| 1. | Auswertungseinrichtung für eine auf einer drehbaren Welle erfaßte Meßgröße, mit einer Drehwinkelumformeinrichtung (. |
| 2. | 6; 21 23) zur Umformung der erfaßten Meßgröße in eine von dieser abhängige Drehwinkelgröße (αM) , und mit einer Erfassungseinrichtung (12) für die Dreh¬ winkelgröße, die eine erste Zählerschaltung (14) und eine relativ zu der Drehwinkelumformeinrichtung (2 6; 21 23) drehbare Sensoreinrichtung (10, 11) um¬ faßt, die die Drehwinkelgröße erfaßt und die aus die¬ ser die Meßgröße ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung eine erste Pulssignal¬ quelle (13) umfaßt, daß die Sensoreinrichtung (10, 11) derart ausgebildet ist, daß sie die erste Zählerschaltung (14) zum Zählen der von der ersten Pulssignalquelle (13) abgegebenen Pulse während einer Zeitdauer veranlaßt, während der sie im Laufe ihrer Relativbewegung zu der Drehwinkel¬ umformeinrichtung (2 6; 21 23) die Drehwinkelgröße (αM) erfaßt, daß die Erfassungseinrichtung eine zweite Zählerschal¬ tung (15) aufweist, die die von der ersten oder einer zweiten Pulssignalquelle (13) während einer Referenz zeit abgegebenen Pulse zählt, wobei die Referenzzeit diejenige Zeit ist, während der eine Relativdrehung der Sensoreinrichtung (10, 11) zu der Drehwinkelum¬ formeinrichtung (2 6; 21 23) über einen Referenz¬ winkel (αR) stattfindet, und M daß die Erfassungseinrichtung (12) die Meßgröße aus dem Quotienten des ersten Zählerstandes zu dem zweiten Zählerstand ableitet. |
| 3. | 2 Drehmomenterfassungseinrichtung zur Ermittlung des zwischen einem eingangsseitigen Wellenelement (37) und einem ausgangsseitigen Wellenelement (38) übertragenen Drehmomentes, mit einer elastischen Verbindungsvorrichtung (39) zwi¬ schen den Wellenelementen (37, 38) , die eine von dem übertragenen Drehmoment abhängige relative Winkelaus¬ lenkung der Wellenelemente (37, 38) gestattet, mit einer mit den beiden Wellenelementen (37, 38) ver¬ bundenen Drehwinkelumformeinrichtung (32) zur Erzeu¬ gung einer von der Winkelauslenkung der Wellenelemente (37, 38) abhängigen erfaßbaren Drehwinkelgröße, und mit einer Erfassungs und Auswertungseinrichtung (12) für die Drehwinkelgröße, die eine erste Zählerschal¬ tung (14) und eine relativ zu der Drehwinkelumform¬ einrichtung (32) drehbare Sensoreinrichtung (10, 11) umfaßt, die die Drehwinkelgröße erfaßt und die aus dieser das Drehmoment ableitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungs und Auswertungseinrichtung eine erste Pulssignalquelle (13) umfaßt, daß die Sensoreinrichtung (10, 11) derart ausgebildet ist, daß sie die erste Zählerschaltung (14) zum Zählen der von der ersten Pulssignalquelle (13) abgegebenen Pulse während einer Zeitdauer veranlaßt, während der sie im Laufe ihrer Relativbewegung zu der Drehwinkel¬ umformeinrichtung (32) die Drehwinkelgröße erfaßt, 45" daß die Erfassungs und Auswertungseinrichtung eine zweite Zählerschaltung (15) aufweist, die die von der ersten oder einer zweiten Pulssignalquelle (13) wäh¬ rend einer Referenzzeit abgegebenen Pulse zählt, wobei die Referenzzeit diejenige Zeit ist, während der eine Relativdrehung der Sensoreinrichtung (10, 11) zu der Drehwinkelumformeinrichtung (32) über einen Referenz¬ winkel stattfindet, und daß die Erfassungs und Auswertungseinrichtung (12) das Drehmoment aus dem Quotienten des ersten Zähler¬ standes zu dem zweiten Zählerstand ableitet. |
