Drehmomentmesseinrichtung, Drehmomentmessflansch und Drehmomentmessverfahren

[01] Die Erfindung betrifft eine Drehmomentmesseinrichtung, einen Drehmomentmessflansch und ein Drehmomentmessverfahren.

[02] Derartige Drehmomentmesseinrichtungen kommen beispielsweise in Prüfständen, wie sie unter anderem in der DE 10 2006 044 829 Al offenbart sind, zur Anwendung. Hierbei werden Drehmomentmessflansche bzw. -messwellen, wie sie beispielsweise in der DE 42 03 551 Al oder der DE 10 2007 005 894 Al aber auch in der DE 20 2006 007 689 Ul, in der DE 199 17 626 Al, der DE 197 19 921 Al und der DE 103 06 306 Al sowie in den Internetartikeln „Bedienungsanleitung Drehmomentmesswelle Fli/F2i" der GIF Gesellschaft für Industrieforschung mbH aus Aisdorf in Deutschland (2007/Rev.1.25) und „User's Manual TF Series Torque Flange Sensors" der Magtrol Inc. aus New York on den Vereinigten Staaten von Amerika (03. Juni 2008) offenbart sind, genutzt, wobei in vorliegendem Zusammenhang die Begriffe Drehmomentmessflansch und -messwelle synonym verwendet werden. Mit derartigen Prüfständen bzw. Anordnungen oder Einrichtungen wird ein Drehmoment gemessen, wobei in vorliegendem Zusammenhang vornehmlich Drehmomente von rotierenden Baugruppen gemessen werden. Insbesondere können derartige Baugruppen während einer Rotation gezielt einer Belastung unterworfen werden, um das Verhalten der entsprechenden Baugruppe unter Belastung insbesondere hinsichtlich deren Reaktion durch ein verändertes Drehmoment zu untersuchen. Auf diese Weise können insbesondere Verschleiß, Lebensdauer, Extrembelastungsverhalten, Eigenschwingungen, Rasselgeräusche u. ä. untersucht werden.

[03] Hierbei offenbart die DE 20 2006 eine Drehmomentmesswelle, die unter anderem eine digitale Schnittstelle und einen Temperatursensor zur temperaturabhängigen Nullpunktkompensation, also der Kompensation einer Temperaturabhängigkeit des von der Drehmomentmesswelle ausgegebenen Messwertes, wenn kein Drehmoment anliegt, aufweist.

[04] Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, eine Drehmomentmesseinrichtung, einen Drehmomentmessflansch sowie ein Drehmomentmessverfahren bereitzustellen, bei welchen die Messung von Artefakten minimiert ist.

[05] Als Lösung schlägt vorliegende Erfindung erstens eine Drehmomentmesseinrichtung mit einem Drehmomentmessflansch und einer Auswertung vor, welche sich dadurch auszeichnet, dass die Auswertung Mittel zur Speicherung einer zu einem Freilaufmoment proportionalen Größe und Mittel zur Kompensation eines Messwertes mit der gespeicherten Größe aufweist.

[06] Hierbei geht die Erfindung von der Grunderkenntnis aus, dass ein Drehmomentmessflansch in freilaufendem Zustand, also in einem völlig unabhängig von jeglicher Belastung durch einen etwaigen Prüfling oder gar einer von außen aufgebrachten

Belastung aber rotierendem Zustand, ein angebliches gemessenes Moment ausgibt. Die

Erfindung gemäß vorgeschlagener Drehmomentmesseinrichtung ermöglicht es mithin, ein derartiges Freilaufmoment zu ermitteln, in dem beispielsweise in gänzlich unbelastetem Zustand eine Messung durchgeführt wird, und den jeweils ermittelten bzw. gemessenen

Drehmomentmesswert mit dem ermittelten Freilaufmoment zu kompensieren.

[07] Dementsprechend schlägt vorliegende Erfindung zweitens ein Verfahren zur Drehmomentmessung vor, welches sich dadurch auszeichnet, dass zunächst ein Freilaufmoment ermittelt und der ermittelte Drehmomentmesswert anschließend mit dem Freilaufmoment kompensiert wird.

