DE20008889U1 - Arrangement for the detection of a torque - Google Patents
Arrangement for the detection of a torqueInfo
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Description
Die Erfindung richtet sich auf eine Anordnung zur Erfassung des auf eine Welle wirkenden Antriebs- oder Brems-Drehmoments, insbesondere des Drehmoments zwischen einer Welle eines Tretlagers und der durch eine Wirbelstrombremse beaufschlagten Schwungscheibe eines Standfahrrads, Fahrrad-Ergometers o. dgl.The invention relates to an arrangement for detecting the drive or braking torque acting on a shaft, in particular the torque between a shaft of a bottom bracket and the flywheel of a stationary bicycle, bicycle ergometer or the like acted upon by an eddy current brake.
Ein derartiges Trainingsgerät ist beispielsweise aus DE 199 13 415 bekannt. Dort wird eine Einrichtung beschrieben, um über eine möglichst genaue Erfassung der momentanen Bremsleistung diese exakt regem zu können. Zu diesem Zweck wird die Veränderung des Luftspaltes zwischen Elektromagneten und Wirbelstrom-Bremse erfaßt und als Ist-Wert der Regelung zugeführt.
15Such a training device is known, for example, from DE 199 13 415. This describes a device for precisely controlling the instantaneous braking power by recording it as accurately as possible. For this purpose, the change in the air gap between the electromagnet and the eddy current brake is recorded and fed to the control system as an actual value.
15
Andere Drehmoment-Meßaufnehmer arbeiten induktiv, benutzen das magnetelastische Prinzip oder beruhen auf der Frequenzänderung einer Schwingseite.Other torque sensors work inductively, use the magneto-elastic principle or are based on the frequency change of one oscillating side.
Es ist ebenfalls bereits bekannt, das Drehmoment, welches an Antriebswellen anliegt, dadurch zu erfassen, daß man voraussetzt, daß die Torsionsspannung zu einer Verformung der Weilenoberfläche führt. Die größten Verformungen treten unter Winkern von 45° zur Wellenachse auf, so daß sich unter diesen Winkern die Messung durch Dehnungsmeßstreifen bewerkstelligen läßt. Die resultierende Widerstandsänderung läßt sich mit Hilfe einer Vollbrücke in eine elektrische Spannung umformen, die dem Drehmoment proportional ist. Durch gleichzeitige Messung der Drehzahl erhält man die von der Welle übertragene mechanische Leistung.It is also already known to measure the torque applied to drive shafts by assuming that the torsional stress leads to a deformation of the shaft surface. The greatest deformations occur at angles of 45° to the shaft axis, so that the measurement can be carried out using strain gauges at these angles. The resulting change in resistance can be converted into an electrical voltage proportional to the torque using a full bridge. By simultaneously measuring the speed of rotation, the mechanical power transmitted by the shaft is obtained.
S/Li - DaumS/Li - Daum
-2--2-
Die bisher bekannten Meßmethoden, die die Verformung der Wellenoberfläche unter Torsionsspannung ausnutzen, sind technisch relativ aufwendig und dementsprechend empfindlich und teuer.The measuring methods known to date, which exploit the deformation of the shaft surface under torsional stress, are technically relatively complex and accordingly sensitive and expensive.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Heimtrainingsgerät der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß eine möglichst exakte Drehmomenterfassung auf einfache und kostengünstige Weise erreicht wird.Based on this, the invention is based on the object of designing a home training device of the type mentioned at the beginning in such a way that the most precise torque detection possible is achieved in a simple and cost-effective manner.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein Schlepparm vorgesehen ist, der mit der Welle oder der Bremsscheibe drehfest verbunden ist, wobei an der Bremsscheibe oder der Welle wenigstens ein Mitnehmer drehfest angeordnet ist, so daß bei einer Relativdrehbewegung zwischen Welle und Bremsscheibe der wenigstens eine Schlepparm auf den wenigstens einen Mitnehmer und durch Übertragung eines Drehmoments drückt, wobei eine Kraft- bzw. Druckmeßeinrichtung zur Erfassung der Mitnahmekraft bzw. des Mitnahmedrucks am Mitnehmer oder am Schlepparm vorgesehen ist.This object is achieved according to the invention in that at least one drag arm is provided which is connected to the shaft or the brake disc in a rotationally fixed manner, wherein at least one driver is arranged on the brake disc or the shaft in a rotationally fixed manner, so that during a relative rotational movement between the shaft and the brake disc, the at least one drag arm presses on the at least one driver and by transmitting a torque, wherein a force or pressure measuring device is provided for detecting the driving force or the driving pressure on the driver or on the drag arm.
Vorzugsweise sind zwei Schlepparme und zwei Mitnehmer vorgesehen, deren Kraft- oder Druckmeßeinrichtungen einander benachbart derart angeordnet sind, daß jeweils eine in jeweils einer der beiden möglichen Drehrichtungen aktiv wird.Preferably, two drag arms and two drivers are provided, the force or pressure measuring devices of which are arranged adjacent to one another in such a way that one is active in each of the two possible directions of rotation.
Die Meßeinrichtung kann eine Wägezelle, Kraftmeßdose oder Kraft-Weg-Meßeinrichtung nach Art einer Federwaage o. dgl. sein.The measuring device can be a load cell, load cell or force-displacement measuring device in the form of a spring balance or similar.
