, a second tooth flank 13b, a tooth width 13c, an orientation direction 13d of the tooth 13, which is symbolized by a double arrow 13d, and a tooth height 13e. The piston 10, 10a has a piston longitudinal axis 14. The piston longitudinal axis 14 corresponds to the radial direction 15, symbolized by a double arrow 15, in which the piston 10, 10a is movable back and forth. The piston 10, 10a shown has a bore 16 for a piston pin (not shown) with a longitudinal axis direction 17. Furthermore, a recess 20 is provided for a connecting rod connection.

[0099] Der Dehnungsmessstreifen 40,41,42 ist in einem ersten Kolbensegment 18 am Kolben 10,10a angeordnet, wobei das erste Kolbensegment 18 einen Außenflächenabschnitt am Kolben 10a bildet und in Radialrichtung 15 parallel zur Kolbenlängsachse 14 sowie zumindest abschnittsweise normal zur Orientierungsrichtung 13d des Zahns 13 positioniert ist. Das erste Kolbensegment 18 ist hier als ein angefaster Außenflächenabschnitt mit einer Fasenbreite 18a ausgebildet. Die Fasenbreite 18a ist beispielsweise hier so gewählt, dass diese größer ist als eine Breite 40a des betreffenden Dehnungsmessstreifens 40. Dem ersten Kolbensegment 18 in Orientierungsrichtung 13d des Zahns 13 gegenüberliegend ist ein zweites Kolbensegment 19 ausgebildet, wobei das zweite Kolbensegment 19 ebenfalls einen Außenflächenabschnitt am Kolben 10a bildet und in Radialrichtung 15 parallel zur Kolbenlängsachse 14 sowie zumindest abschnittsweise normal zur Orientierungsrichtung 13d des Zahns 13 positioniert ist. Beispielsweise kann das zweite Kolbensegment 19 ebenfalls angefast sein. [0099] The strain gauge 40, 41, 42 is arranged in a first piston segment 18 on the piston 10, 10a, wherein the first piston segment 18 forms an outer surface portion on the piston 10a and is positioned in the radial direction 15 parallel to the piston longitudinal axis 14 and at least partially normal to the orientation direction 13d of the tooth 13. The first piston segment 18 is designed here as a chamfered outer surface portion with a chamfer width 18a. The chamfer width 18a is selected here, for example, such that it is greater than a width 40a of the respective strain gauge 40. A second piston segment 19 is formed opposite the first piston segment 18 in the orientation direction 13d of the tooth 13, wherein the second piston segment 19 also forms an outer surface section on the piston 10a and is positioned in the radial direction 15 parallel to the piston longitudinal axis 14 and at least partially normal to the orientation direction 13d of the tooth 13. For example, the second piston segment 19 can also be chamfered.

[00100] Im Weiteren werden gleiche oder vergleichbare Bauteile und Komponenten unterschiedlicher Ausführungsvarianten jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. [00100] In the following, identical or comparable parts and components of different design variants are each designated by the same reference numerals.

[00101] Fig. 3 zeigt in einer teilweise freigeschnittenen Ansicht einen Kolben 10 eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes 1 mit zwei daran befestigten Dehnungsmessungsstreifen 40. [00101] Fig. 3 shows a partially cutaway view of a piston 10 of a coaxial transmission 1 according to the invention with two strain gauges 40 attached thereto.

[00102] Fig. 4 zeigt in einer teilweisen Schnittansicht von oben den in Fig. 3 gezeigten Kolben 10 mit angefasten Kolbensegmenten 18, 19 zur Aufnahme der Dehnungsmessstreifen 40 innerhalb einer Führungseinheit 9. Die folgende Beschreibung betrifft gleichermaßen die beiden Abbildungen Fig. 3 und Fig. 4. [00102] Fig. 4 shows a partial sectional view from above of the piston 10 shown in Fig. 3 with chamfered piston segments 18, 19 for receiving the strain gauges 40 within a guide unit 9. The following description applies equally to both figures Fig. 3 and Fig. 4.

[00103] Am Kolben 10 sind ein erstes Kolbensegment 18 und ein zweites Kolbensegment 19 jeweils als ein angefaster Außenflächenabschnitt ausgebildet, wobei hier eine Fasenbreite 18a des ersten Kolbensegments 18 und eine Fasenbreite 19a des zweiten Kolbensegments 19 jeweils zumindest gleich groß wie eine Breite 40a eines Dehnungsmessstreifens 40,41,42 ausgeführt sind. Das erste Kolbensegment 18 sowie das zweite Kolbensegment 19 bilden jeweils einen Außenflächenabschnitt am Kolben 10 und sind jeweils in Radialrichtung 15 parallel zur Kolbenlängsachse 14 sowie zumindest abschnittsweise normal zu einer Orientierungsrichtung 13d des Zahns 13 des jeweiligen Kolbens 10 positioniert. In Figur 3 sind weiters ein Pleuel 6, ein Kolbenbolzen 21, der in Längsachsenrichtung 17 innerhalb der Bohrung 16 des Kolbens 10 eingesteckt ist und eine gelenkige Koppelung des Kolbens 10 mit dem Pleuel 6 ermöglicht, sowie Abschnitte [00103] On the piston 10, a first piston segment 18 and a second piston segment 19 are each formed as a chamfered outer surface section, wherein a chamfer width 18a of the first piston segment 18 and a chamfer width 19a of the second piston segment 19 are each at least equal to a width 40a of a strain gauge 40, 41, 42. The first piston segment 18 and the second piston segment 19 each form an outer surface section on the piston 10 and are each positioned in the radial direction 15 parallel to the piston longitudinal axis 14 and at least partially normal to an orientation direction 13d of the tooth 13 of the respective piston 10. Figure 3 also shows a connecting rod 6, a piston pin 21, which is inserted in the longitudinal axis direction 17 within the bore 16 of the piston 10 and enables an articulated coupling of the piston 10 with the connecting rod 6, as well as sections

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der Führungseinheit 8 sowie der an den Kolben 10 angrenzenden Führungsstege 9 ersichtlich. Der Zahn 13 an der ersten Stirnseite 11 des Kolbens 10 greift in korrespondierende Lücken 32 bzw. Ausnehmungen der Innenverzahnung 31, die an der Innenseite der Hohlwelle 30 angeordnet ist, ein. the guide unit 8 and the guide webs 9 adjacent to the piston 10. The tooth 13 on the first end face 11 of the piston 10 engages in corresponding gaps 32 or recesses of the internal toothing 31, which is arranged on the inside of the hollow shaft 30.

[00104] Fig. 5 zeigt in einer teilweisen Schnittansicht von oben einen Kolben 10 eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes 1 mit zwei daran befestigten Dehnungsmessungsstreifen 40 innerhalb einer Führungseinheit 8 mit Stegausnehmungen 29. [00104] Fig. 5 shows a partial sectional view from above of a piston 10 of a coaxial transmission 1 according to the invention with two strain gauges 40 attached thereto within a guide unit 8 with web recesses 29.

[00105] Korrespondierend zur Position eines ersten Kolbensegments 18 und korrespondierend zur Position eines zweiten Kolbensegments 19 des jeweiligen Kolbens 10 am jeweils angrenzenden Führungssteg 9 der Führungseinheit 8 ist hier jeweils eine Stegausnehmung 29 angeordnet, wobei die jeweilige Stegausnehmung 29 in Radialrichtung 15 parallel zur Kolbenlängsachse 14 des betreffenden Kolbens 10 verläuft. Die beiden Dehnungsmessstreifen 40,41,42 sind am Kolben 10 so befestigt, dass diese hier in der Stegausnehmung 29 angeordnet sind, wobei die jeweilige Stegausnehmung 29 eine Ausnehmungsbreite 29a aufweist, die größer gleich der Breite 40a des jeweiligen Dehnungsmessstreifens 40,41,42 ist. [00105] Corresponding to the position of a first piston segment 18 and corresponding to the position of a second piston segment 19 of the respective piston 10 on the respectively adjacent guide web 9 of the guide unit 8, a web recess 29 is arranged here, wherein the respective web recess 29 runs in the radial direction 15 parallel to the piston longitudinal axis 14 of the respective piston 10. The two strain gauges 40, 41, 42 are fastened to the piston 10 such that they are arranged here in the web recess 29, wherein the respective web recess 29 has a recess width 29a which is greater than or equal to the width 40a of the respective strain gauge 40, 41, 42.

[00106] Fig. 6 zeigt nochmals das bereits in Fig. 1 gezeigte erste Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes. Es wird zur grundsätzlichen Funktionsweise des Koaxialgetriebes 1 auf das oben Gesagte verwiesen. Da es bei der gegenständlichen Erfindung nur untergeordnet auf die konkrete Ausgestaltung des jeweiligen Kolbenantriebs 3 ankommt, sind in Fig. 6 - in Ergänzung zu Fig. 1 - noch weitere Angaben zum Kolbenantrieb 3 mit einer Kurbelwelle 3a zu finden. [00106] Fig. 6 again shows the first embodiment of a coaxial transmission according to the invention, already shown in Fig. 1. Reference is made to the above for the basic functioning of the coaxial transmission 1. Since the specific design of the respective piston drive 3 is of only secondary importance in the present invention, further details on the piston drive 3 with a crankshaft 3a can be found in Fig. 6—in addition to Fig. 1.

[00107] Bei dieser Ausführung erfolgt die Kopplung der Kolben 10a-10p des Kolbensatzes 5 mit dem Pleuel 6, das hier als ein sternförmiges Pleuel 60 ausgebildet ist, mit Zwischengliedern 22. Die Zwischenglieder 22 sind im Wesentlichen starr ausgeführt, wobei jedes Zwischenglied 22 einerseits mit dem jeweils zugehörigen Kolben 10a-10p mittels Führungsbolzen 23 gelenkig verbunden ist und andererseits mit dem sternförmig ausgebildeten Pleuel 60 mit Verbindungsbolzen 25 gelenkig verbunden ist. Die Verbindungsbolzen 25 definieren Drehgelenke 27, deren Drehachsen parallel zur Drehachse 2 sind. Die Dehnungsmessstreifen 40 sind in dieser Ansicht am jeweiligen Kolben 10 so befestigt, dass diese jeweils außerhalb des Kraftflusses liegt, der durch das übertragene Drehmoment vom Hohlrad 30 in den Führungssteg 9 der Führungseinheit 8 erfolgt. [00107] In this embodiment, the pistons 10a-10p of the piston set 5 are coupled to the connecting rod 6, which is designed here as a star-shaped connecting rod 60, by means of intermediate links 22. The intermediate links 22 are essentially rigid, with each intermediate link 22 being pivotally connected, on the one hand, to the respective associated piston 10a-10p by means of guide pins 23 and, on the other hand, being pivotally connected to the star-shaped connecting rod 60 by means of connecting pins 25. The connecting pins 25 define pivot joints 27, the axes of rotation of which are parallel to the axis of rotation 2. In this view, the strain gauges 40 are attached to the respective piston 10 in such a way that they are each located outside the force flow caused by the torque transmitted from the ring gear 30 into the guide web 9 of the guide unit 8.