[08] Es hat sich in diesem Zusammenhang herausgestellt, dass ein wesentlicher Anteil des Freilaufmoments durch den Drehmomentmessflansch selbst bedingt ist. Hierbei zeichnet sich ein Drehmomentmessflansch in der Regel durch eine Messeinrichtung zur Messung einer zu einem auf den Drehmomentmessflansch wirkenden Drehmoment proportionalen Größe aus, wobei die Messeinrichtung beispielsweise Dehnmessstreifen oder sonstige Spannungsmesser aufweisen kann, mit welchen eine Verwindung des Drehmomentmessflansches, die regelmäßig zu einem Drehmoment proportional ist, erfasst werden kann. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass als Messeinrichtung zur Messung einer zu einem auf den Drehmomentmessflansch wirkenden Drehmoment proportionalen Größe sämtliche Einrichtungen, beispielsweise auch

Wegmessungen oder ähnliches, zur Anwendung kommen können, mit welchen eine derartige Größe entsprechend ausreichend betriebssicher gemessen werden kann.

[09] Im übrigen versteht es sich in vorliegendem Zusammenhang, dass der Begriff „proportional" vorliegend im weitesten Sinne zu verstehen ist. Insbesondere kann hier auch eine umgekehrte Proportionalität vorliegen. Ebenso kann gegebenenfalls eine verhältnismäßig komplexe funktionale Abhängigkeit zwischen dem Drehmoment und der entsprechenden, messbaren Größe vorliegen. In bekannter Weise kann dann aus den jeweiligen Messwerten durchaus entsprechende Berechnungen unter Einsatz der funktionalen Abhängigkeit ein entsprechendes Drehmoment ermittelt werden. Darüber hinaus versteht es sich hierbei, dass die Ausgabe eines Drehmoments, zumindest beispielsweise in SI-Einheiten, nicht zwingend für ein gewünschtes Messergebnis ist. Vielmehr kann auch bereits die Ausgabe der entsprechenden, zum Drehmoment proportionalen Größe ausreichen, um die gewünschten Messergebnisse in ausreichender Form bereitzustellen.

[10] Um mithin besonders betriebssicher einem durch einen Drehmomentmessflansch selbstbedingten Freilaufmoment begegnen bzw. um ein derartiges Freilaufmoment besonders betriebssicher kompensieren zu können, schlägt vorliegende Erfindung drittens einen

Drehmomentmessflansch mit einer Messeinrichtung zur Messung einer zu einem auf den

Drehmomentmessflansch wirkenden Drehmoment proportionalen Größe vor, welcher sich durch eine an dem Drehmomentmessflansch vorgesehene Auswerteeinheit, die Mittel zur Speicherung einer zu einem Freilaufmoment proportionalen Größe aufweist, auszeichnet.

[11] Auf diese Weise kann verhältnismäßig einfach sichergestellt werden, dass ein für einen bestimmten Drehmomentmessflansch ermitteltes Freilaufmoment lediglich dann berücksichtigt wird, wenn auch der entsprechende Drehmomentmessflansch zur Anwendung kommt. Insoweit kann auf eine spezielle Zuordnung der jeweiligen Freilaufmomente zu den entsprechenden Drehmomentmessflanschen, die gegebenenfalls in einer komplexen und mithin fehleranfälligen Datenbank vorgenommen werden müsste, verzichtet werden. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es somit, schnell und betriebssicher einen Drehmomentmessflansch gegebenenfalls zu wechseln.

[12] Während aus dem Stand der Technik, insbesondere auch aus den eingangs zitierten Internetveröffentlichungen aber auch aus der DE 20 2006 007 689 Ul, der DE 199 17 626 Al, der DE 197 19 921 Al und der DE 103 06 306 Al, die Möglichkeit und Notwendigkeit einer Kalibrierung der Drehmomentmesseinrichtung bzw. des entsprechenden Drehmomentmess- flansches bekannt ist, liefert keine dieser Druckschriften einen Hinweis darauf, dass eine Drehzahlabhängigkeit zu kompensieren ist und dass dieses vorteilhafter Weise durch eine Berücksichtigung des Freilaufes bzw. der durch Drehzahl hervorgerufenen Nullpunktsverschiebung zu realisieren ist.

[13] Vorzugsweise sind auch die entsprechenden Kompensationsmittel zur Kompensation eines Mess wertes mit der gespeicherten, zu dem Freilaufmoment proportionalen Größe an dem Drehmomentmessflansch vorgesehen. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es, eine entsprechende Kompensation bereits unmittelbar auf dem Drehmomentmessflansch, insbesondere auch wenn dieser rotiert, vorzunehmen. Auf diese Weise braucht lediglich das nach der Kompensation vorliegende Messsignal übertragen werden. Ansonsten kann es gegebenenfalls erforderlich sein, die in den Speichermitteln auf dem Drehmomentmessflansch gespeicherte, zu dem Freilaufmoment proportionale Größe bzw. die in den Speichermitteln auf dem Drehmomentmessflansch gespeicherten, zu dem Freilaufmoment proportionalen Größen in einem separaten Schritt zu einer Auswerteeinrichtung zu übertragen.