-3--3-
Günstigerweise umfaßt die Kraft-Weg-Meßeinrichtung ein Federelement und/oder eine Wegmeßeinrichtung.Advantageously, the force-displacement measuring device comprises a spring element and/or a displacement measuring device.
Bei einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Schlepparm eine gewisse Eigenelastizität aufweist und dementsprechend in Abhängigkeit von dem übertragenen Drehmoment ausgelenkt wird, wobei eine Meßeinrichtung zur Erfassung dieser Auslenkung vorgesehen ist.In a further embodiment of the invention, it is provided that the towing arm has a certain inherent elasticity and is accordingly deflected depending on the transmitted torque, wherein a measuring device is provided for detecting this deflection.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is explained in more detail below using a preferred embodiment in conjunction with the drawing.
Fig. 1 eine schematische Längs-Schnittdarstellung senkrecht zur Ebene der Bremsscheibe undFig. 1 is a schematic longitudinal sectional view perpendicular to the plane of the brake disc and
Fig. 2 eine schematische Aufsicht auf eine Darstellung aus einem gegenüber Fig. 1 um 90 ° gedrehten Blickwinkel.Fig. 2 is a schematic plan view of a representation from a viewing angle rotated by 90° compared to Fig. 1.
Eine in der Zeichnung teilweise dargestellte Anordnung umfaßt eine Welle 1, welche die Welle eines Tretlagers oder eine hiermit in Antriebsverbindung stehende Welle bildet. An dieser ist ein L-förmiger Schlepparm 3 drehfest, im Ausführungsbeispiel durch Schweißen, befestigt. Der Schlepparm 3 gemäß dem Ausführungsbeispiel weist eine schematische L-Konfiguration auf, wobei natürlich klar ist, daß es im wesentlichen darauf ankommt, mittels dieses Schlepparms einen Abstand zur Mittel-Längs-Achse 11 der Welle 1 herzustellen.An arrangement partially shown in the drawing comprises a shaft 1, which forms the shaft of a bottom bracket or a shaft connected to it for driving purposes. An L-shaped towing arm 3 is attached to this in a rotationally fixed manner, in the exemplary embodiment by welding. The towing arm 3 according to the exemplary embodiment has a schematic L-configuration, whereby it is of course clear that the essential thing is to create a distance from the central longitudinal axis 11 of the shaft 1 by means of this towing arm.
Eine Bremsscheibe 4 ist über ein Lager 2 koaxial zur Mittel-Längs-Achse 11 der Welle 1 auf dieser gelagert, wobei der Bremsscheibe 4 ein dieseA brake disc 4 is mounted on the shaft 1 via a bearing 2 coaxially to the central longitudinal axis 11 of the shaft 1, the brake disc 4 being provided with a
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hufeisenförmig umgreifender Elektromagnet 8 zur Erzeugung eines definierten Bremsmoments zugeordnet ist.horseshoe-shaped electromagnet 8 is assigned to generate a defined braking torque.
Aus Fig. 2 ist erkennbar, daß beiderseits des Schlepparms 3 an der Bremsscheibe drehfest mit dieser verbunden Mitnehmerstifte 5 angeordnet sind, so daß in jedem Fall unabhängig von der Drehrichtung eine Kraftübertragung zwischen dem oberen freien Ende des Schlepparms 3 und einem der beiden Mitnehmerstifte 5 erfolgt.From Fig. 2 it can be seen that driving pins 5 are arranged on both sides of the drag arm 3 on the brake disc and are connected to it in a rotationally fixed manner, so that in any case, regardless of the direction of rotation, a force transmission takes place between the upper free end of the drag arm 3 and one of the two driving pins 5.
Zwischen dem Schlepparm 3 und den Mitnehmerstiften 5 sind Kraftmeßeinrichtungen 6 angeordnet, welche mit einer Auswerteeinrichtung 7 verbunden sind.Force measuring devices 6 are arranged between the towing arm 3 and the driving pins 5 and are connected to an evaluation device 7.
Als Alternative zur Meßeinrichtung 6 zwischen Schlepparm 3 und Mitnehmerstift 5 ist es auch denkbar, den Schlepparm 3 eigenelastisch auszubilden, so daß er in Abhängigkeit von dem übertragenen Drehmoment ausgelenkt wird, um diese Auslenkung über eine Meßeinrichtung 10 zu erfassen. As an alternative to the measuring device 6 between the towing arm 3 and the driving pin 5, it is also conceivable to design the towing arm 3 to be inherently elastic, so that it is deflected depending on the transmitted torque in order to detect this deflection via a measuring device 10.
In Fig. 2 sind schematisch Federeinrichtungen 9 eingezeichnet, die gemäß einer weiteren Ausführungsform die Umsetzung der zwischen Schlepparm 3 und Mitnehmerstift 5 übertragenen Kraft in einen Weg ermöglicht, so daß dieser Weg gemessen werden kann.In Fig. 2, spring devices 9 are shown schematically which, according to a further embodiment, enable the force transmitted between the towing arm 3 and the driving pin 5 to be converted into a path so that this path can be measured.
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