[00108] Fig. 7 ist eine Schnittansicht des Koaxialgetriebes 1 von der Seite gemäß der in Fig. 6 eingezeichneten Schnittebene A-A. In dieser Seitenansicht sind die an den Kolben 10 befestigten Dehnungsmessstreifen 40 nicht zu sehen. [00108] Fig. 7 is a sectional view of the coaxial transmission 1 from the side according to the sectional plane A-A shown in Fig. 6. In this side view, the strain gauges 40 attached to the pistons 10 are not visible.

[00109] Fig. 8 stellt in einer schematischen Schnittansicht ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes 1 dar. [00109] Fig. 8 shows a schematic sectional view of a second embodiment of a coaxial transmission 1 according to the invention.

[00110] Das Koaxialgetriebe 1 umfasst einen Kolbenantrieb 3 mit einer um die Drehachse 2 drehbaren Kurbelwelle 3a mit mindestens einem Pleuellager 4, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel genau ein Pleuellager 4 bzw. genau ein Hub- oder Pleuelzapfen vorgesehen ist. [00110] The coaxial transmission 1 comprises a piston drive 3 with a crankshaft 3a rotatable about the rotational axis 2 with at least one connecting rod bearing 4, wherein in the illustrated embodiment exactly one connecting rod bearing 4 or exactly one crankpin or connecting rod pin is provided.

[00111] Mit dem Pleuellager 4 sind hier drei Kolben 10a,10b,10c in an sich bekannter Weise verbunden bzw. sind die Kolben 10a,10b,10c am Pleuellager 4 beweglich gelagert. Beispielsweise wird jeweils ein geteiltes Pleueilauge von Pleueln 6a, 6b, 6c mittels Schrauben am Pleuellager 4 befestigt und sind Kolben 10a, 10b, 10c über Kolbenbolzen 21 mit weiteren Pleuelaugen der Pleuel 6a, 6b, 6c verbunden. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 8 sind insgesamt fünf Kolben 10 vorgesehen, wobei nur die drei Kolben 10a, 10b, 10c sichtbar sind. Der Kolben 10a ist über das Pleuel 6a mit der Kurbelwelle 3a bzw. dem Pleuellager 4 verbunden, der Kolben 10b über das Pleuel 6b und der Kolben 10c über das Pleuel 6c. [00111] Here, three pistons 10a, 10b, 10c are connected to the connecting rod bearing 4 in a manner known per se, or the pistons 10a, 10b, 10c are movably mounted on the connecting rod bearing 4. For example, a split connecting rod eye of each of the connecting rods 6a, 6b, 6c is fastened to the connecting rod bearing 4 by means of screws, and pistons 10a, 10b, 10c are connected to further connecting rod eyes of the connecting rods 6a, 6b, 6c via piston pins 21. In the embodiment of Fig. 8, a total of five pistons 10 are provided, with only the three pistons 10a, 10b, 10c being visible. The piston 10a is connected to the crankshaft 3a or the connecting rod bearing 4 via the connecting rod 6a, the piston 10b via the connecting rod 6b and the piston 10c via the connecting rod 6c.

[00112] Sämtliche Kolben 10a,10b, 10c weisen jeweils eine von der Drehachse 2 weg weisende erste Stirnseite 11 mit einer aufgeprägten Verzahnung 12 auf, wobei die jeweilige Verzahnung 12 im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils genau einen Zahn 13 aufweist. [00112] All pistons 10a, 10b, 10c each have a first end face 11 pointing away from the axis of rotation 2 with an embossed toothing 12, wherein the respective toothing 12 in the illustrated embodiment each has exactly one tooth 13.

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[00113] Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Kurbelwelle 3a hohl entlang der Drehachse 2 ausgebildet, was beispielsweise das verdrehungsfreie Durchführen von Kabeln (nicht dargestellt) gestattet. Weiters ist beim Koaxialgetriebe 1 eine Hohlwelle 30 vorgesehen, die eine Innenverzahnung 31 aufweist. In der Bildebene der Fig. 8, die senkrecht auf die Drehachse 2 steht, sind die Kolben 10a,10b, 10e - und zumindest abschnittsweise die Kurbelwelle 3a - innerhalb der Hohlwelle 30 angeordnet. Dies gilt auch für eine Führungseinheit 8, in welcher die Kolben 10a, 10b,10c jeweils linear geführt und parallel zu einer normal auf die Drehachse 2 stehenden Radialrichtung 15 hin und her bewegbar sind. Hierzu weist die Führungseinheit 9 im dargestellten Ausführungsbeispiel Führungsstege 9 in Form von Hohlzylindern auf, die als lineare Führungen für die Kolben 10a, 10b, 10c fungieren. [00113] In the illustrated embodiment, the crankshaft 3a is hollow along the axis of rotation 2, which, for example, allows cables (not shown) to be passed through without twisting. Furthermore, the coaxial transmission 1 features a hollow shaft 30 having internal gearing 31. In the image plane of Fig. 8, which is perpendicular to the axis of rotation 2, the pistons 10a, 10b, 10e—and at least in sections the crankshaft 3a—are arranged within the hollow shaft 30. This also applies to a guide unit 8, in which the pistons 10a, 10b, 10c are each guided linearly and can be moved back and forth parallel to a radial direction 15 perpendicular to the axis of rotation 2. For this purpose, the guide unit 9 in the illustrated embodiment has guide webs 9 in the form of hollow cylinders, which function as linear guides for the pistons 10a, 10b, 10c.

[00114] Durch das Hin- und Herbewegen der Kolben 10a, 10b, 10c werden die Verzahnungen 12 an den ersten Stirnseiten 11 der Kolben 10a,10b,10c nacheinander in Eingriff mit der Innenverzahnung 31 und in einen von der Innenverzahnung 31 losgelösten Zustand gebracht, wobei aufgrund der linearen Bewegung der Kolben 10a,10b,10c während des jeweiligen Eingriffs ein flächiger Kontakt zwischen der jeweiligen Verzahnung 12,13 und der Innenverzahnung 31 sichergestellt werden kann. Die jeweilige Verzahnung 12,13 wird dabei flächig gegen die Innenverzahnung 31 der Hohlwelle 30 gepresst. [00114] By moving the pistons 10a, 10b, 10c back and forth, the toothings 12 on the first end faces 11 of the pistons 10a, 10b, 10c are successively brought into engagement with the internal toothing 31 and into a state detached from the internal toothing 31, wherein, due to the linear movement of the pistons 10a, 10b, 10c during the respective engagement, a surface contact between the respective toothing 12, 13 and the internal toothing 31 can be ensured. The respective toothing 12, 13 is pressed flat against the internal toothing 31 of the hollow shaft 30.

[00115] Hierdurch wird die Hohlwelle 30 ein Stück weiter um die Drehachse 2 gedreht, wenn die Führungseinheit 9 unbeweglich zur Drehachse 2 angeordnet ist oder wenn die Führungseinheit 8 zwar um die Drehachse 2 drehbar angeordnet ist, aber gebremst ist. Wenn hingegen die Hohlwelle 30 fixiert bzw. unbeweglich zur Drehachse 2 ist oder gebremst ist, wird die um die Drehachse 2 drehbar gelagerte Führungseinheit 8 ein Stück weiter gedreht. Aufgrund des flächigen Eingreifens bzw. Pressens können sehr hohe Drehmomente von der Kurbelwelle 3a auf die Hohlwelle 30 oder gegebenenfalls auf die Führungseinheit 9 übertragen werden. [00115] This causes the hollow shaft 30 to rotate a little further about the rotational axis 2 if the guide unit 9 is arranged immovably relative to the rotational axis 2, or if the guide unit 8 is arranged to rotate about the rotational axis 2 but is braked. However, if the hollow shaft 30 is fixed or immovable relative to the rotational axis 2, or is braked, the guide unit 8, which is mounted to rotate about the rotational axis 2, is rotated a little further. Due to the surface engagement or pressing, very high torques can be transmitted from the crankshaft 3a to the hollow shaft 30 or, if applicable, to the guide unit 9.

[00116] An jedem der fünf Kolben 10 (wovon die drei Kolben 10a,10b,10c sichtbar sind) ist jeweils ein Dehnungsmessstreifen 40 befestigt, somit sind also bei diesem Koaxialgetriebe 1 insgesamt fünf Dehnungsmessstreifen 40 vorgesehen. [00116] A strain gauge 40 is attached to each of the five pistons 10 (of which the three pistons 10a, 10b, 10c are visible), thus a total of five strain gauges 40 are provided in this coaxial gear 1.

[00117] Fig. 9 zeigt das in Fig. 8 gezeigte Koaxialgetriebe 1 in einer Schnittansicht von der Seite gemäß der in Fig. 8 eingezeichneten Schnittebene B-B. In Fig. 9 sind auch noch ein vierter Kolben 10c‘ und ein zugehöriges Pleuel 6c‘ sowie ein Pleuel 6a‘ eines fünften Kolbens (nicht dargestellt, dieser Kolben liegt in Blickrichtung auf die Zeichenebene der Fig. 8 gesehen hinter den in Fig. 8 dargestellten Elementen bzw. ist entlang der Drehachse 2 gesehen der letzte Kolben, wobei der Kolben 10a der erste ist) erkennbar sind. [00117] Fig. 9 shows the coaxial transmission 1 shown in Fig. 8 in a sectional view from the side according to the sectional plane B-B shown in Fig. 8. In Fig. 9, a fourth piston 10c' and an associated connecting rod 6c' as well as a connecting rod 6a' of a fifth piston (not shown, this piston is located behind the elements shown in Fig. 8 when viewed in the direction of the drawing plane of Fig. 8 or is the last piston when viewed along the axis of rotation 2, with piston 10a being the first) can also be seen.

[00118] In dieser Seitenansicht sind die an den Kolben 10 befestigten Dehnungsmessstreifen 40 nicht zu sehen. [00118] In this side view, the strain gauges 40 attached to the pistons 10 are not visible.

[00119] Fig. 10 zeigt ein schematisches Signalflussbild eines Systems eines erfindungsgemäßen Koaxialgetriebes 1 mit einer Auswerteeinrichtung 100 für die Erfassung und Auswertung von Messdaten. [00119] Fig. 10 shows a schematic signal flow diagram of a system of a coaxial transmission 1 according to the invention with an evaluation device 100 for the acquisition and evaluation of measurement data.

[00120] Die Auswerteeinrichtung 100 umfasst eine Messdaten-Erfassungseinheit 110 sowie eine Messdaten-Analyseeinheit 130 umfasst. Die Messdaten-Erfassungseinheit 110 ist mit dem zumindest einen, vorzugsweise mit zumindest drei, und wie hier in Fig. 10 veranschaulicht besonders bevorzugt mit sämtlichen, Dehnungsmessstreifen 40,41a-41h des Koaxialgetriebes 1 mittels Signalleitungen 90 signalmäßig verbunden. Die Signalleitungen 90 dienen als Anschlusskabel für die Signalübertragungen der Widerstandsänderungen. Alternativ dazu kann die Signalübertragung zwischen den Dehnungsmessstreifen 40,41a-41h und der Auswerteeinrichtung 100 beispielsweise mittels Funk erfolgen. Allerdings muss dazu eine Spannungsversorgung der Dehnungsmessstreifen 40,41a-41h beispielsweise mittels Schleifringkontakten oder herkömmlicher Anschlusskabel vorhanden sein. [00120] The evaluation device 100 comprises a measurement data acquisition unit 110 and a measurement data analysis unit 130. The measurement data acquisition unit 110 is connected to at least one, preferably to at least three, and as illustrated here in Fig. 10, particularly preferably to all, strain gauges 40, 41a-41h of the coaxial transmission 1 by means of signal lines 90. The signal lines 90 serve as connecting cables for the signal transmission of the resistance changes. Alternatively, the signal transmission between the strain gauges 40, 41a-41h and the evaluation device 100 can take place, for example, via radio. However, this requires a voltage supply to the strain gauges 40, 41a-41h, for example, via slip ring contacts or conventional connecting cables.