[14] Es hat sich des Weiteren herausgestellt, dass das Freilaufmoment gegebenenfalls von der Drehzahl abhängig ist. Hierbei wird vermutet, dass dieses möglicherweise durch Luftwiderstände oder aber durch Fliegkräfte bzw. möglicherweise durch nahezu unmessbare Montageungenauigkeiten oder Unwuchten bedingt ist. Insoweit hat es sich insbesondere als vorteilhaft erwiesen, wenn die Speichermittel Mittel zur Speicherung einer zu einem drehzahlabhängigen Freilaufmoment proportionale Größe unter Zuordnung zu einer Drehzahl umfassen. Auf diese Weise können entsprechend mehrere Freilaufmomente drehzahlabhängig gespeichert werden, die es dann ermöglichen, durch geeignete Extra- oder Interpolationen oder sonstige, an sich aus dem Stand der Technik bekannte Maßnahmen, eine entsprechende Kompensation vorzunehmen. Hierbei ist es auch möglich, statt verschiedener Messwerte, eine entsprechend bereits extra- bzw. interpolierte funktionale Abhängigkeit abzuspeichern.

[15] Darüber hinaus ist es dementsprechend vorteilhaft, wenn an dem Drehmomentmessflansch ein Sensor zur Ermittlung einer zur Drehzahl abhängigen Größe vorgesehen ist. Zunächst einmal erscheint es beliebig, an welcher Stelle ein entsprechender Sensor vorgesehen ist, zumal bekannte Drehmomentmesseinrichtungen in der Regel ohnehin Einrichtungen zur Drehzahlmessung vorsehen. Andererseits weisen die bekannten Drehzahlmesseinrichtungen den entsprechenden Sensor ausschließlich an einem Stator, wie beispielsweise einem Gehäuse oder einem Gestänge auf, da ansonsten die Drehzahl bzw. eine zur Drehzahl proportionale Größe von einem Rotor zu einer Auswertung, die regelmäßig gerade nicht mitrotiert, separat übermittelt werden muss. Vorliegende Erfindung weist insoweit von dieser gängigen Praxis fort, da der Sensor an dem Drehmomentmessflansch, der eben entsprechend rotieren kann, vorgesehen sein soll, wobei gegebenenfalls ein ortsfester, also nicht mitrotierender, Signalgeber ein bei jeder Umdrehung von dem Sensor zu erfassendes Signal ausgibt. Beispielsweise kann ein derartiger Signalgeber ein kleiner Permanentmagnet sein, dessen Magnetfeld von einem mit dem Drehflansch rotierenden Hall-Sensor oder Reed- Schalter erfasst werden kann. In diesem Zusammenhang versteht es sich unmittelbar, dass diesbezüglich jede geeignete Sensorik, mit welcher eine Drehzahl ausreichend betriebssicher ermittelt werden kann, vorteilhaft zu nutzen ist.

[16] Das entsprechend ermittelte und kompensierte Messergebnis kann von dem Drehmomentmessflansch ausgesendet werden. Das Aussenden kann hierbei in jeder bekannten Form erfolgen, die es ermöglicht, einen Messwert oder eine sonstige Größe von einer ersten zu einer zweiten Baugruppe zu übermitteln. Vorzugsweise erfolgt das Aussenden berührungslos, so dass ein Einfluss auf die Messanordnung selbst minimiert werden kann. Der feststehende Teil der Drehmomentmesseinrichtung kann dann entsprechend einen Empfänger aufweisen, der das ausgesendete Signal empfängt. Als besonders vorteilhaft hat sich eine übermittlung durch Licht erwiesen, insbesondere wenn die zur Drehzahl proportionale Größe frequenzmoduliert übertragen wird. Eine übertragung ist dann äußerst energiearm, so dass für den Drehmomentmessflansch eine sehr kleine Energiequelle ausreicht.