| 4. | 3 Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die erste Pulssignalquelle (13) mit einem Sende¬ element (10) der Sensoreinrichtung (10, 11) verbunden ist, daß die Sensoreinrichtung (10, 11) ferner ein Em¬ pfangselement (11) umfaßt, daß die erste Zählerschaltung (14) dem Empfangselement (11) nachgeschaltet ist, und daß das Sendeelement (10) , das Empfangselement (11) und die Drehwinkelumformeinrichtung (2 6; 21 23, 32) derart angeordnet sind, daß eine Pulsübertragung von dem Sendeelement (10) zu dem Empfangselement (11) nur stattfinden kann, wenn die momentane relative Drehlage des Empfangselementes (11) bezüglich der Drehwinkelumformeinrichtung (2 6; 21 23; 32) innerhalb der Drehwinkelgröße (αM) liegt. |
| 5. | Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn¬ zeichnet, Λ6 daß der Sensorsoreinrichtung (10, 11) eine Torschal¬ tung nachgeschaltet ist, die zwischen der ersten Pulssignalquelle (13) und der ersten Zählerschaltung (14) liegt und diese verbindet, wenn die Sensorein¬ richtung (10, 11) die Drehwinkelgröße (αM) erfaßt. |
| 6. | Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelumformeinrichtung eine Einrichtung (21) zur Umsetzung der Temperatur in einen Winkel auf der Welle umfaßt. |
| 7. | Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturumsetzungseinrichtung eine Bimetall¬ feder (21) aufweist. |
| 8. | Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelumformeinrichtung eine Einrichtung (2 6) zur Umsetzung eines Reifenluftdruckes in einen Winkel auf einem Fahrzeugrad (3) umfaßt. |
| 9. | Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Reifenluftdruckumsetzungseinrichtung einen tangential zu dem Reifen (4) , dessen Luftdruck zu mes¬ sen ist, angeordneten Druckmeßkolben (2) umfaßt. |
| 10. | Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwinkelumformeinrichtung zwei Scheiben (33, 34) umfaßt, von denen je eine mit je einem Wel¬ lenelement (37, 38) verbunden ist und die miteinander ein Fenster (35, 36) festlegen, dessen Winkel die die Winkelauslenkung der Wellenelemente (37, 38) darstel¬ lende Drehwinkelgröße ist. |
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auswertungseinrich¬ tung für eine auf einer drehbaren Welle erfaßte Meßgröße mit einer Drehwinkelumformeinrichtung zur Umformung der erfaßten Meßgröße in eine von dieser abhängige Drehwinkelgröße und mit einer Erfassungseinrichtung für die Drehwinkelgröße, die eine erste Zählerschaltung und eine relativ zu der Drehwinkelumformeinrichtung drehbare Sensoreinrichtung erfaßt, die die Drehwinkelgröße erfaßt und die aus dieser die Meßgröße ableitet, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ferner betrifft die Erfindung eine Drehmomenterfassungs¬ einrichtung zur Ermittlung des zwischen einem eingangs- seitigen Wellenelement und einem ausgangsseitigen Wellenele¬ ment übertragenen Drehmomentes, mit einer elastischen Ver¬ bindungsvorrichtung zwischen den Wellenelementen, die eine von dem übertragenen Drehmoment abhängige relative Winkel¬ auslenkung der Wellenelemente gestattet, mit einer mit den beiden Wellenelementen verbundenen Drehwinkelumformein¬ richtung zur Erzeugung einer von der Winkelauslenkung der Wellenelemente abhängigen, erfaßbaren Drehwinkelgröße und mit einer Erfassungs- und Auswertungseinrichtung für die Drehwinkelgrδße, die eine erste Zählerschaltung und eine relativ zu der Drehwinkelumformeinrichtung drehbare Sensor¬ einrichtung umfaßt und die die Drehwinkelgröße erfaßt und aus dieser das Drehmoment ableitet, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 2.
