DE4329199C2 - Measuring device for detecting a torque, in particular for use in motor-driven screwdrivers - Google Patents
Measuring device for detecting a torque, in particular for use in motor-driven screwdriversInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Meßeinrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3. Es ist schon eine derartige Meß einrichtung bekannt (DE 32 14 889 A1), welche direkt mit einer Tor sionswelle verbundene Meßhülsen aufweist. Insbesondere bei Belastung mit hohen Antriebsdrehmomenten zeigt die Meßeinrichtung hysteresear tige Abweichungen im Meßergebnis, was die Meßgenauigkeit ungünstig beeinflußt.The invention relates to a measuring device according to the genus Claim 1 or claim 3. It is already such a measurement device known (DE 32 14 889 A1), which directly with a gate Sionswelle connected measuring sleeves. Especially under load With high drive torques, the measuring device shows hysteresis term deviations in the measurement result, which the measurement accuracy unfavorable influenced.
Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkma len des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3 hat demgegenüber den Vor teil, ein hysteresereduziertes bzw. hysteresefreies Meßergebnis zu ermöglichen. Durch die Verringerung der Beanspruchung in den Verbin dungsstellen von Meßhülsen und Torsionswelle wird zudem die Be triebssicherheit der Meßeinrichtung gesteigert, ohne daß zusätzliche Bauteile zur Verbindung erforderlich sind. The measuring device according to the invention with the characteristic feature len of claim 1 or claim 3 has the opposite part, a hysteresis-reduced or hysteresis-free measurement result enable. By reducing the stress in the connector dungsstellen of measuring sleeves and torsion shaft is also the Be increased driving safety of the measuring device without additional Components are required for connection.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung möglich.The measures listed in the subclaims provide for partial further developments and improvements of the invention Measuring device possible.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung ver einfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er läutert.An embodiment of the invention is ver in the drawing simply represented and in the description below he purifies.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße ausgebildete Meßeinrich tung im Längsschnitt, Fig. 1 shows a trained Meßeinrich tung invention in longitudinal section;
Fig. 2 einen Teilausschnitt der Meßeinrich tung aus Fig. 1. Fig. 2 shows a partial section of the Meßeinrich processing in FIG. 1.
Die in Fig. 1 mit 10 bezeichnete Meßeinrichtung zur Erfassung eines Drehmoments weist eine in einem Gehäuse 11 mittels Wälzlagern 12, 13 drehbar gelagerte Torsionswelle 14 auf. Die Torsionswelle 14 ist mit zwei axial voneinander beabstandeten Wellenbünden 15, 16 verse hen, zwischen denen ein torsionselastischer Abschnitt 17 ausgebildet ist. Die Torsionswelle 14 weist endseitig Kopplungsmittel 18, 19 auf, mittels der die Torsionswelle 14 mit einem Drehmoment beauf schlagbar ist. Die Kopplungsmittel 18, 19 dienen beispielsweise zum Einbau der Meßeinrichtung 10 in den Antriebsstrang eines motorge triebenen Schraubers.The measuring device designated 10 in FIG. 1 for detecting a torque has a torsion shaft 14 which is rotatably mounted in a housing 11 by means of roller bearings 12 , 13 . The torsion shaft 14 is hen with two axially spaced shaft collars 15 , 16 verses, between which a torsionally elastic section 17 is formed. The torsion shaft 14 has coupling means 18 , 19 at the end, by means of which the torsion shaft 14 can be subjected to a torque. The coupling means 18 , 19 are used, for example, to install the measuring device 10 in the drive train of a motor-driven screwdriver.