[00121] In Fig. 10 weist die Messdaten-Erfassungseinheit 110 zumindest eine Brückenschaltung 111, einen ersten Messverstärker 112 sowie optional einen A/D-Wandler 113 aus. Die Messdaten-Erfassungseinheit 110 ist zur Erfassung von Widerstandsänderungen bzw. Diagonalspan-[00121] In Fig. 10, the measurement data acquisition unit 110 comprises at least one bridge circuit 111, a first measuring amplifier 112 and optionally an A/D converter 113. The measurement data acquisition unit 110 is designed to detect resistance changes or diagonal voltages.

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nungen 81 bzw. 81a,81b jedes einzelnen der Dehnungsmessstreifen 40,41a-41h mittels zumindest einer Brückenschaltung 111 eingerichtet und gibt entsprechende Spannungssignale 121 aus. voltages 81 and 81a, 81b of each of the strain gauges 40, 41a-41h are set up by means of at least one bridge circuit 111 and outputs corresponding voltage signals 121.

[00122] Die Messdaten-Analyseeinheit 130 ist dazu eingerichtet, anhand der von der Messdaten-Erfassungseinheit 110 ausgegebenen Spannungssignale 121 jedes der Dehnungsmessstreifen 40,41a-41h zumindest ein Istwert-Signal 140 einer aktuellen Drehgeschwindigkeit und/oder einer aktuellen Drehwinkellage und/oder Drehrichtung und/oder eines aktuellen Drehmoments und/oder einer aktuellen Temperatur und/oder einer aktuell wirkenden Kraft zu bestimmen, und vorzugsweise an eine Steuerungseinrichtung 150 und/oder an eine externe Datenüberwachungseinrichtung 160 auszugeben. [00122] The measurement data analysis unit 130 is configured to determine, on the basis of the voltage signals 121 output by the measurement data acquisition unit 110 of each of the strain gauges 40, 41a-41h, at least one actual value signal 140 of a current rotational speed and/or a current rotational angle position and/or rotational direction and/or a current torque and/or a current temperature and/or a currently acting force, and preferably to output it to a control device 150 and/or to an external data monitoring device 160.

[00123] Die Messdaten-Analyseeinheit umfasst hier beispielsweise einen CPU-Rechenprozessor 131, einen Arbeitsspeicher 132, eine Einrichtung 135 zur Datenspeicherung samt einem Konfigurationsdatenspeicher 136, der zur Speicherung von Konfigurationsdaten dient, sowie einen Signalwandler 140. [00123] The measurement data analysis unit here comprises, for example, a CPU processor 131, a working memory 132, a device 135 for data storage including a configuration data memory 136, which serves to store configuration data, and a signal converter 140.

[00124] Fig. 11 zeigt ein schematisches Schaltungsbild einer Wheatstone’schen Brückenschaltung 111 einer Viertelbrücke. Die hier gezeigte Wheatstone‘sche Messbrücke 70 umfasst insgesamt vier Widerstände, einen ersten Widerstand 71, einen zweiten Widerstand 72, einen dritten Widerstand 73 sowie einen vierten Widerstand 74. Einer der Widerstände 71 -74 ist der Dehnungsmessstreifen 40. Es ist eine Spannung 80 angelegt. Die Änderung des Widerstands des Dehnungsmessstreifens 40 wird von der Brückenschaltung 111 als Diagonalspannung 81 erfasst und als Spannungssignal 81 bzw. 81a,81b in einen Messverstärker 112 eingespeist, wie dies in Fig. 10 symbolisiert ist. [00124] Fig. 11 shows a schematic circuit diagram of a Wheatstone bridge circuit 111 of a quarter bridge. The Wheatstone measuring bridge 70 shown here comprises a total of four resistors: a first resistor 71, a second resistor 72, a third resistor 73, and a fourth resistor 74. One of the resistors 71-74 is the strain gauge 40. A voltage 80 is applied. The change in the resistance of the strain gauge 40 is detected by the bridge circuit 111 as a diagonal voltage 81 and fed into a measuring amplifier 112 as a voltage signal 81 or 81a, 81b, as symbolized in Fig. 10.

[00125] Fig. 12 zeigt ein schematisches Signalflussbild einer erfindungsgemäßen Ausführung einer Messsignalaufnahme. Im Wesentlichen wird in Fig. 12 in weiteren Details die Messignalaufnahme innerhalb der Messdaten-Erfassungseinheit 110 dargestellt. [00125] Fig. 12 shows a schematic signal flow diagram of an embodiment of a measurement signal recording system according to the invention. Essentially, Fig. 12 shows the measurement signal recording system within the measurement data acquisition unit 110 in further detail.

[00126] Die hier gezeigte Messdaten-Erfassungseinheit 110 umfasst zusätzlich zur zumindest einen Brückenschaltung 111 für die Erfassung von Widerstandsänderungen jedes der Dehnungsmessstreifen 40 sowie zu einem Messverstärker 112, um entsprechende Spannungssignale ausgeben zu können, die folgenden weiteren elektronischen Bauteile und Komponenten zur Signalkalibrierung oder Signalnormierung: einen A/D- Wandler 113 (Analog-Digital-Wandler), einen elektronischen Bauteil 114 zur Signalwertnormierung, einen elektronischen Bauteil 115 zur Nullwertnormierung, einen weiteren Signalwertverstärker 116, einen elektronischen Bauteil 117 zur Signalwertnormierung samt Signalwertanpassung mittels Signal-Offset, einen ersten Spannungsbegrenzer 118, sowie einen D/A-Wandler 119 (Digital-Analog-Wandler) sowie einen zweiten Spannungsbegrenzer 120. Der Messverstärker 112 verstärkt nur das Spannungssignal 81. Die Bereitstellung einer angelegten Spannung 80, vorzugsweise einer Gleichspannung, zum Beaufschlagen der Dehnungsmessstreifen 40 erfolgt gesondert. [00126] The measurement data acquisition unit 110 shown here comprises, in addition to at least one bridge circuit 111 for detecting resistance changes of each of the strain gauges 40 and a measuring amplifier 112 in order to be able to output corresponding voltage signals, the following further electronic parts and components for signal calibration or signal normalization: an A/D converter 113 (analog-digital converter), an electronic component 114 for signal value normalization, an electronic component 115 for zero value normalization, a further signal value amplifier 116, an electronic component 117 for signal value normalization including signal value adjustment by means of signal offset, a first voltage limiter 118, a D/A converter 119 (digital-analog converter) and a second voltage limiter 120. The measuring amplifier 112 only amplifies the voltage signal 81. The provision of an applied voltage 80, preferably a DC voltage, for applying the strain gauge 40 is done separately.

[00127] Die mit dem zumindest einen Dehnungsmessstreifen 40 gemessene Widerstandsänderung wird in der Brückenschaltung 111 als Diagonalspannung 81 erfasst und zunächst im Messverstärker 112 verstärkt. Die verstärkte (bzw. erhöhte) Spannung 82 wird anschließend im A/DWandler 113 gewandelt. Ein dabei erhaltenes Rohsignal 82a wird in einer Einrichtung 114 zur Signalwertnormierung normiert. Das erhaltene normiertes Signal 82b wird in einer nachfolgenden Einrichtung 115 zur Nullwertnormierung auf „Null“ gesetzt, wodurch etwaige Signalabweichungen und Ungenauigkeiten ausgeglichen werden können. [00127] The resistance change measured by the at least one strain gauge 40 is recorded in the bridge circuit 111 as a diagonal voltage 81 and initially amplified in the measuring amplifier 112. The amplified (or increased) voltage 82 is then converted in the A/D converter 113. A raw signal 82a obtained in this way is normalized in a device 114 for signal value normalization. The obtained normalized signal 82b is set to "zero" in a subsequent device 115 for zero value normalization, whereby any signal deviations and inaccuracies can be compensated.

[00128] Für die Normierung wird das Messsignal des Dehnungsmessstreifens 40 im unbelasteten Ruhezustand aufgezeichnet und normiert. Dieser Normierungsschritt erfolgt üblicherweise nur einmal zu Beginn der Messungen. [00128] For standardization, the measurement signal of strain gauge 40 is recorded and standardized in the unloaded resting state. This standardization step is typically performed only once at the beginning of the measurements.

[00129] Das so erhaltene normierte Nullwertsignal 82c dient zur Kalibrierung eines Ausgangssignals 82d, das in einem weiteren Signalwertverstärker 116 verstärkt wird zu einem normierten digitalen Signal 83. Da dieses Signal 83 auch negative Spannungswerte annehmen kann, wenn der jeweilige Dehnmessstreifen 40 bzw. der zugehörige Kolben 10 beispielsweise nicht auf Stauchung, sondern auf Dehnung belastet wird und Zugkräfte aufzeichnet, wird das Signal 83 in der [00129] The standardized zero value signal 82c thus obtained is used to calibrate an output signal 82d, which is amplified in a further signal amplifier 116 to a standardized digital signal 83. Since this signal 83 can also assume negative voltage values if the respective strain gauge 40 or the associated piston 10 is, for example, not subjected to compression but to extension and records tensile forces, the signal 83 in the

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x bes AT 527 841 B1 2025-07-15 x bes AT 527 841 B1 2025-07-15

Ss N Ss N

Einrichtung 117 zur Signalwertnormierung samt Signalwertanpassung mittels Signal-Offset durch Kombination mit einem Offset-Signal 84 angehoben und ein verarbeitetes Ausgangssignal 85 erhalten. Um die Messsensorik und Messelektronik zu schützen, dient ein erster Spannungsbegrenzer 118 vor dem D/A- Wandler 119 dazu, die Spannung beispielsweise auf maximal 10V zu begrenzen. Ein entsprechend begrenztes Ausgangssignal 86 wird im D/A-Wandler 119 in ein analoges Signal 87 umgewandelt, welches nach Passieren eines zweiten Spannungsbegrenzers 120 als Spannungssignal 121 von der Messdaten-Erfassungseinheit 110 ausgegeben wird. Device 117 for signal value normalization including signal value adjustment using signal offset by combining it with an offset signal 84 raises the signal and obtains a processed output signal 85. To protect the measuring sensors and measuring electronics, a first voltage limiter 118 upstream of the D/A converter 119 serves to limit the voltage, for example, to a maximum of 10 V. A correspondingly limited output signal 86 is converted in the D/A converter 119 into an analog signal 87, which, after passing through a second voltage limiter 120, is output as a voltage signal 121 by the measurement data acquisition unit 110.