Aus der DE 31 42 603 AI ist eine gattungsgemäße Auswertungs¬ einrichtung bekannt, bei der die an der drehbaren Welle er¬ faßte Meßgröße das auf die Welle einwirkende Drehmoment ist. Die bekannte Drehmomenterfassungseinrichtung hat eine ela¬ stische Verbindungsvorrichtung zwischen einem eingangssei-
tigen und einem ausgangsseitigen Wellenelement, die eine von dem übertragenen Drehmoment abhängige relative Winkelauslen- kung der Wellenelemente gestattet, wobei die Drehwinkelum¬ formeinrichtung durch zwei gegeneinander verdrehbare Schei¬ ben mit jeweils einer Vielzahl von Ausschnitten gebildet ist, die an einem ersten und zweiten Radiusbereich der Scheiben vorgesehen sind. Die Erfassungseinrichtung umfaßt zwei Leuchtdioden zur ständigen Abgabe von Licht, die auf einer Seite der beiden Scheiben angeordnet sind, sowie zwei Phototransistoren, die auf der anderen Seite der beiden Scheiben angeordnet sind. Die Anzahl der Lichtpulse, die von der ersten Leuchtdiode durch Ausschnitte der beiden Scheiben zu dem ersten Phototransistor während einer Umdrehung der Welle übertragen werden, hängt von der Überdeckungsstellung der jeweiligen Ausschnitte der beiden Scheiben ab, wobei die Lage der Ausschnitte so bestimmt ist, daß die Anzahl der übertragenen Lichtpulse pro Umdrehung von der Winkelauslen- kung der Wellenelement abhängt. Das zweite Leuchtdioden-Pho¬ totransistor-Paar dient zur Erzeugung von Referenzpulsen. Die erzeugten Pulssignale werden einem Zähler zugeführt, der von den Ausgangssignalen des ersten Leuchtdioden-Phototran¬ sistor-Paares hochgezählt wird und von dem Ausgangssignal des anderen Leuchtdioden-Phototransistor-Paares rückgesetzt wird. Die mit einer derartigen Drehmomentmeßeinrichtung er¬ faßbare Meßgenauigkeit bzw. Auflösung ist durch die Anzahl und Fertigungsgenauigkeit der Vielzahl von Fensteröffnungen in den beiden Scheiben beschränkt. Für genaue Drehmoment¬ messungen ist diese bekannte Drehmomenterfassungseinrichtung bei noch hinnehmbarer Größe der beiden Scheiben und hin¬ nehmbarer .Anzahl der erforderlichen Fenster somit nicht verwendbar. Zur Erfassung anderer Größen auf sich drehenden Wellen als des Drehmomentes ist die bekannte Auswertungs¬ einrichtung gleichfalls nicht geeignet.
Allgemein besteht jedoch in vielen technischen Anwendungs¬ fällen ein Bedarf, eine auf einer drehbaren Welle erfaßte Meßgröße, die beispielsweise eine Temperatur, ein Druck, eine Kraft oder jede andere interessierende Größe sein kann,
auf einfache und dennoch genaue Weise zu erfassen und durch eine üblicherweise stillstehende Auswertungseinrichtung zu messen oder auszuwerten.
