Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Meßeinrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Eine derartige bekannte Meßeinrichtung hat zvei zu einer Welle koaxial ange¬ ordnete Körper aus elektrisch leitendem, nicht magne¬ tischem Werkstoff , von welchen einer drehfest mit der Welle verbunden ist und der andere diesem gegen¬ über verdrehbar ist. Weiterhin ist eine zur Welle ko¬ axiale Spule vorgesehen, die von hochfrequentem Wechsel¬ strom durchflössen ist und in unmittelbarer Nähe der beiden Körper angeordnet ist. Diese weisen Ausschnitte auf, deren gemeinsame Überdeckungs läche mit zunehm¬ endem, zwischen den Körpern auftretendem Verdrehwinkel sich ändert, wobei zur Messung der Impedanzänderung der Spule, die durch in den Körpern induzierte Wirbel- strδme entsteht, die Relativverdrehung der beiden Körper erfaßbar ist. Diese bekannte Einrichtung ist verhältnismäßig aufwendig (DE-PS 29 51 1 US ) .

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie bei relativ einfachem Aufbau und kompakter Bauweise eine genaue Erfassung der Drehmomentdif erenz zweier auf eine Ausgangswelle gemeinsam wirkender Drehmomente erlaubt. Die Übertragung der Signale vom drehenden auf das feststehend Maschinenteil kann auf verschiedene bekannte Übertragungs¬ möglichkeiten erfolgen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Haupt¬ anspruch angegebenen Merkmale möglich.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar¬ gestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher er¬ läutert. Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel in etwas vereinfachter Darstellung, Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel in Seitenansicht, Figur 3a eine Ansicht in Pfeilrichtung nach Figur 3.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

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 Aus ührungsbeispiel besteht aus einer Welle 10, an deren oberem Ende ein Drehmoment M1 eingeleitet wird. Die Welle 10 weist zwei Einschnürungen 11, 12 mit den Torsions eder-

konstanten C1 und C2 auf. Im mittleren Teil der Welle 10 - das heißt zwischen den Einschnürungen 11 und 12 - .ist ein Antriebs¬ rad 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 Servo- drehmo ent 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 Abtriebs¬ seite 10A. In Längsrichtung der Welle 10 ist ein Hebel 1 k 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 A des Hebels 1U 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 Vergleichs¬ stelle 18 zusammen mit dem Sensorelement 17 dient zur An¬ zeige der Differenz der beiden Drehmomente M1 und M3. da¬ bei ist M3 = M1 + M2.

Wird am oberen Ende der Welle 10 ein Drehmoment M1 im Uhr¬ zeigersinn eingeleitet, entsteht aufgrund der Federkonstanten C1 und C2 an der Vergleichsstelle 18 ein Differenzwinkel zwi¬ schen dem oberen Ende 1 <+A des Hebels 1 k und dem Sensorele¬ ment 17 in mathematisch negativer Richtung (siehe Plus- und Minuszeichen am Sensorelement). Wird nun über das Antriebs¬ rad 13 ein ebenfalls im Uhrzeigersinn wirkendes Antriebs¬ drehmoment M2 eingeleitet, so wird aufgrund der dargestellten Lagerung des Hebels 1 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 einem engen Winkelbereich um den Nullpunkt.

- k -

Durch Wahl der Federkonstanten C1 und C2 kann das Verhältnis zwischen Drehmoment M1 und der Summe M3 = Ml + M2 frei ein¬ gestellt werden. Die Erfassung des Di ferenzwinkels kann mit einem geeigneten Sensorelement durchgeführt werden.

Die Anordnung des Hebels 1 im Ausführungsbeispiel kann symbo¬ lisch 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 Zahnseg¬ ment sein, das es gestattet, den Hebel außen an der Welle an¬ zubringen. Bei einem geschlossenen Rad wäre ein entsprechender Ausschnitt im Rad notwendig, durch welchen der Hebel hindurch¬ dringt.

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 be¬ zeichnet, an deren oberem Ende ein nicht dargestelltes Lenkrad befestigt ist. Das entgegengesetzte Ende der Lenk¬ welle 20A ist in einer zylindrischen Ausnehmung 21B einer Ausgangswelle 21 mit Hilfe eines Sperrstiftes 22 drehfest verbunden; die Ausgangswelle 21 führt zum Lenkgetriebe.

Konzentrisch zur Lenkwelle 20 ist ein auf ihr gelagertes Antriebsrad 23 drehbar angeordnet. Zwischen dem Antriebs¬ rad 23 und dem flanschartigen Oberteil 21C der Ausgangs¬ welle ist eine drehelastische Verbindung in Form ehr- er-e-r Biegestäbe 2k hergestellt. Diese verlaufen parallel zur Lenkwelle 20 und sind im Antriebsrad 23 und im Teil 21 C 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 2k 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 einge¬ leitete 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 Antriebs¬ rad 23 wird zweckmäßigerweise von einem Elektromotor ange¬ trieben, welcher das am Lenkrad aufgebrachte Moment M1 unterstützt. Durch die eingeleiteten Momente werden die Torsionsfederelemente 20 und 2k verdreht. Der Differenz¬ drehwinkel als Maß für die Differenz der beiden eingelei¬ teten Drehmomente wird an einer Vergleichsstelle 25 durch das Sensorelement 17 gegenüber einem Referenzpunkt 27 an der Lenkwelle 20 ermittelt. Vergleichsstelle und Sensor¬ element entsprechen wieder den Teilen nach dem Ausführungs¬ beispiel der Figur 1.

Die Ermittlung der Differenzdrehwinkel bedeutet, daß, so¬ bald das Verhältnis der eingeleiteten Drehmomente dem Ver¬ hältnis der Torsionsfederkonstanten entspricht, an der Vergleichsstelle 25 die Null-Lage angezeigt wird. Die Dreh¬ momente werden also rein mechanisch ermittelt und ver¬ glichen und nur deren Differenz durch geeignete Sensoren ausgewertet .

Aus- -dem ermittelten Differenzwert kann die Lenkkraft- unterstützung durch den Elektromotor bestimmt werden. Ferner kann in einem Fehlerfall ein Abschaltsignal ge-

wonnen werden. Durch den rein mechanischen Vergleich ist die Sicherheit besonders groß, da keine elektrischen Gebersig¬ nale verglichen werden müssen. Selbstverständlich lassen sich durch geeignete Anbringung weitererSensoren auch die Einzel¬ drehmomente M1 und M2 und damit auch das Summenmoment M3 er¬ mitteln.

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 Unter¬ schied 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 2k der Ausgangs¬ welle 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 Aus¬ gangswelle 21 befestigt ist. Weiterhin erstreckt sich vom Zahnrad 30 ein kurzer Stab 3^ nach oben, an dem ein gebogener Bügel 3^-A befestigt ist, der um die Lenkwelle 20 herum ge¬ führt ist.und zwar um etwa 180 . An der Lenkwelle 20 ist wiederum ein Referenzpunkt 36 befestigt , welcher das Sen¬ sorelement 17 trägt. Das dort gelegene freie Ende des Bügels 3kλ 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 3^-A bei Verdrehen des Antriebs¬ rads 30 um den Stab 33 schwenkt.

Durch geeignete Wahl der Federkonstanten C1 und C2 können verschiedene Momentendifferenzen erfaßt werden. Die Teil-

momente können durch geeignetes Anbringen der Sensorelemente auch einzeln ermittelt und später elektrisch weiterverar¬ beitet werden.