[00130] Fig. 13 zeigt in einem Diagramm den Spannungsverlauf eines Messsignals über die Zeit. Auf der Abszisse ist die Zeit t in Millisekunden [ms] aufgetragen. Auf der Ordinate ist die Spannung U in Volt [V] aufgetragen. In Ordinatenrichtung ist außerdem als Pfeil A eine SpannungsAmplitude A eingezeichnet. Der gezeigte Spannungsverlauf ergibt sich als eine Abfolge von aufgezeichneten Spannungsspitzen eines Dehnungsmessstreifens während des Zahneingriffs des betreffenden Kolbens, der mit dem jeweiligen Dehnungsmessstreifen ausgerüstet ist. Der Index 1 bezeichnet den ersten Zahneingriff, der Index 2 bezeichnet den zweiten Zahneingriff, und so weiter. Von links beginnend ist eine vergleichsweise niedrige Spannungsspitze E1 zu Beginn des ersten Zahneingriffs festzustellen, gefolgt von einer maximalen Spannungsspitze S1 bei höchster Last während des ersten Zahneingriffs, sowie gefolgt von einer wiederum niedrigeren Spannungsspitze L1 beim Lösen des ersten Zahneingriffs. In periodischer Abfolge wiederholen sich diese Signale im Wesentlichen bei jedem weiteren Zahneingriff. Beim zweiten Zahneingriff wird wiederum eine Signalabfolge erfasst einer vergleichsweise niedrigen Spannungsspitze E2 zu Beginn des zweiten Zahneingriffs, gefolgt von einer maximalen Spannungsspitze S; bei höchster Last während des zweiten Zahneingriffs, sowie gefolgt von einer wiederum niedrigeren Spannungsspitze L2, beim Lösen des zweiten Zahneingriffs. [00130] Fig. 13 shows a diagram of the voltage curve of a measurement signal over time. The time t in milliseconds [ms] is plotted on the abscissa. The voltage U in volts [V] is plotted on the ordinate. In the ordinate direction, a voltage amplitude A is also shown as arrow A. The voltage curve shown results from a sequence of recorded voltage peaks of a strain gauge during the tooth engagement of the respective piston equipped with the respective strain gauge. The index 1 designates the first tooth engagement, the index 2 designates the second tooth engagement, and so on. Starting from the left, a comparatively low voltage peak E1 can be observed at the beginning of the first tooth engagement, followed by a maximum voltage peak S1 at the highest load during the first tooth engagement, and followed by a again lower voltage peak L1 upon release of the first tooth engagement. These signals repeat in a periodic sequence, essentially with each subsequent tooth engagement. During the second tooth engagement, a signal sequence is again recorded: a comparatively low voltage peak E2 at the beginning of the second tooth engagement, followed by a maximum voltage peak S; at the highest load during the second tooth engagement, and followed by a again lower voltage peak L2 when the second tooth engagement is released.

[00131] Eine Periodendauer P kann als Zeitintervall t2-t1 zwischen zwei Jeweils korrespondierenden Spannungsspitzen S+4,$; bei höchster Last während des Zahneingriffs, oder jeweils zwischen zwei korrespondierenden Spannungsspitzen E41,E2 zu Beginn des Zahneingriffs, oder jeweils zwischen zwei korrespondierenden Spannungsspitzen L4,L2 beim Lösen des Zahneingriffs bestimmt werden. [00131] A period P can be determined as the time interval t2-t1 between two corresponding voltage peaks S+4,$; at the highest load during the tooth engagement, or between two corresponding voltage peaks E41,E2 at the beginning of the tooth engagement, or between two corresponding voltage peaks L4,L2 when the tooth engagement is released.

[00132] Weiters ist in Fig. 13 ein Anstieg der erfassten Spannungssignale als Signaldrift zu höheren Spannungswerten mit einer Steigung S = Ay/Ax veranschaulicht. Die Steigung S gibt Auskunft über die relative Temperaturänderung. Mit zunehmender Temperatur wandert das Signal zu höheren Spannungswerten. [00132] Furthermore, Fig. 13 illustrates an increase in the recorded voltage signals as a signal drift toward higher voltage values with a slope S = Ay/Ax. The slope S provides information about the relative temperature change. As the temperature increases, the signal drifts toward higher voltage values.

[00133] Unter Bezugnahme auf die Figuren, insbesondere auf Fig. 13, wird im Folgenden die Funktionsweise der Erfindung anhand der Ermittlung der Drehgeschwindigkeit, der Drehwinkellage, des Drehmoments sowie der Ermittlung einer Temperaturänderung während der Messung von Widerstandssignalen der Dehnungsmessstreifen 40 erläutert. [00133] With reference to the figures, in particular to Fig. 13, the functioning of the invention is explained below on the basis of the determination of the rotational speed, the rotational angle position, the torque and the determination of a temperature change during the measurement of resistance signals of the strain gauges 40.

[00134] Außerdem wird auch die Ermittlung der Drehrichtung anhand zweier Dehnungsmessstreifen 40, die an voneinander beabstandeten Kolben 10a, 10b befestigt sind, erläutert. [00134] In addition, the determination of the direction of rotation is also explained using two strain gauges 40, which are attached to spaced-apart pistons 10a, 10b.

FUNKTIONSWEISE DER ERFINDUNG A) Ermittlung der Drehgeschwindigkeit FUNCTION OF THE INVENTION A) Determination of the rotational speed

[00135] Mit dem erfindungsgemäßen System kann die Drehgeschwindigkeit der Hohlwelle 30 oder der Führungseinheit 8 ermittelt werden, wobei die Auswerteeinrichtung 100 dazu eingerichtet ist, zumindest ein Istwert-Signal einer aktuellen Drehgeschwindigkeit zu bestimmen, wobei das Bestimmen die folgenden Schritte umfasst: [00135] With the system according to the invention, the rotational speed of the hollow shaft 30 or the guide unit 8 can be determined, wherein the evaluation device 100 is configured to determine at least one actual value signal of a current rotational speed, wherein the determination comprises the following steps:

- Erfassen und Auswerten der Spannungssignale 121 zumindest eines Dehnungsmessstreifens 40, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen 40, während des Betriebs des Koaxialgetriebes 1; - detecting and evaluating the voltage signals 121 of at least one strain gauge 40, preferably all strain gauges 40, during operation of the coaxial gear 1;

- Bestimmen einer Periodendauer P als Zeitintervall t2-t1 zwischen zwei korrespondierenden Spannungsspitzen S1,$2; E1,E2; L1,L2 des Spannungssignals 121 des betreffenden Dehnungsmessstreifens 40; - Determining a period P as a time interval t2-t1 between two corresponding voltage peaks S1,S2; E1,E2; L1,L2 of the voltage signal 121 of the respective strain gauge 40;

Ss N Ss N

- Umrechnen der Periodendauer P unter Berücksichtigung der Anzahl L der Lücken 32 der Innenverzahnung 31 der Hohlwelle 30 in eine aktuelle Drehgeschwindigkeit w=(27/L)/P. - Conversion of the period P taking into account the number L of gaps 32 of the internal gearing 31 of the hollow shaft 30 into a current rotational speed w=(27/L)/P.

[00136] Um die aktuelle Drehgeschwindigkeit @ der Hohlwelle 30 oder der Führungseinheit 8 des Koaxialgetriebes 1 zu ermitteln, wird die Periodendauer P als Zeitintervall t2-t1 zwischen zwei korrespondierenden Spannungsspitzen des Spannungssignals des betreffenden Dehnungsmessstreifens ausgewertet. [00136] In order to determine the current rotational speed @ of the hollow shaft 30 or the guide unit 8 of the coaxial gear 1, the period P is evaluated as the time interval t2-t1 between two corresponding voltage peaks of the voltage signal of the respective strain gauge.

[00137] Der zu einer Periode P zugehörige Drehwinkel ®=27/L. [00138] Die Drehgeschwindigkeit = ®/P=(27/L)/P wird in [rad/s] angegeben. [00137] The angle of rotation ®=27/L corresponding to a period P. [00138] The rotational speed = ®/P=(27/L)/P is given in [rad/s].

[00139] Um die Drehzahl zu ermitteln wird ebenfalls die Periodendauer P als Zeitintervall zwischen zwei korrespondierenden Spannungsspitzen S4,S2; E1,E2; L1,L2 des Spannungssignals des betreffenden Dehnungsmessstreifens 40 ausgewertet. Die Periodendauer P ist direkt proportional zur Drehzahl. [00139] To determine the rotational speed, the period P is also evaluated as the time interval between two corresponding voltage peaks S4,S2; E1,E2; L1,L2 of the voltage signal of the respective strain gauge 40. The period P is directly proportional to the rotational speed.

B) Ermittlung der Drehwinkellage B) Determination of the angle of rotation

[00140] Mit dem erfindungsgemäßen System kann die aktuelle Drehwinkellage der Hohlwelle 30 oder der Führungseinheit 8 ermittelt werden. Die Auswerteeinrichtung 100 ist dazu eingerichtet, zumindest ein Istwert-Signal einer aktuellen Drehwinkellage zu bestimmen, wobei das Bestimmen die folgenden Schritte umfasst: [00140] The system according to the invention can determine the current angular position of the hollow shaft 30 or the guide unit 8. The evaluation device 100 is configured to determine at least one actual value signal of a current angular position, wherein the determination comprises the following steps:

- Erfassen und Auswerten der Spannungssignale 121 zumindest eines Dehnungsmessstreifens 40, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen 40, während des Betriebs des Koaxialgetriebes 1; - detecting and evaluating the voltage signals 121 of at least one strain gauge 40, preferably all strain gauges 40, during operation of the coaxial gear 1;

- Bestimmen der jeweiligen Zeitpunkte t1,t2 von Spannungsspitzen S+,S2; E1,E2; L1,L2z des betreffenden Dehnungsmessstreifens 40; - Determining the respective times t1, t2 of voltage peaks S+, S2; E1, E2; L1, L2z of the respective strain gauge 40;

- Zuordnen der jeweiligen Zeitpunkte t1,t2 von Spannungsspitzen S+4,S2; E1,E2; L1,L2z unter Berücksichtigung der Anzahl L der Lücken 32 der Innenverzahnung 31 der Hohlwelle 30 als Inkrement einer aktuellen Drehwinkellage des betreffenden Dehnungsmessstreifens 40. - Assigning the respective times t1, t2 of stress peaks S+4, S2; E1, E2; L1, L2z taking into account the number L of gaps 32 of the internal gearing 31 of the hollow shaft 30 as an increment of a current rotational angle position of the respective strain gauge 40.

[00141] Wenn es sich bei den Zeitpunkten t4,t2,...,tn um korrespondierende Spannungsspitzen handelt, dann ist n die Anzahl der Perioden P bzw. der Lücken L bzw. Ausnehmungen in der Innenverzahnung, in die der jeweilige Kolben eingegriffen hat. Im Zeitintervall vom Zeitpunkt to=0 bis zum Zeitpunkt t, hat sich die Hohlwelle 30 oder die Führungseinheit 8 des Koaxialgetriebes i daher um einen Differenz-Drehwinkel A®=n-27/L weitergedreht. [00141] If the times t4, t2,..., tn are corresponding stress peaks, then n is the number of periods P or gaps L or recesses in the internal toothing into which the respective piston has engaged. In the time interval from time t0=0 to time t, the hollow shaft 30 or the guide unit 8 of the coaxial gear i has therefore rotated further by a differential angle of rotation A®=n-27/L.

