Die Erfindung betrifft einen flanschförmigen Drehmomentaufnehmer und insbesondere einen Drehmomentaufnehmer, der für hohe Drehzahlen einsetzbar ist. Weiterhin ist der Drehmomentaufnehmer relativ unempfindlich gegen Störkräfte. Ein derartiger Drehmomentaufnehmer weist zwei Befestigungsscheiben auf, nachfolgend als Flansche bezeichnet. Ein Flansch ist mit einer Antriebswelle, der andere Flansch mit einer von der Antriebswelle in Drehung zu setzenden Welle verschraubt. Beide Flansche sind mit einem Verformungselement verbunden, das sich unter dem Einfluss eines Drehmoments elastisch verformt. An ausgewählten Stellen des Verformungselements sind Dehnungsmessstreifen appliziert, um die dort auftretende Dehnung zu messen, die proportional zur Größe des Drehmoments ist. Diese Messelemente gibt es in unterschiedlichen Geometrien, wobei Biegekräfte oder Scherkräfte gemessen werden. Charakteristisch für diese Verformungselemente ist, dass die Stellen, an denen die Dehnungsmessstreifen appliziert sind, ein Dehnungsverhalten aufweisen, das streng proportional dem anliegenden Drehmoment ist. Es handelt sich hierbei jedoch um eine theoretische Annahme. In der Praxis kommt es vor, dass die beiden Wellen nicht genau in der gleichen Achse liegen, wobei drei Fälle zu unterscheiden sind: Die Achsen sind parallel zueinander leicht versetzt oder stehen in einem Winkel zueinander oder sind parallel versetzt und stehen auch in einem Winkel zueinander. In allen drei Fällen werden auf das Verformungselement zusätzliche Kräfte übertragen. In Abhängigkeit von der speziellen Geometrie des Verformungselements entstehen unterschiedlich große Messfehler. Eine der bisher üblichen Methoden zur Verhinderung solcher Messfehler ist die möglichst starre Ausbildung des Verformungselements. Diese Methode hat jedoch eine physikalische Begrenzung: Je steifer das Messelement ist, umso geringer ist die auftretende Dehnung und somit auch das Messsignal des Drehmoments. Wenn das Verformungselement weniger starr ist, ist auch die Dehnung und somit das Messsignal größer. Allerdings entstehen auch stärkere Verfälschungen des Messsignals, wenn einer der drei vorstehend genannten Fälle auftritt. Aus dem Dokument EP 0 575 634 A1 ist ein Drehmomentsensor bekannt, bei dem die Verformungselemente im Randbereich der Flansche angeordnet sind. Eine solche Konstruktion ist sehr steif, sodass der Drehmomentsensor auch einsetzbar ist, wenn, wie vorstehend beschrieben, die beiden Wellen nicht genau in der gleichen Achse liegen.

Es hat sich allerdings herausgestellt, dass bei dieser Konstruktion bei hohen Drehzahlen Messfehler auftreten. Es handelt sich speziell um Nullpunktverschiebungen. Diese Messfehler sind von der Drehzahl abhängig und lassen sich somit schwer kompensieren.

Auch in dem Dokument DE 102015110861 A1 wird das vorstehend genannte Problem des parallelen und des winkeligen Versatzes der miteinander zu verbindenden Wellen beschrieben.

Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, einen Drehmomentmessaufnehmer bereitzustellen, der ein hohes Messsignal abgibt und gleichzeitig relativ unempfindlich gegen Kräfte ist, die nicht in der Wirkrichtung des Drehmoments angreifen. Weiterhin soll der Drehmomentaufnehmer auch bei hohen Drehzahlen, die z. B. in Motorprüfständen auftreten, keine oder nur sehr geringe drehzahlabhängigen Messfehler aufweisen.