Nur beispielsweise wird darauf hingewiesen, daß es im Kfz- Bereich wünschenswert wäre, mit niedrigem Aufwand den Luft¬ druck in den Reifen eines Fahrzeuges zu erfassen und dem Fahrer im Armaturenbrettbereich zur Anzeige zu bringen. Bis¬ lang sind derartige Systeme zur Auswertung von auf einer drehbaren Welle erfaßten Meßgröße außerordentlich aufwendig und daher in aller Regel nur für Prototypen geeignet. Typi¬ sche Systeme umfassen auf der drehbaren Welle angeordnete optische oder elektronische Sendesysteme, mit denen Signale über die erfaßte Meßgröße an ein stillstehendes Empfangs¬ system übertragen werden.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen¬ den Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Auswertungseinrich¬ tung für eine auf einer drehbaren Welle erfaßte Meßgröße zu schaffen, die trotz einfacher Struktur eine hohe Auflösung bei vollständig digitaler Meßtechnik erreicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Auswertungseinrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Ferner liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrun¬ de, eine Drehmomenterfassungseinrichtung der eingangs genan¬ nten Art zu schaffen, die trotz einfacher Struktur eine hohe Auflösung bei vollständig digitaler Meßtechnik erreicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Drehmomenterfassungseinrich¬ tung gemäß Patentanspruch 2 gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter¬ ansprüchen angegeben.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen zwei bevorzugte Ausführungsbeispiele der vor-
liegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahr¬ zeugrades mit einem tangential angeordneten Druck¬ meßkolben für den Reifenluftdruck als ein erster möglicher Bestandteil einer erfindungsgemäßen Aus¬ wertungseinrichtung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm der erfindungsgemäßen Auswer¬ tungseinrichtung;
Fig. 3 eine Bimetall-Temperaturmeßvorrichtung für eine Bremstrommel als ein zweiter möglicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Auswertungseinrichtung;
Fig. 4 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungs¬ gemäßen Auswertungseinrichtung in Form einer Drehmomenterfassungseinrichtung; und
Fig. 5 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungs¬ gemäßen Auswertungseinrichtung in Form einer Drehmomenterfassungseinrichtung.
Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Auswertungsein¬ richtung für eine auf einer drehbaren Welle erfaßte Meßgröße erläutert, welche in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 bezeichnet ist.
Ein erster wesentlicher Bestandteil der erfindungsgemäßen Auswertungseinrichtung 1 besteht in einer Drehwinkelumform¬ einrichtung zur Umformung der erfaßten Meßgröße in eine Drehwinkelgröße, die von der erfaßten Meßgröße abhängig ist. Bei dem Anwendungsbeispiel gemäß Fig. 1, bei dem es um die Luftdruckmessung bei Kraftfahrzeugreifen geht, hat die Dreh¬ winkelumformeinrichtung die Gestalt eines Druckmeßkolbens 2, der an einem Fahrzeugrad 3 im wesentlichen tangential zu
* einem Reifen 4 in einem zylindrischen Schauglas 5 angeordnet ist. Der Hub des Druckmeßkolbens 2 ist abhängig vom Reifen¬ druck. Durch den vom Kolben eingenommenen Bereich bzw. des¬ sen Hub wird aufgrund der tangentialen Ausrichtung des Druckmeßkolbens 2 ein Meßwinkel α M festgelegt, der in erster Linie proportional zum Reifendruck ist.
Ein Referenzwinkel α R , der bei dem gezeigten Beispielsfall durch den Tangentialabstand von Gehäusebefestigungsteilen 6 des Druckmeßkolbens 2 festgelegt ist, kann in Abweichung von dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch jede andere Refe¬ renzwinkelgröße ersetzt sein, wobei hierzu auch eine einzige Marke am Kreisumfang in Betracht kommt, wenn der Referenz- winkel 360 Grad betragen soll.
Ein Infrarot-Sendeelement 10 mit einem zugeordneten Em¬ pfangselement 11 sind derart drehfest gegenüber dem Fahr¬ zeugrad 3 angeordnet, daß durch das Sende- und Empfangsele¬ ment 10, 11 der Meßwinkel α^ und der Referenzwinkel α R de- tektierbar sind.
In Abweichung zu dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 können als Sende- und Empfangselement 10, 11 auch optisch oder magnetisch arbeitende Elemente verwendet wer¬ den.
