• 专利附录
  • 专利说明
  • 权利要求
  • 类似技术
  • 同族专利
  • 引用文献
  • 法律状态
  • 优先权
    • 专利摘要:

    公开号:WO1987005573A1
    申请号:PCT/DE1987/000076
    申请日:1987-02-27
    公开日:1987-09-24
    发明作者:Klaus Dressler；Peter Pfeffer；Albrecht Schwarz
    申请人:Robert Bosch Gmbh；
    IPC主号:G01L5-00
    专利说明:
    [0001] Meßeinrichtung zur Erfassung des Differenzdrehwinkels oder Differenzdrehmoments eines auf Torsion beanspruchten Maschinenteils
    [0002] Stand der Technik
    [0003] Die Erfindung geht aus von einer Meßeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine derartige bekannte Meßeinrichtung hat zvei zu einer Welle koaxial angeordnete Körper aus elektrisch leitendem, nicht magnetischem Werkstoff, von welchen einer drehfest mit der Welle verbunden ist und der andere diesem gegenüber verdrehbar ist. Weiterhin ist eine zur Welle koaxiale Spule vorgesehen, die von hochfrequentem Wechselstrom durchflössen ist und in unmittelbarer Nähe der beiden Körper angeordnet ist. Diese weisen Ausschnitte auf, deren gemeinsame Überdeckungsfläche mit zunehmendem, zwischen den Körpern auftretendem Verdrehwinkel sich ändert, wobei zur Messung der Impedanzänderung der Spule, die durch in den Körpern induzierte Wirbelströme entsteht, die Relativverdrehung der beiden Körper erfaßbar ist. Diese bekannte Einrichtung ist verhältnismäßig aufwendig (DE-PS 29 51 148 ) . Vorteile der Erfindung
    [0004] Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Haupt anspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie bei relativ einfachem Aufbau und kompakter Bauweise eine genaue Erfassung der Drehmomentdifferenz zweier auf eine Ausgangswelle gemeinsam wirkender Drehmomente erlaubt. Die Übertragung der Signale vom drehenden auf das feststehende Maschinenteil kann auf verschiedene bekannte Übertragungsmöglichkeiten erfolgen.
    [0005] Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Merkmale möglich.
    [0006] Zeichnung
    [0007] Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in etwas vereinfachter Darstellung, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel in Seitenans icht , Figur 3a eine Ans icht in Pfeilrichtung nach Figur 3.
    [0008] Beschreibung der Ausführungsbeispiele
    [0009] Das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 zeigt das Prinzip der Meßeinrichtung in einfachster Ausführung, aber doch so, daß ein solches Gerät auch in der Praxis anwendbar wäre. Das Ausführungsbeispiel besteht aus einer Welle 10, an deren oberem Ende ein Drehmoment M1 eingeleitet wird. Die Welle 10 weist zwei Einschnürungen 11, 12 mit den Torsionsfederkonstanten C1 und C2 auf. Im mittleren Teil der Welle 10 - das heißt zwischen den Einschnürungen 11 und 12 - ist ein Antriebsrad 13, insbesondere ein Zahnrad, befestigt, über das ein nicht dargestellter Servomotor ein Drehmoment M2 auf die Welle 10 einleiten kann. Das Drehmoment M1 , welches am oberen Ende der Welle 10 eingeleitet wird, und das Servodrehmoment M2, welches über das Antriebsrad 13 eingeht, werden addiert. Die Summe M3 dieser Drehmomente ist dann am unteren Ende der Welle 10 wirksam, d.h. an der Abtriebsseite 10A. In Längsrichtung der Welle 10 ist ein Hebel 14 angeordnet, welcher in der Mitte der Welle 10 an einem Punkt 15 drehbar und an der Abtriebsseite 10A der Welle an einem Punkt 16 gelenkig gelagert ist. Das obere Ende 1 UA des Hebels 14 ragt über den Drehpunkt 15 hinaus bis zu einer Vergleichsstelle 18 am oberen Ende des Hebels 10, an dem sich ein Sensorelement 17 befindet. Die Vergleichsstelle 18 zusammen mit dem Sensorelement 17 dient zur Anzeige der Differenz der beiden Drehmomente M1 und M3. dabei ist M3 = M1 + M2.