Jeder Wellenbund 15, 16 trägt eine Meßhülse 24, 25, die sich jeweils koaxial zur Torsionswelle 12 mit radialem Abstand über den torsions elastischen Abschnitt 17 erstrecken. Die Meßhülsen 24, 25 sind ineinandergreifend angeordnet und gegeneinander verdrehbar. Eine Innenhülse 24 ist mit einem ersten Wellenbund 15 und eine Außenhülse 25 mit einem zweiten Wellenbund 16 verbunden. Wird die Torsionswelle 14 mit einem Drehmoment beaufschlagt, verdrehen sich die Wellenbünde 15, 16 um einen kleinen Drehwinkel gegeneinander und aufgrund der drehfesten Anordnung der Meßhülsen 24, 25 auf den Wellenbünden 15, 16 verschieben sich die Meßhülsen 24, 25 gegeneinander entsprechend. Mittels einer Spulenanordnung 26 ist die Verschiebung der Meßhülsen 24, 25, erfaßbar und in ein drehmomentproportionales Meßsignal über tragbar. Die Funktionsweise der Meßeinrichtung 10 ist jedoch nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Zwecks Erläuterung der Funk tion wird daher auf die DE 33 07 105 C2 verwiesen, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Offenbarung somit zur Offenbarung der vorliegenden Anmeldung wird.Each shaft collar 15 , 16 carries a measuring sleeve 24 , 25 , each of which extends coaxially to the torsion shaft 12 at a radial distance over the torsionally elastic section 17 . The measuring sleeves 24 , 25 are arranged interlocking and rotatable against each other. An inner sleeve 24 is connected to a first shaft collar 15 and an outer sleeve 25 to a second shaft collar 16 . If the torsion shaft 14 is subjected to a torque, the shaft collars 15 , 16 rotate against each other by a small angle of rotation and, due to the non-rotatable arrangement of the measuring sleeves 24 , 25 on the shaft collars 15 , 16 , the measuring sleeves 24 , 25 shift relative to one another accordingly. The displacement of the measuring sleeves 24 , 25 can be detected by means of a coil arrangement 26 and can be transferred into a torque-proportional measuring signal. However, the functioning of the measuring device 10 is not the subject of the present invention. For the purpose of explaining the function, reference is therefore made to DE 33 07 105 C2, to which reference is hereby expressly made and the disclosure of which thus becomes the disclosure of the present application.
Die Meßhülsen 24, 25 sind aus elektrisch leitendem, nicht magneti schem Material, beispielsweise Aluminium gefertigt. Die Verbindung von Meßhülsen 24, 25 mit der beispielsweise aus duktilem Stahl ge fertigten Torsionswelle 14 erfolgt daher vorteilhafterweise durch Verkleben. Die Klebestellen zwischen Meßhülsen 24, 25 und Wellenbün den 15, 16 weisen dabei jeweils eine gewisse axiale Erstreckung auf.The measuring sleeves 24 , 25 are made of electrically conductive, non-magnetic material, such as aluminum. The connection of measuring sleeves 24 , 25 with the torsion shaft 14 , for example made of ductile steel, is therefore advantageously carried out by gluing. The glue points between measuring sleeves 24 , 25 and Wellenbün 15 , 16 each have a certain axial extent.
Bedingt durch ein auf die Torsionswelle 14 einwirkendes Drehmoment erfährt diese nicht nur im Bereich ihres torsionselastischen Ab schnitts 17 eine Verschiebung. Vielmehr wird sich jeder beliebige Querschnitt der Torsionswelle 14 um einen gewissen Betrag zu seinem Nachbarquerschnitt verschieben, also auch die Wellenbünde 15, 16 im Bereich ihrer Verbindung mit den Meßhülsen 24, 25. Die Verschiebung innerhalb der Wellenbünde 15, 16 wird über den Kleber auf die direkt mit ihnen verbundenen Meßhülsen 24, 25 übertragen, wobei in der Kle befläche eine Schubspannung wirkt. Insbesondere bei hohen zu erfas senden Drehmomenten kann die Schubspannung und die damit einherge hende Verformung des Klebers die Elastizitätsgrenze überschreiten, so daß sich dieser plastisch verformt und deshalb hystereseartige Abweichungen im Meßergebnis verursacht. Due to a torque acting on the torsion shaft 14 , it experiences a shift not only in the region of its torsionally elastic section 17 . Rather, any cross section of the torsion shaft 14 will move by a certain amount to its neighbor cross-section, thus also the shaft collars 15, 16 in the region of their connection to the Meßhülsen 24, 25th The displacement within the shaft collars 15 , 16 is transmitted via the adhesive to the measuring sleeves 24 , 25 directly connected to them, a shear stress acting in the adhesive surface. Especially at high torques to be recorded, the shear stress and the accompanying deformation of the adhesive can exceed the elastic limit, so that it deforms plastically and therefore causes hysteresis-like deviations in the measurement result.