Vorzugsweise wird man jedoch für den in Fig. 1 gezeigten An¬ wendungsfall Infrarotlicht einsetzen, wobei hier das Sende¬ element 10 und das Empfangselement 11 entweder in Axialrich¬ tung beidseitig des Druckmeßkolbens 2 zur Winkelerfassung durch Lichtunterbrechung oder gleichseitig bezüglich des Druckmeßkolbens 2 zur Winkelerfassung durch Lichtreflektion angeordnet sind.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, umfaßt die Auswertungseinrichtung eine an das Sendeelement 10 sowie an das Empfangselement 11 angeschlossene Erfassungseinrichtung 12, die eine erste Pulssignalquelle 13 umfaßt.
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung dient diese Pulssignalquelle 13 zur Ansteuerung des Sendeelementes 10, so daß das Sendeelement 10 ein Pulssignal in Form eines ge¬ pulsten Infrarotlichtes abgibt. Ferner umfaßt die Erfas¬ sungseinrichtung 12 einen ersten Zähler 14, der dem Em¬ pfangselement 11 nachgeschaltet ist. Bei dieser Ausgestal¬ tung der Erfindung, bei der das Sendeelement 10 mit einem Pulssignal beaufschlagt wird, zählt also die erste Zähler¬ schaltung 14 die Anzahl der von dem Empfangselement 11 em¬ pfangenen Pulse.
Ferner umfaßt die Erfassungseinrichtung 12 eine zweite Zäh¬ lerschaltung 15, die die während des Durchlaufes eines Refe¬ renzwinkels s^ von der ersten Pulssignalquelle 13 abgegebe¬ nen Pulse zählt. Wie erwähnt, kann der Referenzwinkel α R eine frei wählbare Größe haben. Der Referenzwinkel α R wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 dadurch er¬ faßt, daß der zweite Zähler jeweils den Zählwert abgibt, der bei einem Zyklus des von dem Empfangselement 11 erfaßten pe¬ riodischen Pulssignales in der zweiten Zählerschaltung 15 vorliegt. Das Zählerauslesen und das Rücksetzen der Zähler¬ schaltung kann beispielsweise jeweils mit dem ersten Puls einer Pulssequenz des empfangenen Pulssignales erfolgen.
In Abweichung von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Durchlaufzeit des Referenzwinkels α R durch die zweite Zählerschaltung 15 auch dadurch erfaßt werden, daß diese von einer zweiten Pulssignalquelle mit Zählpulsen versorgt wird.
Den beiden Zählerschaltungen 14, 15 ist eine Quotientenbil¬ dungseinheit 16 nachgeschaltet, die aus dem Quotienten des ersten Zählerstandes der ersten Zählerschaltung 14 zu dem zweiten Zählerstand der zweiten Zählerschaltung 15 die Me߬ größe, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 dem Luftdruck entspricht, errechnet.
Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß die beiden Zäh-
lerschaltungen 14, 15 sowie die Quotientenbildungseinheit 16 durch einen Mikroprozessor implementiert werden können.
Der Quotientenbildungseinheit 16 ist eine Anzeigeeinheit 17 nachgeschaltet, auf der die erfaßte Meßgröße, die bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 der Reifenluftdruck ist, zur Anzeige gebracht wird.
Aus der obigen Beschreibung ist es ersichtlich, daß das er¬ findungsgemäße Konzept der Meßgrößenerfassung zunächst die Umsetzung einer beliebigen physikalischen Größe in einem mit einem Sensor erfaßbare Drehwinkelgröße erfordert, die bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Hubstellung des Druckmeßkolbens 2 gebildet wird. Diese Drehwinkelgröße wird in ein erstes Zeitsignal transformiert, das bei dem gezeig¬ ten Ausführungsbeispiel abhängig von der Drehzahl und dem Meßwinkel α M ist. Ein zweites Zeitsignal stellt die Zeit¬ dauer dar, während der eine Relativdrehung α^ zwischen der Welle und der Sensoreinrichtung 10, 11 über einen Referenz¬ winkel stattfindet. Dieses zweite Zeitsignal entspricht dem zweiten Zählerstand. Die Quotientenbildung dieser beiden di¬ gital erfaßten Größen ergibt einen Wert, der die Meßgröße darstellt.