Die Aufgabe wird mit einem Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer nach Anspruch 1 gelöst, welcher folgende Merkmale aufweist:

- Zwei parallel zueinander angeordnete scheibenförmige Befestigungsflansche mit Befestigungsbohrungen, die im Randbereich der Befestigungsflansche vorgesehen sind,

- ein Verformungselement, das sich zwischen den Befestigungsflanschen (3, 4) erstreckt und auf dem Dehnungsmessstreifen (2) angeordnet sind,

wobei

- das Verformungselement in der Drehachse des Doppelflansch-Drehmomentaufnehmers liegt, wobei sich zwischen den Befestigungsflanschen wenigstens 3 stabför- mige Federelemente erstrecken, die am äußeren Randbereich der Befestigungsflansche oder zwischen den Befestigungsbohrungen befestigt sind und wobei auf diesen Federelementen keine Dehnungsmessstreifen oder andere Sensoren vorgesehen sind. Das in der Drehachse des Doppelflansch-Drehmomentaufnehmers liegende Verformungselement kann einen relativ geringen Durchmesser aufweisen. Unter einem relativ geringen Durchmesser ist folgendes zu verstehen: Wenn ein Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer ohne die stabförmige Federelemente verwendet werden soll, muss das Verformungselement einen größeren Durchmesser haben, damit es die notwendige Steifheit aufweist. Wenn die Dehnungsmesstreifen jedoch auf einem Verformungselement mit einem größeren Durchmesser angeordnet und somit die elektrischen Anschlussdrähte von der Drehachse weiter entfernt sind, entstehen an den Dehnungsmessstreifen und den elektrischen Anschlussdrähten auch größere Zentrifugalkräfte. Bei der Konstruktion nach Anspruch 1 kann der Durchmesser des Verformungselements demzufolge gering ausgebildet sein, sodass auch die auftretenden Zentrifugalkräfte gering sind. Demzufolge treten auch bei hohen Drehzahlen vergleichsweise geringe Zentrifugalkräfte auf.

Nach Anspruch 2 weisen die Federelemente einen rechteckigen Querschnitt auf, deren schmale Seite auf die Drehachse gerichtet ist.

Nach Anspruch 3 weisen die Federelemente einen runden Querschnitt auf.

Nach Anspruch 4 bestehen die Federelemente aus einem anderen Material als das Verformungselement.

Nach Anspruch 5 bestehen die Federelemente aus Keramik.

Nach Anspruch 6 weist das Material der Federelemente eine andere Federkonstante als das Material des Verformungselements auf.

Nach Anspruch 7 bestehen die Federelemente abwechselnd aus unterschiedlichen Materialien.

Nach Anspruch 8 weisen die einzelnen Federelemente abwechselnd einen unterschiedlichen Querschnitt auf. Die Weiterbildungen der Konstruktion von Anspruch 1 gemäß der Ansprüche 2 bis 8 ermöglichen, die Eigenfrequenz des Doppelflansch-Drehmomentaufnehmers in sehr weiten Grenzen zu modifizieren.

Nach Anspruch 9 sind in beiden Flanschen Durchgangslöcher zur Aufnahme der Federelemente vorgesehen.

Nach Anspruch 10 sind in einem der beiden Flansche Durchgangslöcher und im anderen Flansch Sacklöcher zur Aufnahme der Federelemente vorgesehen.

Die Weiterbildungen der Konstruktion von Anspruch 1 gemäß der Ansprüche 9 und 10 ermöglichen eine effiziente Fertigung.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe der beigefügten schematischen Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen Doppelflansch-Drehmomentauf- nehmer nach dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt den Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer nach Fig. 1 in der Seitenansicht.

Fig. 3 zeigt einen Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer mit kleinerem Durchmesser des Verformungselements.

Fig. 4 zeigt einen Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer mit Federelementen, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen.