    [0010] Wird am oberen Ende der Welle 10 ein Drehmoment M1 im Uhrzeigersinn eingeleitet, entsteht aufgrund der Federkonstanten C1 und C2 an der Vergleichsstelle 18 ein Differenzwinkel zwischen dem oberen Ende 14A des Hebels 1 4 und dem Sensorelement 17 in mathematisch negativer Richtung (siehe Plus- und Minuszeichen am Sensorelement). Wird nun über das Antriebsrad 13 ein ebenfalls im Uhrzeigersinn wirkendes Antriebsdrehmoment M2 eingeleitet, so wird aufgrund der dargestellten Lagerung des Hebels 14 der Differenzwinkel dann zu Null, wenn sich die beiden Drehmomente M1 sowie die Summe M3 = M1 + M2 wie die beiden Torsionsfederkonstanten C1 und C2 zueinander verhalten. Dies gilt mit akzeptabler Genauigkeit nur in e inem engen Winkelbereich um den Nullpunkt. Durch Wahl der Federkonstanten C1 und C2 kann das Verhältnis zwischen Drehmoment M1 und der Summe M3 = M1 + M2 frei eingestellt werden. Die Erfassung des Differenzwinkels kann mit einem geeigneten Sensorelement durchgeführt werden.
    [0011] Die Anordnung des Hebels 14 im Ausführungsbeispiel kann symbolisch gedacht sein, es ist aber durchaus vorstellbar, die Welle 10 als Hohlwelle auszubilden und den Hebel im Inneren der Welle anzuordnen. Es kann aber z.B. das Antriebsrad 13 ein Zahnsegment sein, das es gestattet, den Hebel außen an der Welle anzubringen. Bei einem geschlossenen Rad wäre ein entsprechender Ausschnitt im Rad notwendig, durch welchen der Hebel hindurchdringt.
    [0012] Das Ausführungsbeispiel nach der Figur 2 zeigt eine praktische Anwendung des zuvor mehr prinziphaft beschriebenen Systems. Hier handelt es sich insbesondere um eine elektromechanische Lenkhilfe für ein Fahrzeug. Mit 20 ist die Lenkwelle bezeichnet, an deren oberem Ende ein nicht dargestelltes Lenkrad befestigt ist. Das entgegengesetzte Ende der Lenkwelle 20A ist in einer zylindrischen Ausnehmung 21 B einer Ausgangswelle 21 mit Hilfe eines Sperrstiftes 22 drehfest verbunden; die Ausgangswelle 21 führt zum Lenkgetriebe.
    [0013] Konzentrisch zur Lenkwelle 20 ist ein auf ihr gelagertes Antriebsrad 23 drehbar angeordnet. Zwischen dem Antriebsrad 23 und dem flanschartigen Oberteil 21C der Ausgangswelle ist eine drehelastische Verbindung in Form mehrerer Biegestäbe 24 hergestellt. Diese verlaufen parallel zur Lenkwelle 20 und sind im Antriebsrad 23 und im Teil 21C festgehalten. Die Lenkwelle 20 weist in ihrem mittleren Bereich eine längliche Einschnürung 20B auf. Damit stellt die Lenkwelle 20 das erste Torsionsfederelement dar, während die Biegestäbe 24 das zweite Torsionsfederelement bilden. Das erste und zweite Torsionsfederelement haben unterschiedliche Federkonstanten C1 und C2. Durch die beschriebene Anordnung ist zu erkennen, daß die zwei Torsionsfederelemente parallel angeordnet sind. Das an der Lenkwelle 20 vom Lenkrad eingeleitete erste Drehmoment M1 wird verstärkt durch das über das Antriebsrad 23 zugeführte zweite Drehmoment M2 , welches zusammen mit dem Drehmoment M1 zur Ausgangswelle 21 geleitet wird und dort das Summenmoment M3 bildet. Das Antriebsrad 23 wird zweckmäßigerweise von einem Elektromotor angetrieben, welcher das am Lenkrad aufgebrachte Moment M1 unterstützt. Durch die eingeleiteten Momente werden die Torsionsfederelemente 20 und 24 verdreht. Der Differenzdrehwinkel als Maß für die Differenz der beiden eingeleiteten Drehmomente wird an einer Vergleichsstelle 25 durch das Sensorelement 17 gegenüber einem Referenzpunkt 27 an der Lenkwelle 20 ermittelt. Vergleichsstelle und Sensorelement entsprechen wieder den Teilen nach dem Ausführungsbeispiel der Figur 1.