Für die Bildung des ersten Zählerstandes ist es nicht zwin¬ gend, daß das Sendeelement 10 mit dem von der ersten Puls¬ signalquelle erzeugten Pulssignal beaufschlagt wird. Eben¬ falls ist es denkbar, das erste Sendeelement 10 kontinuier¬ lich senden zu lassen, so daß das Empfangselement 11 bei Er¬ fassung des Meßwinkels α M ein "Hoch"-Signal kontinuierlich abgibt, mit dem ein (nicht dargestelltes) Tor auf- und zu¬ gesteuert wird, über das das Pulssignal von der ersten Puls¬ signalquelle 13 direkt der ersten Zählerschaltung 14 zuge¬ führt wird.
Die in Fig. 1 gezeigte Anwendung des erfindungsgemäßen Prin- zipes zur Auswertung von auf einer drehbaren Welle erfaßten Meßgröße bei der Luftdruckmessung an einem Fahrzeugrad 3
ist, wie es für den Fachmann offenkundig ist, keineswegs be¬ schränkend. Das erfindungsgemäße Prinzip ist für die Auswer¬ tung jeder auf einer drehbaren Welle erfaßten Meßgröße ge¬ eignet, die sich in eine Drehwinkelgröße α jj umformen läßt.
Ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prinzipes, bei dem eine andere Meßgröße auf einer drehbaren Welle erfaßt wird, wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrie¬ ben. Hier ist schematisch ein Teil einer Fahrzeugbremstrom¬ mel 20 gezeigt, die um die Achse ihrer Nabe 21 drehbar an¬ geordnet ist. Die hier interessierende Meßgröße ist die Tem¬ peratur der Fahrzeugbremstrommel 20, die mittels einer Bime¬ tallfeder 21 in eine Drehwinkelgröße umgesetzt wird. Die Bi¬ metallfeder 21 ist mit einer durchgezogenen Linie in einer ersten Lage dargestellt, die einer ersten Bremstrommeltempe¬ ratur entspricht, und mittels einer gestrichelten Linie in einer zweiten Lage dargestellt, die einer zweiten Bremstrom¬ meltemperatur entspricht. In ihrer zweiten Lage ist die Bi¬ metallfeder mit dem Bezugszeichen 21' bezeichnet.
An der Bremstrommel sind ferner optisch erfaßbare Marken 22, 23 angebracht. Mittels eines Sende- und Empfangselementes 10, 11 kann nun ein der ersten Temperatur entsprechender er¬ ster Meßwinkel α M1 zwischen der erstem Marke 22 und der Bi¬ metallfeder 21 in ihrer ersten Lage, ein der zweiten Tempe¬ ratur entsprechender Meßwinkel α M2 zwischen der ersten Marke 22 und der Bimetallfeder 21' in ihrer zweiten Lage sowie ein Referenzwinkel α R zwischen den beiden Marken 22, 23 erfaßt werden.
Die Auswertungseinrichtung kann auch in diesem Fall die in Fig. 2 gezeigte Struktur haben.
Die erfindungsgemäße Auswertungseinrichtung für eine auf einer drehbaren Welle erfaßte Meßgröße ermöglicht eine Mes¬ sung mit einer Auflösung, die je nach der Frequenz der Erstpulssignalquelle und der Zählkapazität der verwendeten Zählerschaltungen praktisch beliebig hoch gewählt werden
kann. Die erfindungsgemäße Auswertungseinrichtung arbeitet berührungslos und somit vollständig verschleißfrei.
Ferner arbeitet die erfindungsgemäße Auswertungseinrichtung gleichermaßen gut bei praktisch beliebig hohen oder niedri¬ gen Drehzahlen der drehbaren Welle.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 Drehmomenterfassungseinrichtungen nach der Erfindung er¬ läutert.