[00142] Die aktuelle Drehwinkellage ist dann ®=®,+A®, wobei %, ein bekannter Drehwinkel zum Zeitpunkt to=0 ist. [00142] The current angle of rotation position is then ®=®,+A®, where %, is a known angle of rotation at time t0=0.

C) Ermittlung des Drehmoments C) Determination of the torque

[00143] Mit dem erfindungsgemäßen System kann auch das aktuelle Drehmoment des Koaxialgetriebes 1 bestimmt werden. Die Auswerteeinrichtung 100 ist dazu eingerichtet, zumindest ein Istwert-Signal eines aktuellen Drehmoments zu bestimmen, wobei das Bestimmen die folgenden Schritte umfasst: [00143] The system according to the invention can also determine the current torque of the coaxial transmission 1. The evaluation device 100 is configured to determine at least one actual value signal of a current torque, wherein the determination comprises the following steps:

- Erfassen und Auswerten der Spannungssignale 121 zumindest eines Dehnungsmessstreifens 40, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen 40, während des Betriebs des Koaxialgetriebes 1; - detecting and evaluating the voltage signals 121 of at least one strain gauge 40, preferably all strain gauges 40, during operation of the coaxial gear 1;

- Kalibrieren des zumindest einen Dehnungsmessstreifens 40, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen 40, bei vordefinierten Drehmomenten und Zuordnen der jeweiligen Spannungsamplituden U4,U2 von Spannungsspitzen S+,S2; E1,E2; L1,L2 des betreffenden Dehnungsmessstreifens 40 jeweils einem kalibrierten Drehmoment-Wert; - Calibrating the at least one strain gauge 40, preferably all strain gauges 40, at predefined torques and assigning the respective voltage amplitudes U4,U2 of voltage peaks S+,S2; E1,E2; L1,L2 of the respective strain gauge 40 to a calibrated torque value;

- Vergleichen der jeweiligen aktuellen Spannungsamplituden U1,U2 von Spannungsspitzen Sı, S2; E4,Ez2; L1,L2 des betreffenden Dehnungsmessstreifens 40 während des Betriebs des Koa-- Comparing the respective current voltage amplitudes U1,U2 of voltage peaks S1, S2; E4,Ez2; L1,L2 of the respective strain gauge 40 during operation of the capacitor

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Ss N Ss N

xialgetriebes 1 mit den kalibrierten Drehmoment-Werten und Bestimmen eines aktuellen Drehmoments. axial gear 1 with the calibrated torque values and determining a current torque.

[00144] Der Schritt des Kalibrierens des zumindest einen Dehnungsmessstreifens 40 bzw. sämtlicher Dehnungsmessstreifen 40 ist grundsätzlich nur ein einziges Mal zu Beginn der Messungen durchzuführen. [00144] The step of calibrating the at least one strain gauge 40 or all strain gauges 40 is generally to be carried out only once at the beginning of the measurements.

D) Ermittlung der Temperaturänderung D) Determination of temperature change

[00145] Mit dem erfindungsgemäßen System kann außerdem auch eine aktuelle Temperatur innerhalb des Koaxialgetriebes 1 bzw. am Ort des betreffenden Dehnungsmessstreifens 40 bestimmt werden. Dazu ist die Auswerteeinrichtung 100 eingerichtet, zumindest ein Istwert-Signal einer aktuellen Temperatur zu bestimmen, wobei das Bestimmen die folgenden Schritte umfasst: [00145] The system according to the invention can also be used to determine a current temperature within the coaxial transmission 1 or at the location of the relevant strain gauge 40. For this purpose, the evaluation device 100 is configured to determine at least one actual value signal of a current temperature, wherein the determination comprises the following steps:

- Erfassen und Auswerten der Spannungssignale 121 zumindest eines Dehnungsmessstreifens 40, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen 40, während des Betriebs des Koaxialgetriebes 1; - detecting and evaluating the voltage signals 121 of at least one strain gauge 40, preferably all strain gauges 40, during operation of the coaxial gear 1;

- Kalibrieren des zumindest einen Dehnungsmessstreifens 40, vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen 40, bei vordefinierten Temperaturen und Zuordnen eines Offsets des jeweiligen Spannungssignals 121 des betreffenden Dehnungsmessstreifens 40 einem bekannten, beim Kalibrieren vorherrschenden Temperatur-Wert; - Calibrating the at least one strain gauge 40, preferably all strain gauges 40, at predefined temperatures and assigning an offset of the respective voltage signal 121 of the respective strain gauge 40 to a known temperature value prevailing during calibration;

- Bestimmen von korrespondierenden Spannungsspitzen S+4,$2;; E1,E2; L1,L2z des Spannungssignals 121 des betreffenden Dehnungsmessstreifens 40 über der Zeit und Bestimmen der Steigung S eines Signaldrifts; - Determining corresponding voltage peaks S+4,S2;; E1,E2; L1,L2z of the voltage signal 121 of the respective strain gauge 40 over time and determining the slope S of a signal drift;

- Berechnung einer relativen Temperaturänderung AT durch Multiplikation von S mit einer entsprechenden bekannten Materialkonstante des betreffenden Dehnungsmessstreifens 40; - Calculation of a relative temperature change AT by multiplying S by a corresponding known material constant of the strain gauge 40 in question;

- Bestimmen einer Ausgangstemperatur To anhand des Offsets des Spannungssignals 121 in einem Anfangszeitbereich; - determining an initial temperature To based on the offset of the voltage signal 121 in an initial time range;

- Bestimmen der aktuellen Temperatur T durch Addition von To und AT. - Determine the current temperature T by adding To and AT.

[00146] Die Steigung S des Signaldrifts gibt Auskunft über die relative Temperaturänderung. Mit zunehmender Betriebstemperatur wandert das Spannungssignal zu höheren Spannungswerten. Der Signalbereich (beispielsweise 0-10 V) muss entsprechend innerhalb des während des Betriebs des Koaxialgetriebes zu erwartenden Temperatur-Bereiches liegen. Die Charakteristik des Temperaturverhaltens des betreffenden Dehnungsmessstreifens lässt sich aus seinem Temperaturkoeffizienten (englisch: Temperature Coefficient of Gauge Factor), also einer Materialkonstante gemäß dem Datenblatt des Dehnungsmessstreifens bestimmen. Damit kann der Messbereich der Spannungssignale entsprechend eines zu erwartenden Temperaturbereichs während des Betriebs des Koaxialgetriebes eingestellt werden. [00146] The slope S of the signal drift provides information about the relative temperature change. As the operating temperature increases, the voltage signal moves toward higher voltage values. The signal range (e.g., 0-10 V) must therefore lie within the temperature range expected during operation of the coaxial gear. The characteristic of the temperature behavior of the strain gauge in question can be determined from its temperature coefficient (Temp. of Gauge Factor), i.e., a material constant according to the strain gauge data sheet. This allows the measuring range of the voltage signals to be adjusted according to the expected temperature range during operation of the coaxial gear.

E) Ermittlung der Drehrichtung E) Determination of the direction of rotation

[00147] Mit dem erfindungsgemäßen System kann auch die Drehrichtung der Hohlwelle 30 oder der Führungseinheit 8 ermittelt werden, wobei die Auswerteeinrichtung 100 dazu eingerichtet ist, zumindest ein Istwert-Signal einer aktuellen Drehrichtung zu bestimmen, wobei das Bestimmen die folgenden Schritte umfasst: [00147] With the system according to the invention, the direction of rotation of the hollow shaft 30 or of the guide unit 8 can also be determined, wherein the evaluation device 100 is configured to determine at least one actual value signal of a current direction of rotation, wherein the determination comprises the following steps:

- Erfassen und Auswerten zumindest eines ersten Spannungssignals 81a,121 eines ersten Dehnungsmessstreifens 40,41a, der auf einem ersten Kolben 10a angeordnet ist, sowie zumindest eines zweiten Spannungssignals 81b,121 eines zweiten Dehnungsmessstreifens 40,41b, der auf einem vom ersten Kolben 10a beabstandeten, zweiten Kolben 10b angeordnet ist, während des Betriebs des Koaxialgetriebes 1; - detecting and evaluating at least one first voltage signal 81a, 121 of a first strain gauge 40, 41a arranged on a first piston 10a, and at least one second voltage signal 81b, 121 of a second strain gauge 40, 41b arranged on a second piston 10b spaced from the first piston 10a, during operation of the coaxial transmission 1;

- Bestimmen zumindest eines Zeitpunkts t1 des einlangenden ersten Spannungssignals 81a, 121, sowie zumindest eines Zeitpunkts t2 des einlangenden zweiten Spannungssignals 81b, 121, vorzugsweise unter Berücksichtigung der jeweils korrespondierenden Spannungsspitzen - Determining at least one time t1 of the incoming first voltage signal 81a, 121, and at least one time t2 of the incoming second voltage signal 81b, 121, preferably taking into account the respective corresponding voltage peaks

Ss N Ss N

S1,S2; E41,E2; L1,L2 des ersten Spannungssignals 81a,121 des betreffenden ersten Dehnungsmessstreifens 40,41a sowie des zweiten Spannungssignals 81b, 121 des betreffenden zweiten Dehnungsmessstreifens 40,41b; S1,S2; E41,E2; L1,L2 of the first voltage signal 81a,121 of the respective first strain gauge 40,41a and of the second voltage signal 81b,121 of the respective second strain gauge 40,41b;

- Bestimmen der zeitlichen Reihenfolge t+-t2; t2-t1 einer Signalabfolge des ersten Spannungssignals 81a,121 des betreffenden ersten Dehnungsmessstreifens 40,41a sowie des zweiten Spannungssignals 81b,121 des betreffenden zweiten Dehnungsmessstreifens 40,41b. - Determining the temporal sequence t+-t2; t2-t1 of a signal sequence of the first voltage signal 81a, 121 of the respective first strain gauge 40, 41a and of the second voltage signal 81b, 121 of the respective second strain gauge 40, 41b.

[00148] Mit dem Index 1 wird hier der Zeitpunkt t1 des einlangenden ersten Spannungssignals 81a,121 des betrachteten ersten Dehnungsmessstreifens 40,41a am ersten Kolben 10a bezeichnet. Mit dem Index 2 wird hier der Zeitpunkt t2 des einlangenden zweiten Spannungssignals 81b,121 des betrachteten zweiten Dehnungsmessstreifens 40,41b am zweiten Kolben 10b bezeichnet. [00148] The index 1 denotes the time t1 of the incoming first voltage signal 81a, 121 of the first strain gauge 40, 41a under consideration on the first piston 10a. The index 2 denotes the time t2 of the incoming second voltage signal 81b, 121 of the second strain gauge 40, 41b under consideration on the second piston 10b.

[00149] Für die Ermittlung der Drehrichtung ist die Reihenfolge der einlangenden Spannungssignale von zumindest zwei Dehnungsmessstreifen 40 bzw. 41a,41b, die an unterschiedlichen Kolben 10a,10b befestigt sind, auszuwerten. Dabei sind vorzugsweise jeweils auch die korrespondierenden Spannungsspitzen S+,5S2; E1,E2; L1,L2 der einlangenden Spannungssignale 81a,81b, 121 zu berücksichtigen. [00149] To determine the direction of rotation, the sequence of the incoming voltage signals from at least two strain gauges 40 and 41a, 41b, respectively, attached to different pistons 10a, 10b, must be evaluated. In this case, the corresponding voltage peaks S+, S2; E1, E2; L1, L2 of the incoming voltage signals 81a, 81b, 121 must also be taken into account.