    [0014] Die Ermittlung der Differenzdrehwinkel bedeutet, daß, sobald das Verhältnis der eingeleiteten Drehmomente dem Verhältnis der Torsionsfederkonstanten entspricht, an der Vergleichsstelle 25 die Null-Lage angezeigt wird. Die Drehmomente werden also rein mechanisch ermittelt und verglichen und nur deren Differenz durch geeignete Sensoren ausgewertet.
    [0015] Aus dem ermittelten Differenzwert kann die Lenkkraftunterstützung durch den Elektromotor bestimmt werden. Ferner kann in einem Fehlerfall ein Abschaltsignal gewonnen werden. Durch den rein mechanischen Vergleich ist die Sicherheit besonders groß, da keine elektrischen Gebersignale verglichen werden müssen. Selbstverständlich lassen sich durch geeignete Anbringung weitererSensoren auch die Einzeldrehmomente M1 und M2 und damit auch das Summenmoment M3 ermitteln.
    [0016] Das Ausführungsbeispiel nach Figur 3 zeigt Ähnlichkeit mit demjenigen nach der Figur 2. Gleiche Teile wie zuvor sind, mit den gleichen Ziffern bezeichnet. Der wesentliche Unterschied besteht darin, daß das Antriebsrad - insbesondere wieder Zahnrad - und nunmehr mit 30 bezeichnet, über einen rohrförmigen Fortzsatz 30A drehfest über den Sperrstift 22 mit der Lenkwelle 20 verbunden ist. Das Drehmoment M1 wird wieder an der Lenkwelle eingeleitet, das Drehmoment M2 wird vom Antriebsrad 30 über die Biegestäbe 24 der Ausgangswelle 21 zugeführt. Im Antriebsrad 30 ist ein zur Lenkwelle 20 konzentrischer Schlitz 32 ausgebildet, durch den ein Stab 33 dringt, der am flanschartigen Rand 21B der Ausgangswelle 21 befestigt ist. Weiterhin erstreckt sich vom Zahnrad 30 ein kurzer Stab 34 nach oben, an dem ein gebogener Bügel 34A befestigt ist, der um die Lenkwelle 20 herum geführt ist. und zwar um etwa 180º . An der Lenkwelle 20 ist wiederum ein Referenzpunkt 36 befestigt, welcher das Sensorelement 17 trägt. Das dort gelegene freie Ende des Bügels 34A bildet zusammen mit dem Sensorelement 17 die Vergleichsstelle 18. Die Funktion dieser Einrichtung ist wieder dieselbe wie beim Ausführungsbeispiel nach Figur 2, wobei der Bügel 340 bei Verdrehen des Antriebsrads 30 um den Stab 33 schwenkt.
    [0017] Durch geeignete Wahl der Federkonstanten C1 und C2 können verschiedene Momentendifferenzen erfaßt werden. Die Teilmomente können durch geeignetes Anbringen der Sensorelemente auch einzeln ermittelt und später elektrisch weiterverarbeitet werden.
    权利要求:
    ClaimsAnsprüche
    1. Meßeinrichtung zur Erfassung des Differenzdrehwinkels oder Differenzdrehmoments eines auf Torsion beanspruchten Maschinenteils, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenteil aus zwei parallel angeordneten und miteinander in Wirkverbindung stehenden Torsionsfederelementen (10, 20; 24 ) mit unterschiedlichen Federkonstanten (C1 und C2) besteht, auf das jeweils ein gesondertes Drehmoment (M1, M2) eingeleitet wird, und daß an einer Vergleichsstelle (18) mit Hilfe eines Sensors (17) die Differenz der beiden Eingangsdrehwinkel und damit die Differenz der beiden Eingangs-Drehmomente erfaßt wird.
    2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Maschinenteil aus einer ein erstes Drehmoment (M1) aufnehmenden Eingangswelle (20), einer die Drehmomente (M1, M2) abgebenden, mit der Eingangswelle verbundenen Ausgangswelle (21), einem das gesonderte Drehmoment (M2) einleitenden Antriebsrad (22) und einer Meßeinrichtung (16 - 18) besteht.
    3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß das zweite Drehmoment von einem Motor, insbesondere Elektromotor über ein als Zahnrad (22) ausgebildetes Maschinenelement auf die Ausgangswelle (21) eingeleitet wird.