Um die Beanspruchung des Klebers bei drehmomentbeaufschlagter Tor sionswelle 14 zu verringern, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die Meßhülsen 24, 25 im Bereich ihrer Verbindung mit der Torsionswelle 14 mit einer Mehrzahl von radial durchgehenden Längsschlitzen 28 zu versehen.In order to reduce the stress on the adhesive with torque-loaded gate sion shaft 14 , the invention proposes to provide the measuring sleeves 24 , 25 in the region of their connection to the torsion shaft 14 with a plurality of radially continuous longitudinal slots 28 .
In Fig. 2 ist ein in der Fig. 1 mit II gekennzeichneter kreisför miger Ausschnitt der Innenhülse 24 näher dargestellt. In dem für die Verbindung mit dem ersten Wellenbund 15 vorgesehenen Bereich sind die Längsschlitze 28 ausgebildet, die sich vom Ende der Innenhülse 24 über eine bestimmte axiale Weglänge erstrecken, die wenigstens gleichlang ist wie die entsprechende Klebestelle und diese axial überragen. Bedingt durch die Längsschlitze 28 wird die Torsionsstei figkeit der Meßhülse 24 in ihrem Endbereich erheblich verringert, was die Beanspruchung des Klebers in der Verbindungsfläche redu ziert. Die hystereseartigen Abweichungen im Meßergebnis sind auf diese Weise eliminierbar bzw. auf ein akzeptables Maß verringerbar. Im Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 ist an der Torsions welle 14 ein Ringbund 21 angeordnet, der als axialer Montageanschlag für die Innenhülse 24 und das Wälzlager 12 dient. In Fig. 2 a II marked in Fig. 1 Kreisför shaped section of the inner sleeve 24 is shown in more detail. In the area provided for the connection to the first shaft collar 15 , the longitudinal slots 28 are formed, which extend from the end of the inner sleeve 24 over a certain axial path length which is at least as long as the corresponding adhesive point and project axially therefrom. Due to the longitudinal slots 28 , the torsional stiffness of the measuring sleeve 24 is significantly reduced in its end region, which reduces the stress on the adhesive in the connecting surface. The hysteresis-like deviations in the measurement result can be eliminated in this way or reduced to an acceptable level. In the embodiment according to FIGS. 1 and 2, an annular collar 21 is fixed to the torsion shaft 14 is arranged, which serves as an axial stop for mounting the inner sleeve 24 and the rolling bearing 12 is used.
Bei der erfindungsgemäßen Meßeinrichtung 10 gemäß dem Ausführungsbeispiel sind zusätzliche Bauteile zur Vermeidung der Hysterese nicht erforderlich. Ein derartiges Bauteil kann beispiels weise durch eine Zwischenhülse gebildet werden, die mit dem entspre chenden Wellenbund 14; 16 verlötet oder verschweißt ist und ringför mig mit radialem Spiel zur Torsionswelle 14 und damit torsionsfrei über den jeweiligen Wellenbund 15; 16 hinausragt, wobei die Verkle bung mit der Meßhülse 24; 25 dann auf dem torsionsfreien Bereich der Zwischenhülse erfolgt. Das Vorsehen eines zusätzlichen Bauteils zur Befestigung der Meßhülsen 24, 25 an der Torsionswelle 14 ist wegen des damit verbundenen erhöhten Fertigungs- und Montageaufwandes je doch ungünstig.In the measuring device 10 according to the embodiment of the invention, additional components for avoiding the hysteresis are not necessary. Such a component can, for example, be formed by an intermediate sleeve which with the corre sponding shaft collar 14 ; 16 is soldered or welded and ringför shaped with radial play to the torsion shaft 14 and thus torsion-free over the respective shaft collar 15 ; 16 protrudes, the bond with the measuring sleeve 24 ; 25 then takes place on the torsion-free area of the intermediate sleeve. The provision of an additional component for fastening the measuring sleeves 24 , 25 to the torsion shaft 14 is ever unfavorable because of the associated increased manufacturing and assembly costs.
Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung eignet sich beispielsweise als Drehmoment-Meßwertgeber zur Verwendung bei motorgetriebenen Schrau bern.The measuring device according to the invention is suitable, for example, as Torque transducer for use with motor driven screw Bern.
Claims (2)
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