Wie in Fig. 4 dargestellt ist, umfaßt eine Drehmomenter¬ fassungseinrichtung, die in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 31 dargestellt ist, eine Drehwinkelumformein¬ richtung 32, welche zwei Scheiben 33, 34 umfaßt. Jede der Scheiben 33, 34 kann die in der rechtsseitigen Darstellung gemäß Fig. 4 gezeigte Gestalt haben und jeweils zumindest ein Kreisbogenfenster 35, 36 umfassen. Die erste Scheibe 33 der Drehwinkelumformeinrichtung 32 steht mit einem eingangs- seitigen Wellenelement 37 in Verbindung, während die zweite Scheibe 34 an einem ausgangsseitigen Wellenelement 38 ange¬ bracht ist. Bei einem der möglichen Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung, welcher die Drehmomentmessung bei sich drehenden Wellen betrifft, ist das eingangsseitige Wellenelement 37 ein Antriebselement, während das ausgangs- seitige Wellenelement 38 ein Abtriebselernent bildet.
Zwischen den beiden Wellenelementen 37, 38 liegt eine diese beiden Elemente dreheleastisch verbindende Einrichtung 39, die bei der gezeigten Ausführungsform die Gestalt einer Fe¬ der hat. In Axialrichtung liegen einander im Bereich der Kreisbogenfenster 35, 36 ein Sendeelement 10 und ein Em¬ pfangselement 11 gegenüber. Bei der gezeigten Ausführungs¬ form ist das Sendeelement 10 ein elektrooptisches Sende¬ element in Form einer Leuchtdiode. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist das Empfangselement 11 ein optoelektri- sches Empfangselement in Form eines Phototransistors. Diese Elemente dienen als Sensoreinrichtung zur Abgabe eines Sig-
- Ab- nales, das anzeigt, ob oder ob nicht zwischen dem Sendeele¬ ment 10 und dem Empfangselement 11 eine Signalübertragung stattfindet. Eine Signalübertragung findet statt, wenn das durch die beiden Kreisbogenfenster 35, 36 gebildete Fenster, dessen Winkellänge von dem anliegenden Drehmoment abhängt, sich zwischen den Elementen 10, 11 befindet.
Das Sendeelement 10 sowie das Empfangselement 11 können jedoch in Abweichung von dem soeben beschriebenen Beispiel auch zur Übertragung magnetischer oder elektischer Signale ausgestaltet sein.
Die Drehmomenterfassungseinrichtung hat eine an das Sende¬ element 10 sowie an das Empfangselement 11 angeschlossene Erfassungs- und Auswertungseinrichtung 12, wie sie unter Bezugnahme auf Fig. 2 beschrieben wurde.
Die Quotientenbildungseinheit 16 errechnet aus dem Quotien¬ ten des ersten Zählerstandes der ersten Zählerschaltung 14 zu dem zweiten Zählerstand der zweiten Zählerschaltung 15 das momentane Drehmoment, das zwischen den Wellenelementen 37, 38 übertragen wird.
Der Quotientenbildungseinheit 16 ist eine Anzeigeeinheit 17 nachgeschaltet, die in einem ersten Anzeigeteil 18 das er¬ mittelte Drehmoment anzeigt. Mit Hilfe des zweiten Zähler¬ standes, der umgekehrt proportional zur Drehzahl ist, kann der die Quotientenbildungseinheit 16 umfassende Mikropro¬ zessor 16 somit auch die Drehzahl ermitteln, die auf einem zweiten Anzeigeteil der Anzeigeeinheit 17 angezeigt wird, sowie durch Multiplikation der Drehzahl und des Drehmomentes die Leistung errechnen, die in einem dritten Anzeigeteil angezeigt wird.