[00150] Beispielsweise ist eine zeitliche Reihenfolge t1-t2 der Signalabfolge der einlangenden Spannungssignale 81a,121 des ersten Dehnungsmessstreifens 40,41a zuerst am ersten Kolben 10a und zeitversetzt zu den später einlangenden Spannungssignalen 81b,121 des zweiten Dehnungsmessstreifens 40,41b am zweiten Kolben 10b von der Drehrichtung gegenläufig zu einer zeitlichen Reihenfolge t2-t1 der Signalabfolge der einlangenden Spannungssignale 81b,121 des zweiten Dehnungsmessstreifens 40,41b zuerst am zweiten Kolben 10b und anschließend bzw. zeitversetzt zu den später einlangenden Spannungssignalen 81a, 121 des ersten Dehnungsmessstreifens 40,41a am ersten Kolben 10a. [00150] For example, a temporal sequence t1-t2 of the signal sequence of the incoming voltage signals 81a, 121 of the first strain gauge 40, 41a first at the first piston 10a and with a time delay to the later arriving voltage signals 81b, 121 of the second strain gauge 40, 41b at the second piston 10b is opposite in direction of rotation to a temporal sequence t2-t1 of the signal sequence of the incoming voltage signals 81b, 121 of the second strain gauge 40, 41b first at the second piston 10b and then or with a time delay to the later arriving voltage signals 81a, 121 of the first strain gauge 40, 41a at the first piston 10a.

[00151] Durch entsprechende Festlegung der zeitlichen Reihenfolge der einlangenden Spannungssignale auf eine erste Drehrichtung kann auch eine zur ersten Drehrichtung gegenläufige zweite Drehrichtung und somit die jeweilige aktuelle Drehrichtung bestimmt werden. [00151] By appropriately determining the temporal sequence of the incoming voltage signals to a first direction of rotation, a second direction of rotation opposite to the first direction of rotation and thus the respective current direction of rotation can also be determined.

BEZUGSZEICHENLISTE LIST OF REFERENCE SYMBOLS

1 Koaxialgetriebe 1 coaxial gearbox

2 Drehachse 2 axis of rotation

3 Kolbenantrieb 3 piston drive

3a Kurbelwelle 3a Crankshaft

4 Pleuellager; Pleuelzapfen; Hubzapfen 5 Kolbensatz 4 Connecting rod bearings; connecting rod journal; crank pin 5 Piston set

6 Pleuel (bzw. 6a,6a‘,6b,6b’,6c,6c’) 7 Umfangsrichtung (Doppelpfeil) 6 Connecting rods (or 6a, 6a', 6b, 6b', 6c, 6c') 7 Circumferential direction (double arrow)

8 Führungseinheit 8 Guide unit

9 Führungssteg 9 Guide bridge

10 Kolben (bzw. 10a-10p) 10 pistons (or 10a-10p)

11 erste Stirnseite des Kolbens 11 first end face of the piston

12 Verzahnung 12 Gearing

13 Zahn 13 tooth

13a erste Zahnflanke 13a first tooth flank

20 / 32 20 / 32

x bes AT 527 841 B1 2025-07-15 x bes AT 527 841 B1 2025-07-15

Ss N Ss N

BEZUGSZEICHENLISTE (Fortsetzung) LIST OF REFERENCE SYMBOLS (continued)

13b zweite Zahnflanke 13b second tooth flank

13c Zahnbreite 13c tooth width

13d Orientierungsrichtung des Zahns (Doppelpfeil) 13e Zahnhöhe 13d Orientation direction of the tooth (double arrow) 13e Tooth height

14 Kolbenlängsachse 14 Piston longitudinal axis

15 Radialrichtung (Doppelpfeil) 15 Radial direction (double arrow)

16 Bohrung für Kolbenbolzen 16 Bore for piston pin

17 Längsachsenrichtung der Kolbenbolzenbohrung 18 erstes Kolbensegment 17 Longitudinal axis direction of the piston pin bore 18 First piston segment

18a Fasenbreite des ersten Kolbensegments 18a Chamfer width of the first piston segment

19 zweites Kolbensegment 19 second piston segment

19a Fasenbreite des zweiten Kolbensegments 19a Chamfer width of the second piston segment

20 Ausnehmung für Pleuelverbindung 20 Recess for connecting rod connection

21 Kolbenbolzen; Kopplungsbolzen 21 Piston pin; coupling pin

22 Zwischenglied 22 intermediate link

23 Führungsbolzen 23 guide bolts

25 Verbindungsbolzen 25 connecting bolts

27 Drehgelenk 27 Swivel joint

29 Stegausnehmung 29 web recess

29a Breite der Stegausnehmung 29a Width of the web recess

30 Hohlwelle 30 hollow shaft

31 Innenverzahnung der Hohlwelle 31 Internal toothing of the hollow shaft

32 Lücke bzw. Ausnehmung der Innenverzahnung 40 Dehnungsmessstreifen; DMS 32 Gap or recess of the internal gearing 40 Strain gauges; DMS

40a Breite des Dehnungsmessstreifen; DMS 40a Width of the strain gauge; DMS

41 Folien-Dehnungsmessstreifen; Folien-DMS (bzw. 41a-41h) 42 Halbleiter-Dehnungsmessstreifen; Halbleiter-DMS 60 sternförmig ausgebildetes Pleuel 41 Foil strain gauges; foil strain gauges (or 41a-41h) 42 Semiconductor strain gauges; semiconductor strain gauges 60 Star-shaped connecting rod

70 Wheatstone‘sche Messbrücke 70 Wheatstone bridge

71 erster Widerstand 71 first resistance

72 zweiter Widerstand 72 second resistance

73 dritter Widerstand 73 third resistance

74 vierter Widerstand 74 fourth resistance

80 angelegte Spannung 80 applied voltage

81 Diagonalspannung 81 Diagonal voltage

81a,81b Diagonalspannung eines einzelnen DMS 81a,81b Diagonal voltage of a single strain gauge

82 verstärkte (erhöhte) Spannung 82 increased (increased) voltage

82a Rohsignal 82a Raw signal

82b normiertes Signal 82b normalized signal

x bes AT 527 841 B1 2025-07-15 x bes AT 527 841 B1 2025-07-15

Ss N Ss N

BEZUGSZEICHENLISTE (Fortsetzung) LIST OF REFERENCE SYMBOLS (continued)

82Cc normiertes Nullwertsignal 82Cc normalized zero value signal

82d Ausgangssignal 82d output signal

83 normiertes digitales Signal 83 standardized digital signal

84 Offset-Signal 84 Offset signal

85 verarbeitetes Ausgangssignal 85 processed output signal

86 begrenztes Ausgangssignal 86 limited output signal

87 analoges Signal 87 analog signal

90 Signalleitung für Widerstandsänderung; Anschlusskabel 100 Auswerteeinrichtung für Messdaten 90 Signal line for resistance change; connection cable 100 Evaluation device for measured data

110 Messdaten-Erfassungseinheit 110 Measurement data acquisition unit

111 Brückenschaltung 111 Bridge circuit

112 (erster) Messverstärker 112 (first) measuring amplifier

113 A/D-Wandler 113 A/D converters

114 Signalwertnormierung 114 Signal value normalization

115 Nullwertnormierung 115 Zero value normalization

116 (zweiter) Messverstärker; Signalwertverstärker 117 Signal-Offset 116 (second) measuring amplifier; signal value amplifier 117 signal offset

118 Spannungsbegrenzer 118 voltage limiters

119 D/A-Wandler 119 D/A converters

120 Spannungsbegrenzer 120 voltage limiters

121 Ausgabe Spannungs-Signal 121 Output voltage signal

130 Messdaten-Analyseeinheit 130 Measurement data analysis unit

131 CPU-Rechenprozessor 131 CPU-processor

132 Arbeitsspeicher 132 RAM

135 Datenspeichereinrichtung 135 Data storage facility

136 Konfigurationsdatenspeicher 136 configuration data storage

138 Signalwandler; 1/O-Link 138 signal converters; 1/O-Link

140 Istwert-Signal 140 Actual value signal

150 SPS-Steuerungseinrichtung 150 PLC control device

160 externe Datenüberwachungseinrichtung 160 external data monitoring device

A Amplitude A Amplitude

E1,E2 Spannungsspitze zu Beginn des Zahneingriffs L41,L2 Spannungsspitze beim Lösen des Zahneingriffs P Periode E1,E2 Stress peak at the beginning of the meshing L41,L2 Stress peak when releasing the meshing P Period

S1,S2,S3 Spannungsspitze bei höchster Last während Zahneingriff t41,t2,t3 Zeitpunkt S1,S2,S3 Stress peak at highest load during tooth meshing t41,t2,t3 time

Claims (1)