    4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangswelle (20) die Lenkwelle eines Fahrzeugs ist und die Ausgangswelle (21) zum Lenkgetriebe führt.
    5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfederelemente (11, 12) eine integrale Einheit bilden.
    6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionsfederelemente (20, 24 ) eine aufgelöste Bauweise darstellen und koaxial und parallel zueinander angeordnet sind.
    7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Ausgangswelle (21) ein parallel zu ihr verlaufender Meßstab (33) angeordnet ist, an dem ein mit dem Antriebsrad (30) in Wirkverbindung stehender Bügel (34A) schwenkbar ist, der mit dem Sensorelement (17) zusammenwirkt.
    类似技术:
    公开号 | 公开日 | 专利标题
    DE3844578C2|1993-04-29|
    AU752711B2|2002-09-26|Sensor array for detecting rotation angle and/or torque
    US4841246A|1989-06-20|Multiturn shaft position sensor having magnet movable with nonrotating linear moving nut
    DE10113997B4|2004-03-18|Differenzwinkelstellungssensor für eine Lenksäule
    US7474090B2|2009-01-06|Position sensor and assembly
    US5503003A|1996-04-02|Portable viscometer
    EP1413499B1|2008-02-13|Lenkwinkelsensor für eine elektrische Servolenkung
    EP1053457B1|2004-11-24|Drehmomentsensor für eine drehende welle
    EP1772716B1|2009-11-25|Magnetostriktiver Drehmomentsensor und elektrische Servolenkung mit einem solchen Sensor
    US6564654B2|2003-05-20|Vertical movement capacitive torque sensor
    DE10240049B4|2008-07-03|Drehmomentsensor
    US4881414A|1989-11-21|Torque detection apparatus
    US7339370B2|2008-03-04|Position and torque sensor
    EP1182422B1|2007-11-21|Linearbetätigungsvorrichtung
    US8813578B2|2014-08-26|Sensor system
    US6510750B2|2003-01-28|Steering wheel torque and position sensor
    EP0390261B1|1993-02-24|Einrichtung zur Messung einer relativen Verlagerung
    US5083468A|1992-01-28|Device for measuring rotation angle and/or torque
    DE10262194B4|2014-01-23|Drehmomentsensor und elektrisches servolenkungssystemmit drehmomentsensor
    EP1370842B1|2010-04-14|Torsionsmodul einer drehmomenterfassungseinrichtung
    US7406884B2|2008-08-05|Device for determining a steering angle and a torque that is exerted on a steering shaft
    EP1081454A1|2001-03-07|Induktiver Positionssensor
    EP1330630B1|2010-06-09|Mit sensor ausgestattetes wälzlager für lenkräder
    DE102009047222A1|2011-06-01|Sensoranordnung zum Ermitteln eines Drehmoments und zur Indexerkennung
    EP1396703A2|2004-03-10|Kapazitiver Drehwinkelgeber
    同族专利:
    公开号 | 公开日
    DE3608521A1|1987-09-17|
    EP0289518B1|1990-01-31|
    DE3761547D1|1990-03-08|
    JPH0769233B2|1995-07-26|
    US4905524A|1990-03-06|
    JPH01501892A|1989-06-29|
    EP0289518A1|1988-11-09|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    1987-09-24| AK| Designated states|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): JP US |
    1987-09-24| AL| Designated countries for regional patents|Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE CH DE FR GB IT LU NL SE |
    1988-08-04| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1987901361 Country of ref document: EP |
    1988-11-09| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1987901361 Country of ref document: EP |
    1990-01-31| WWG| Wipo information: grant in national office|Ref document number: 1987901361 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3608521.9||1986-03-14||
    DE19863608521|DE3608521A1|1986-03-14|1986-03-14|Messeinrichtung zur erfassung des differenzdrehwinkels oder differenzdrehmomente eines auf torsion beanspruchten maschinenteils|DE19863608521| DE3608521A1|1986-03-14|1986-03-14|Messeinrichtung zur erfassung des differenzdrehwinkels oder differenzdrehmomente eines auf torsion beanspruchten maschinenteils|
    DE19873761547| DE3761547D1|1986-03-14|1987-02-27|Messeinrichtung zur erfassung des differenzdrehwinkels oder differenzdrehmoments eines auf torsion beanspruchten maschinenteils.|
    [返回顶部]