Fig. 5 zeigt einen Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer mit Federelementen, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, sich aber abwechselnd im Elastizitätsmodul unterscheiden. Fig. 6 zeigt einen Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer mit Federelementen, die abwechselnd einen kreisförmigen und einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Die Fig. 1 zeigt einen Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer nach dem Stand der Technik mit folgenden Merkmalen: Zwei parallel zueinander angeordnete scheibenförmige Befestigungsflansche (3, 4) und ein zwischen diesen Befestigungsflanschen (3, 4) sich erstreckendes zylinderförmiges Verformungselement (1 ) sind zusammen einstückig aus Stahl gefertigt. Die scheibenförmigen Befestigungsflansche (3, 4) weisen in ihrem Randbereich Befestigungsbohrungen 5 auf. Das Verformungselement (1 ) erstreckt sich rotationssymmetrisch entlang der Drehachse des Doppelflansch- Drehmomentaufnehmers. Auf der Oberfläche des zylinderförmigen Verformungselements (1 ) sind Dehnungsmessstreifen (2) appliziert, die in den Zeichnungen nur symbolisch dargestellt sind.

Die Fig. 2 zeigt den Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer nach Fig. 1. Mit dem Bezugszeichen a ist der Radius des Verformungselements (1 ) bezeichnet. Der Radius muss relativ groß sein, damit der Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer eine ausreichende Stabilität gegen Querkräfte aufweist. Da der Radius a relativ groß ist, sind auch die Zentrifugalkräfte, die bei Drehung des Doppelflansch-Drehmomentaufnehmers auf den Dehnungsmessstreifen und auf die elektrischen Anschlusskabel wirken, relativ groß.

Die Fig. 3 zeigt einen Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer ähnlich dem in Figur 2 gezeigten. Mit dem Bezugszeichen b ist der Radius des Verformungselements (1 ) bezeichnet. Der Radius b ist wesentlich kleiner als der Radius a. Das hat den Vorteil, dass die Zentrifugalkräfte, die bei Drehung auf den Dehnungsmessstreifen und auf die elektrischen Anschlusskabel wirken, kleiner sind. Die Pfeile zeigen symbolisch, dass sich diese Konstruktion unter dem Einfluss von seitlich angreifenden Kräften deformiert. Das führt zu unzulässig hohen Messfehlern.

Die Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsform eines Doppelflansch-Drehmomentaufnehmers nach Anspruch 1 mit einem Verformungselement (1 ), das einen relativ kleinen Radius b aufweist. Im Bereich der Befestigungsbohrungen 5 sind zum Schutz gegen Querkräfte Federelemente 6 angeordnet. Damit wird verhindert, dass diese Querkräfte Messfehler bei der Drehmomentmessung verursachen. Der vergleichsweise kleine Radius b hat den Vorteil, dass die an dem Messelement auftretenden Zentrifugalkräfte auch bei großen Drehzahlen relativ gering bleiben und somit auch nur eine sehr geringe Nullpunktverschiebung bewirken. Die Verwendung von Federelementen mit kreisförmigem Querschnitt hat den Vorteil, dass sich die Federelemente in den dafür in beiden Flanschen vorgesehenen Bohrungen mit geringem Aufwand befestigen lassen, z. B. mittels einer Schrumpfverbindung. Die Dimensionierung von Bauteilen zur Herstellung von Schrumpfverbindungen ist dem Fachmann bekannt und muss daher nicht erläutert werden.

Die Fig. 5 zeigt einen Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer mit folgenden Merkmalen:

Zwischen den Befestigungsbohrungen (5) sind Federelemente (6) eingesetzt, die einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, aber aus zwei Stählen mit unterschiedlichem Elastizitätsmodul gefertigt sind, wobei die sich im Elastizitätsmodul unterscheidenden Federelemente abwechselnd angeordnet sind. Durch eine vorbestimmte Auswahl des Elastizitätsmoduls kann die Eigenfrequenz des Doppelflansch-Drehmo- mentaufnehmers gezielt beeinflusst werden. Diese Option ist vorteilhaft bei Messungen, die an Motorprüfständen durchgeführt werden.

Die Fig. 6 zeigt einen Doppelflansch-Drehmomentaufnehmer mit folgenden Merkmalen:

Zwischen den Befestigungsbohrungen sind Federelemente (6, 7) angeordnet. Die Federelemente weisen abwechselnd einen kreisförmigen und einen quadratischen Querschnitt auf. Mit einer derartigen Anordnung kann ebenfalls die Eigenfrequenz des Doppelflansch-Drehmomentaufnehmers gezielt beeinflusst werden.