x bes AT 527 841 B1 2025-07-15 x bes AT 527 841 B1 2025-07-15 Ss N Ss N Patentansprüche Patent claims 1. Koaxialgetriebe (1), umfassend: 1. Coaxial gearbox (1), comprising: - zumindest einen Kolbensatz (5) mit zumindest drei Kolben (10a-10p), wobei die Kolben (10a-10p) jeweils an einer von einer Drehachse (2) wegweisenden ersten Stirnseite (11) eine Verzahnung (12) mit zumindest einem Zahn (13) aufweisen; - at least one piston set (5) with at least three pistons (10a-10p), wherein the pistons (10a-10p) each have a toothing (12) with at least one tooth (13) on a first end face (11) facing away from a rotational axis (2); - eine Hohlwelle (30) mit einer Innenverzahnung (31), wobei in einer auf die Drehachse (2) normal stehenden Ebene betrachtet die Kolben (10a-10p) innerhalb der Hohlwelle (30) angeordnet sind; - a hollow shaft (30) with an internal toothing (31), wherein the pistons (10a-10p) are arranged within the hollow shaft (30) when viewed in a plane normal to the axis of rotation (2); - eine Führungseinheit (8), wobei die Kolben (10a-10p) des jeweiligen Kolbensatzes (5) jeweils in der Führungseinheit (8) in einer um die Drehachse (2) weisenden Umfangsrichtung (7) durch Führungsstege (9) voneinander beabstandet angeordnet sowie linear geführt und parallel zu einer normal auf die Drehachse (2) stehenden Radialrichtung (15) hin und her bewegbar sind; - a guide unit (8), wherein the pistons (10a-10p) of the respective piston set (5) are each arranged in the guide unit (8) at a distance from one another by guide webs (9) in a circumferential direction (7) pointing around the axis of rotation (2), and are linearly guided and can be moved back and forth parallel to a radial direction (15) normal to the axis of rotation (2); - einen Kolbenantrieb (3) für die linear geführte Bewegung der Kolben (10a-10p), - a piston drive (3) for the linear guided movement of the pistons (10a-10p), - wobei die Verzahnungen (12,13) der ersten Stirnseiten (11) der Kolben (10a-10p), insbesondere nacheinander, in Eingriff mit der Innenverzahnung (31) sowie in einen von der Innenverzahnung (31) losgelösten Zustand bringbar sind, um während des jeweiligen Eingriffs, vorzugsweise unter flächigem Kontakt zwischen der jeweiligen Verzahnung (12,13) und der Innenverzahnung (31), die Hohlwelle (30) oder die Führungseinheit (9) um die Drehachse (2) weiter zu drehen, - wherein the toothings (12, 13) of the first end faces (11) of the pistons (10a-10p), in particular one after the other, can be brought into engagement with the internal toothing (31) and into a state detached from the internal toothing (31) in order to continue rotating the hollow shaft (30) or the guide unit (9) about the axis of rotation (2) during the respective engagement, preferably with surface contact between the respective toothing (12, 13) and the internal toothing (31), dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that an zumindest einem der Kolben (10a,10c,10e, 110g, 10i, 10k, 10m, 100) zumindest ein Deh-on at least one of the pistons (10a, 10c, 10e, 110g, 10i, 10k, 10m, 100) at least one expansion nungsmessstreifen (40,41,42) befestigt ist. voltage measuring strips (40,41,42) are attached. 2. Koaxialgetriebe (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest drei, bevorzugt in Umfangsrichtung (7), besonders bevorzugt gleichmäßig, verteilt angeordneten, Kolben (10a,10c,10e, 10g, 10i, 10k, 10m, 100) jeweils zumindest ein Dehnungsmessstreifen (40,41,42) befestigt ist. 2. Coaxial transmission (1) according to claim 1, characterized in that at least one strain gauge (40, 41, 42) is fastened to at least three pistons (10a, 10c, 10e, 10g, 10i, 10k, 10m, 100), which are preferably arranged in a circumferential direction (7), particularly preferably uniformly, distributed. 3. Koaxialgetriebe (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Kolbensatz (5) eine geradzahlige Anzahl von zumindest sechs Kolben (10a-10p) umfasst, wobei zumindest an jedem zweiten Kolben (10a, 10c, 10e, 10g, 10i, 10k, 10m, 100) jeweils zumindest ein Dehnungsmessstreifen (40,41,42) befestigt ist. 3. Coaxial transmission (1) according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one piston set (5) comprises an even number of at least six pistons (10a-10p), wherein at least one strain gauge (40, 41, 42) is attached to at least every second piston (10a, 10c, 10e, 10g, 10i, 10k, 10m, 100). 4. Koaxialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Kolben (10a-10p) jeweils zumindest ein Dehnungsmessstreifen (40,41,42) befestigt ist. 4. Coaxial transmission (1) according to one of claims 1 to 3, characterized in that at least one strain gauge (40, 41, 42) is attached to each piston (10a-10p). 5. Koaxialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dehnungsmessstreifen (40,41,42) in einem ersten Kolbensegment (18) am jeweiligen Kolben (10a-10p) angeordnet ist, wobei das erste Kolbensegment (18) einen AußBenflächenabschnitt am jeweiligen Kolben (10a-10p) bildet und in Radialrichtung (15) parallel zu einer Kolbenlängsachse (14) sowie zumindest abschnittsweise normal zu einer Orientierungsrichtung (13d) des zumindest einen Zahns (13) des jeweiligen Kolbens (10a-10p) positioniert ist. 5. Coaxial transmission (1) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the at least one strain gauge (40, 41, 42) is arranged in a first piston segment (18) on the respective piston (10a-10p), wherein the first piston segment (18) forms an outer surface section on the respective piston (10a-10p) and is positioned in the radial direction (15) parallel to a piston longitudinal axis (14) and at least in sections normal to an orientation direction (13d) of the at least one tooth (13) of the respective piston (10a-10p). 6. Koaxialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass an zumindest einem, vorzugsweise an zumindest drei in Umfangsrichtung (7) verteilt angeordneten, Kolben (10a, 10c, 10e,10g, 10i, 10k, 10m, 100) jeweils zumindest zwei Dehnungsmessstreifen (40,41,42) befestigt sind. 6. Coaxial transmission (1) according to one of claims 1 to 5, characterized in that at least two strain gauges (40, 41, 42) are fastened to at least one, preferably to at least three pistons (10a, 10c, 10e, 10g, 10i, 10k, 10m, 100) arranged distributed in the circumferential direction (7). 7. Koaxialgetriebe (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein erster Dehnungsmessstreifen (40,41,42) in einem ersten Kolbensegment (18) sowie ein zweiter Dehnungsmessstreifen (40,41,42) in einem dem ersten Kolbensegment (18) gegenüberliegenden zweiten Kolbensegment (19) an demselben Kolben (10a-10p) angeordnet sind, wobei das erste Kolbensegment (18) sowie das zweite Kolbensegment (19) jeweils einen AuBenflächenabschnitt am jeweiligen Kolben (10a-10p) bilden und jeweils in Radialrichtung 7. Coaxial transmission (1) according to claim 6, characterized in that a first strain gauge (40, 41, 42) in a first piston segment (18) and a second strain gauge (40, 41, 42) in a second piston segment (19) opposite the first piston segment (18) are arranged on the same piston (10a-10p), wherein the first piston segment (18) and the second piston segment (19) each form an outer surface section on the respective piston (10a-10p) and each in the radial direction 10. 10. 11. 11. 12. 12. 13. 13. AT 527 841 B1 2025-07-15 AT 527 841 B1 2025-07-15 (15) parallel zu einer Kolbenlängsachse (14) sowie zumindest abschnittsweise normal zu einer Orientierungsrichtung (13d) des zumindest einen Zahns (13) des jeweiligen Kolbens (10a-10p) positioniert sind. (15) are positioned parallel to a piston longitudinal axis (14) and at least partially normal to an orientation direction (13d) of the at least one tooth (13) of the respective piston (10a-10p). Koaxialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Kolbensegment (18) und/oder ein zweites Kolbensegment (19) jeweils als ein angefaster Außenflächenabschnitt am jeweiligen Kolben (10a-10p) ausgebildet ist bzw. sind, wobei vorzugsweise eine Fasenbreite (18a) des ersten Kolbensegments (18) und/oder eine Fasenbreite (19a) des zweiten Kolbensegments (19) jeweils größer gleich einer Breite (40a) eines Dehnungsmessstreifens (40,41,42) ist bzw. sind. Coaxial transmission (1) according to one of claims 5 to 7, characterized in that a first piston segment (18) and/or a second piston segment (19) is/are each formed as a chamfered outer surface section on the respective piston (10a-10p), wherein preferably a chamfer width (18a) of the first piston segment (18) and/or a chamfer width (19a) of the second piston segment (19) is/are each greater than or equal to a width (40a) of a strain gauge (40, 41, 42). Koaxialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass korrespondierend zur Position eines ersten Kolbensegments (18) und/oder korrespondierend zur Position eines zweiten Kolbensegments (19) des jeweiligen Kolbens (10a-10p) am jeweils angrenzenden Führungssteg (9) der Führungseinheit (8) jeweils eine Stegausnehmung (29) angeordnet ist, wobei die jeweilige Stegausnehmung (29) in Radialrichtung (15) parallel zur Kolbenlängsachse (14) des betreffenden Kolbens (10a-10p) verläuft und der zumindest eine Dehnungsmessstreifen (40,41,42) zumindest abschnittsweise in der Stegausnehmung (29) angeordnet ist, wobei die jeweilige Stegausnehmung (29) vorzugsweise eine Ausnehmungsbreite (29a) aufweist, welche Ausnehmungsbreite (29a) größer gleich einer Breite (40a) eines Dehnungsmessstreifens (40,41,42) ist. Coaxial transmission (1) according to one of claims 5 to 8, characterized in that a web recess (29) is arranged on the respectively adjacent guide web (9) of the guide unit (8) corresponding to the position of a first piston segment (18) and/or corresponding to the position of a second piston segment (19) of the respective piston (10a-10p), wherein the respective web recess (29) runs in the radial direction (15) parallel to the piston longitudinal axis (14) of the respective piston (10a-10p) and the at least one strain gauge (40, 41, 42) is arranged at least in sections in the web recess (29), wherein the respective web recess (29) preferably has a recess width (29a), which recess width (29a) is greater than or equal to a width (40a) of a strain gauge (40, 41, 42). Koaxialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Dehnungsmessstreifen (40) ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Folien-Dehnungsmessstreifen (41), Halbleiter-Dehnungsmessstreifen (42), Rosetten-Dehnungsmessstreifen, Draht-Dehnungsmessstreifen. Coaxial transmission (1) according to one of claims 1 to 9, characterized in that the at least one strain gauge (40) is selected from the group comprising: foil strain gauges (41), semiconductor strain gauges (42), rosette strain gauges, wire strain gauges. Koaxialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolbenantrieb (3) eine um die Drehachse (2) drehbare Kurbelwelle (3a) mit zumindest einem Pleuellager (4) umfasst, wobei zumindest ein Pleuel (6) vorgesehen ist, welcher Pleuel (6) mit einem oder mit mehreren Kolben (10a-10p) des zumindest einen Kolbensatzes (5) sowie mit dem zumindest einen Pleuellager (4) gekoppelt ist. Coaxial transmission (1) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the piston drive (3) comprises a crankshaft (3a) rotatable about the axis of rotation (2) with at least one connecting rod bearing (4), wherein at least one connecting rod (6) is provided, which connecting rod (6) is coupled to one or more pistons (10a-10p) of the at least one piston set (5) and to the at least one connecting rod bearing (4). Koaxialgetriebe (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verbindung der Kolben (10a-10p) des jeweiligen Kolbensatzes (5) mit dem zumindest einen Pleuellager (4) jeweils ein gemeinsamer, sternförmig ausgebildeter Pleuel (60), mit dem die Kolben (10a10p) des jeweiligen Kolbensatzes (5) gekoppelt sind, vorgesehen ist, Coaxial transmission (1) according to claim 11, characterized in that for connecting the pistons (10a-10p) of the respective piston set (5) to the at least one connecting rod bearing (4), a common, star-shaped connecting rod (60) is provided, to which the pistons (10a-10p) of the respective piston set (5) are coupled, oder or dass zur Verbindung jedes Kolbens (10a-10p) des jeweiligen Kolbensatzes (5) mit dem zumindest