Aus der obigen Beschreibung i'st es ersichtlich, daß das er¬ findungsgemäße Konzept der Drehmomenterfassung zunächst die Umsetzung des Drehmomentes in eine mit einem Sensor erfa߬ bare Drehwinkelgröße erfordert, die bei dem gezeigten Aus-
ΛΛ - führungsbeispiel dem durch die beiden Kreisbogenfenster 35, 36 aufgrund ihrer Relativdrehung festgelegten Fensterbereich entspricht. Diese Drehwinkelgröße wird in ein erstes Zeit¬ signal transformiert, das bei dem gezeigten Ausführungsbei¬ spiel dem ersten Zählerstand entspricht. Ein zweites Zeit¬ signal stellt die Zeitdauer dar, während der eine Relativ¬ drehung zwischen der Welle und der Sensoreinrichtung 10, 11 über einen Referenzwinkel stattfindet. Dieses zweite Zeit¬ signal entspricht dem zweiten Zählerstand. Die Quotienten¬ bildung dieser beiden digital erfaßten Größen ergibt das Drehmoment.
Bei der unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebenen Ausfüh¬ rungsform ist die Sensoreinrichtung 10, 11 feststehend, während sich die Wellenelemente 37, 38 drehen.
Wie aus der nachfolgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf Fig. 5 verdeutlicht wird, ist die erfindungsgemäße Drehmo¬ menteinrichtung jedoch auch für solche Anwendungsfälle ein¬ setzbar, bei denen es um die Erfassung des an einer still¬ stehenden Welle anliegenden Drehmomentes geht. In diesem Fall wird die Sensoreinrichtung 10 mit einer Antriebsein¬ richtung in Drehrichtung um einen Referenzwinkel um die Welle gedreht. Die Antriebseinrichtung ist bei dieser Ausführungsform gemäß Fig. 5 versinnbildlicht durch einen Motor 41 zum Antreiben einer Schnecke 42, mit der ein Zahn¬ kranz 43 um die Achse der Welle bewegt wird, an dem die Sen¬ soreinrichtung 10, 11 geführt wird. Die Bildung des ersten Zählerstandes erfolgt ebenso wie bei dem unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Die Bildung des zweiten Zählerstandes, welcher die Pulszahl oder Zeit während des Durchlaufes des Referenzwinkels betrifft, kann bei dieser Ausgestaltung beispielsweise dadurch erfolgen, daß während der Zeitdauer des Antreibens des Motors 41 ein Gatter zwischen der Pulssignalquelle 13 und der zweiten Zäh¬ lerschaltung 15 aufgesteuert wird.
Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß der in der
-Λ L -
vorliegenden Beschreibung verwendete Begriff der elastischen Verbindungsvorrichtung zwischen zwei Wellenelementen die Anwendung von in sich elastischen Wellen umfaßt, deren Wellenenden die Wellenelemente bilden und deren Hauptteil die elastische Verbindungsvorrichtung darstellt.
Ferner ist es möglich, die Sensoreinrichtung durch getrennte Sensorelemente für die erste und die zweite Zählerschaltung zu realisiern. In diesem Fall können die Sensorelemente an voneinander beabstandeten Orten der Welle vorgesehen sein.
Die erfindungsgemäße Drehmomenterfassungseinrichtung ermög¬ licht die Drehmomenterfassung mit einer Auflösung, die je nach Frequenz der ersten Pulssignalquelle und Zählkapazität der verwendeten Zähler praktisch beliebig hoch gewählt wer¬ den kann. Die erfindungsgemäße Drehmomenterfassungseinrich¬ tung arbeitet berührungslos und erfordert keine Dehnungs¬ meßstreifen oder sonstige analoge Sensoren, da das erfin¬ dungsgemäße Meßprinzip vollständig digital ist.
Die erfindungsgemäße Drehmomenterfassungseinrichtung kann bei allen Motoren, Antrieben und Getrieben eingesetzt wer¬ den. Die erfindungsgemäße Drehmomenterfassungseinrichtung ist ausgesprochen einfach aufgebaut und ermöglicht dennoch eine hohe Meßgenauigkeit.
Unter den in der vorliegenden Anmeldung verwendeten Begriff "drehbare Welle" sollen sämtliche Strukturen fallen, die eine Relativdrehung des Ortes der zu erfassenden Meßgröße gegenüber dem Ort der Auswertungseinrichtung ermöglichen.
Next Patent: APPARATUS FOR THE CONTROL OF PRESSURE DIFFERENCE