einen Pleuellager (4) jeweils ein eigener Pleuel (61a-61p) vorgesehen ist. that a separate connecting rod (61a-61p) is provided for connecting each piston (10a-10p) of the respective piston set (5) to the at least one connecting rod bearing (4). System umfassend ein Koaxialgetriebe (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 sowie eine System comprising a coaxial gear (1) according to one of claims 1 to 12 and a Auswerteeinrichtung (100) für die Erfassung und Auswertung von Messdaten, wobei Evaluation device (100) for the acquisition and evaluation of measurement data, wherein - die Auswerteeinrichtung (100) eine Messdaten-Erfassungseinheit (110) sowie eine Messdaten-Analyseeinheit (130) umfasst, wobei - the evaluation device (100) comprises a measurement data acquisition unit (110) and a measurement data analysis unit (130), wherein - die Messdaten-Erfassungseinheit (110) mit dem zumindest einen, vorzugsweise mit zumindest drei, besonders bevorzugt mit sämtlichen, Dehnungsmessstreifen (40,41a41h,42) des Koaxialgetriebes (1) signalmäßig (90) verbunden ist, und die Messdaten-Erfassungseinheit (110) zur Erfassung von Widerstandsänderungen jedes der Dehnungsmessstreifen (40,41a- 41h) mittels zumindest einer Brückenschaltung (111) eingerichtet ist und entsprechende Spannungssignale (121) ausgibt, und wobei - the measurement data acquisition unit (110) is signal-connected (90) to the at least one, preferably at least three, particularly preferably all, strain gauges (40, 41a, 41h, 42) of the coaxial transmission (1), and the measurement data acquisition unit (110) is configured to detect resistance changes of each of the strain gauges (40, 41a- 41h) by means of at least one bridge circuit (111) and outputs corresponding voltage signals (121), and wherein - die Messdaten-Analyseeinheit (130) dazu eingerichtet ist, anhand der von der MessdatenErfassungseinheit (110) ausgegebenen Spannungssignale (121) jedes der Dehnungsmessstreifen (40,41a-41h,42) zumindest ein Istwert-Signal (140) einer aktuellen Drehgeschwindigkeit und/oder einer aktuellen Drehwinkellage und/oder Drehrichtung und/oder eines aktuellen Drehmoments und/oder einer aktuellen Temperatur und/oder einer aktuell wirkenden Kraft zu bestimmen, und vorzugsweise an eine Steuerungseinrichtung (150) und/oder an eine externe Datenüberwachungseinrichtung (160) auszugeben. - the measurement data analysis unit (130) is configured to determine at least one actual value signal (140) of a current rotational speed and/or a current rotational angle position and/or rotational direction and/or a current torque and/or a current temperature and/or a currently acting force on the basis of the voltage signals (121) output by the measurement data acquisition unit (110) of each of the strain gauges (40, 41a-41h, 42), and preferably to output said actual value signal to a control device (150) and/or to an external data monitoring device (160). 24 1 32 24 1 32 x bes AT 527 841 B1 2025-07-15 x bes AT 527 841 B1 2025-07-15 Ss N Ss N 14. Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Drehgeschwindigkeit unter Verwendung eines Systems nach Anspruch 13, wobei die Auswerteeinrichtung (100) dazu eingerichtet ist, zumindest ein Istwert-Signal (140) einer aktuellen Drehgeschwindigkeit zu bestimmen, wobei die folgenden Schritte umfasst sind: 14. A method for determining a current rotational speed using a system according to claim 13, wherein the evaluation device (100) is configured to determine at least one actual value signal (140) of a current rotational speed, comprising the following steps: - Erfassen und Auswerten der Spannungssignale (121) zumindest eines Dehnungsmessstreifens (40,41,42), vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen (40,41,42), während des Betriebs des Koaxialgetriebes (1); - detecting and evaluating the voltage signals (121) of at least one strain gauge (40,41,42), preferably all strain gauges (40,41,42), during operation of the coaxial gear (1); - Bestimmen einer Periodendauer P als Zeitintervall (t2 - t1ı) zwischen zwei korrespondierenden Spannungsspitzen (S4,S2; E1,E2; L1,L2) des Spannungssignals (121) des betreffenden Dehnungsmessstreifens (40,41,42); - determining a period P as a time interval (t2 - t1ı) between two corresponding voltage peaks (S4,S2; E1,E2; L1,L2) of the voltage signal (121) of the respective strain gauge (40,41,42); - Umrechnen der Periodendauer P unter Berücksichtigung der Anzahl L der Lücken der Innenverzahnung (31) der Hohlwelle (30) in eine aktuelle Drehgeschwindigkeit © = (2L)/P. - Convert the period P taking into account the number L of gaps in the internal gearing (31) of the hollow shaft (30) into a current rotational speed © = (2L)/P. 15. Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Drehwinkellage unter Verwendung eines Systems nach Anspruch 13, wobei die Auswerteeinrichtung (100) dazu eingerichtet ist, zumindest ein Istwert-Signal (140) einer aktuellen Drehwinkellage zu bestimmen, wobei die folgenden Schritte umfasst sind: 15. A method for determining a current rotational angle position using a system according to claim 13, wherein the evaluation device (100) is configured to determine at least one actual value signal (140) of a current rotational angle position, comprising the following steps: - Erfassen und Auswerten der Spannungssignale (121) zumindest eines Dehnungsmessstreifens (40,41,42), vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen (40,41,42), während des Betriebs des Koaxialgetriebes (1); - detecting and evaluating the voltage signals (121) of at least one strain gauge (40,41,42), preferably all strain gauges (40,41,42), during operation of the coaxial gear (1); - Bestimmen der jeweiligen Zeitpunkte (t1,t2) von Spannungsspitzen (S4,S2; E1,E2; L1,L2) des betreffenden Dehnungsmessstreifens (40,41,42); - determining the respective times (t1,t2) of voltage peaks (S4,S2; E1,E2; L1,L2) of the respective strain gauge (40,41,42); - Zuordnen der jeweiligen Zeitpunkte (t1,t2) von Spannungsspitzen (S4,S2; E1,E2; L4,L2) unter Berücksichtigung der Anzahl L der Lücken der Innenverzahnung (31) der Hohlwelle (30) als Inkrement einer aktuellen Drehwinkellage des betreffenden Dehnungsmessstreifens (40,41,42). - Assigning the respective times (t1,t2) of stress peaks (S4,S2; E1,E2; L4,L2) taking into account the number L of gaps in the internal toothing (31) of the hollow shaft (30) as an increment of a current angular position of the respective strain gauge (40,41,42). 16. Verfahren zum Bestimmen eines aktuellen Drehmoments unter Verwendung eines Systems nach Anspruch 13, wobei die Auswerteeinrichtung (100) dazu eingerichtet ist, zumindest ein Istwert-Signal (140) eines aktuellen Drehmoments zu bestimmen, wobei die folgenden Schritte umfasst sind: 16. A method for determining a current torque using a system according to claim 13, wherein the evaluation device (100) is configured to determine at least one actual value signal (140) of a current torque, comprising the following steps: - Erfassen und Auswerten der Spannungssignale (121) zumindest eines Dehnungsmessstreifens (40,41,42), vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen (40,41,42), während des Betriebs des Koaxialgetriebes (1); - detecting and evaluating the voltage signals (121) of at least one strain gauge (40,41,42), preferably all strain gauges (40,41,42), during operation of the coaxial gear (1); - Kalibrieren des zumindest einen Dehnungsmessstreifens (40,41,42), vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen (40,41,42), bei vordefinierten Drehmomenten und Zuordnen der jeweiligen Spannungsamplituden (U+4,U2) von Spannungsspitzen (S4,S2; E41,Ez2; L1,L2) des betreffenden Dehnungsmessstreifens (40,41,42) jeweils einem kalibrierten Drehmoment-Wert; - Calibrating the at least one strain gauge (40,41,42), preferably all strain gauges (40,41,42), at predefined torques and assigning the respective voltage amplitudes (U+4,U2) of voltage peaks (S4,S2; E41,Ez2; L1,L2) of the respective strain gauge (40,41,42) to a calibrated torque value; - Vergleichen der jeweiligen aktuellen Spannungsamplituden (U+4,U2) von Spannungsspitzen (S4,S2; E1,E2; L1,L2) des betreffenden Dehnungsmessstreifens (40,41,42) während des Betriebs des Koaxialgetriebes (1) mit den kalibrierten Drehmoment-Werten und Bestimmen eines aktuellen Drehmoments. - Comparing the respective current voltage amplitudes (U+4,U2) of voltage peaks (S4,S2; E1,E2; L1,L2) of the respective strain gauge (40,41,42) during operation of the coaxial gear (1) with the calibrated torque values and determining a current torque. 17. Verfahren zum Bestimmen einer aktuellen Temperatur unter Verwendung eines Systems nach Anspruch 13, wobei die Auswerteeinrichtung (100) dazu eingerichtet ist, zumindest ein Istwert-Signal (140) einer aktuellen Temperatur zu bestimmen, wobei die folgenden Schritte umfasst sind: 17. A method for determining a current temperature using a system according to claim 13, wherein the evaluation device (100) is configured to determine at least one actual value signal (140) of a current temperature, comprising the following steps: - Erfassen und Auswerten der Spannungssignale (121) zumindest eines Dehnungsmessstreifens (40,41,42), vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen (40,41,42), während des Betriebs des Koaxialgetriebes (1); - detecting and evaluating the voltage signals (121) of at least one strain gauge (40,41,42), preferably all strain gauges (40,41,42), during operation of the coaxial gear (1); - Kalibrieren des zumindest einen Dehnungsmessstreifens (40,41,42), vorzugsweise sämtlicher Dehnungsmessstreifen (40,41,42), bei vordefinierten Temperaturen und Zuordnen eines Offsets des jeweiligen Spannungssignals (121) des betreffenden Dehnungsmess-- Calibrating the at least one strain gauge (40, 41, 42), preferably all strain gauges (40, 41, 42), at predefined temperatures and assigning an offset of the respective voltage signal (121) of the respective strain gauge 25 / 32 25 / 32 streifens (40,41,42) einem bekannten, beim Kalibrieren vorherrschenden TemperaturWert; strip (40,41,42) to a known temperature value prevailing during calibration; - Bestimmen von korrespondierenden Spannungsspitzen (S41,S2; E1,E2; L1,L2) des Spannungssignals (121) des betreffenden Dehnungsmessstreifens (40,41,42) über der Zeit (t) und Bestimmen der Steigung S eines Signaldrifts; - determining corresponding voltage peaks (S41,S2; E1,E2; L1,L2) of the voltage signal (121) of the respective strain gauge (40,41,42) over time (t) and determining the slope S of a signal drift; - Berechnung einer relativen Temperaturänderung AT durch Multiplikation von S mit einer entsprechenden bekannten Materialkonstante des betreffenden Dehnungsmessstreifens (40,41,42); - Calculation of a relative temperature change AT by multiplying S by a corresponding known material constant of the strain gauge in question (40,41,42); - Bestimmen einer Ausgangstemperatur To anhand des Offsets des Spannungssignals (121) in einem Anfangszeitbereich; - determining an initial temperature To based on the offset of the voltage signal (121) in an initial time range; - Bestimmen der aktuellen Temperatur T durch Addition von To und AT. - Determine the current temperature T by adding To and AT. Hierzu 6 Blatt Zeichnungen 6 sheets of drawings 26 / 32 26 / 32
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4713985A (en) * 1984-05-31 1987-12-22 Kabushiki Kaisya Advance Kaihatsu Kenkyujo Transmission apparatus
WO2021193244A1 (en) * 2020-03-24 2021-09-30 住友重機械工業株式会社 Flexible meshing type gear device
WO2023088656A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-25 Kraken Innovations Gmbh Coaxial transmission

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT521617B1 (en) 2019-07-26 2020-03-15 Univ Graz Tech COAXIAL GEARBOX
EP4207717B1 (en) 2020-11-11 2026-01-28 Samsung Electronics Co., Ltd. Electronic device and user interface display method

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4713985A (en) * 1984-05-31 1987-12-22 Kabushiki Kaisya Advance Kaihatsu Kenkyujo Transmission apparatus
WO2021193244A1 (en) * 2020-03-24 2021-09-30 住友重機械工業株式会社 Flexible meshing type gear device
WO2023088656A1 (en) * 2021-11-16 2023-05-25 Kraken Innovations Gmbh Coaxial transmission

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