[17] Kumulativ bzw. alternativ zu der vorstehend beschriebenen Freilaufkorrektur wird die

Aufgabe vorliegender Erfindung auch von einer Drehmomentmesseinrichtung mit einem Drehmomentmessflansch und einer Auswertung gelöst, bei welcher sich die Auswertung durch

einen Speicher zur Speicherung eines Nullpunkts des Drehmomentmessflansches über die Zeit auszeichnet. Während nach dem Stand der Technik durch regelmäßig vorgenommene Kalibriervorgänge ohne Weiteres statistische Verlagerungen des Nullpunktes, die zum Beispiel durch Richtungswechsel einer Last oder sonstige Lastwechsel, durch Temperaturschwankungen oder Erschütterungen und ähnlichem bedingt sein können, ohne Weiteres erfasst werden können, können über lange Zeiträume bedingte Driftvorgänge hierdurch nicht erfasst werden, da sich diese einer Erfassung durch singuläre Kalibriervorgänge systembedingt entziehen. Derartige Driftvorgänge können beispielsweise mit im Drehmomentflansch vorhandenen Restspannungen zusammenhängen, die sich nach der mechanischen Herstellung des jeweiligen Drehmoment- messflansches erst über sehr lange Zeiträume abbauen. Ebenso kann dieses mit Spannungen zusammenhängen, die durch das aktuell gefahrene Messprogramm in den Messkörper eingebracht werden. Auch ist es denkbar, dass dieses mit einer unzureichenden Stabilität der analogen Signalverarbeitungsbausteine und der analogen Messwertaufnehmer zusammenhängt. Gerade die fehlende Kenntnis der entsprechenden Zusammenhänge und die sehr langen Zeiträume, in denen die entsprechende Drift wirksam wird, haben bis dato eine Auseinandersetzung hiermit verhindert. Erst eine Speicherung des Nullpunkts in Abhängigkeit von der Zeit kann eine Berücksichtung dieses Phänomens ermöglichen.

[18] Insbesondere kann dementsprechend, insbesondere anhand der in dem Speicher abgelegten Daten, eine Nullpunktsdrift bestimmt und ein ermittelter Drehmomentmesswert mit der Nullpunktsdrift ausgeglichen werden.

[19] Vorzugsweise weist die Drehmomentmesseinrichtung Mittel zur Anzeige der Nullpunktsdrift auf, so dass einem Nutzer ein überblick über die vorgenommenen Korrekturen verbleibt, insbesondere um die Güte der Messung überprüfen zu können. Andererseits versteht es sich, dass auf eine derartige Anzeige auch verzichtet und die Korrekturen einrichtungsintern vorgenommen werden können, ohne dass ein Nutzer mit einer entsprechenden Anzeige belastet wird. Da sich jedoch herausgestellt hat, dass jede Drehmomentmesseinrichtung einer entsprechenden Nullpunktsdrift unterliegt, last sich ausschließlich durch die vorstehend erläuterte Korrektur sicherstellen, dass eine entsprechende Nullpunktsdrift scheinbar nicht vorhanden ist und die Nullpunke der Drehmomentsmessung statistisch um den Punkt Null eines nicht vorhandenen Drehmoments, Drehmoment = 0 Nm, schwanken. Insofern ist die vorgenom-

mene Korrektur auch von an sich bereits bekannten Kalibrierungen zu unterscheiden, welche gerade an den statistischen Schwankungen direkt ansetzen und lediglich kurzzeitig entsprechend kalibrierend wirken.

[20] Vorzugsweise erfolgt die Speicherung der Nullwerte in dem Speicher bei konstanter Temperatur. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass durch die Temperatur bedingte Einflüsse auf die Nullpunktsdrift minimiert werden. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Begriff der „konstanten Temperatur" einen Zustand, bei welchem sich die Temperatur innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls weniger als eine vorgegebene Temperaturdifferenz ändert.

[21] In einer bevorzugten Ausgestaltung werden zur Nullpunktsdriftermittlung Null werte gespeichert, wenn das gemessene Drehmoment über mehrere Messungen unter einen Schwellwert liegt. Auf diese Weise können die Nullpunkte unabhängig vom Einfluss eines Nutzers aufgenommen werden, so dass es, je nach konkreter Umsetzung, möglich ist, die Nullpunkte automatisch aufzunehmen und - ggf. - einen entsprechenden Ausgleich auch automatisch vorzunehmen. Hierdurch kann ein Nutzer entlastet und Gefahr von Bedienfehlern minimiert werden. Es versteht sich, dass auch andere Vorgehensweisen zur Automatisierung eingesetzt werden können, wobei die vorstehend beschriebene Vorgehensweise einen verhältnismäßig einfach umzusetzenden und betriebssicheren Ansatz darstellt.

[22] Obgleich es, wie bereits vorstehend erläutert, ausgeschlossen ist, ein Driften bzw. Kriechen des Nullpunktes gänzlich zu vermeiden, lassen sich durch bauliche Maßnahmen ein Driften bzw. ein Kriechen des Nullpunktes minimieren. Hierzu wird beispielsweise vorgeschlagen, zumindest die bestimmungsgemäß mit einem Drehmoment belasteten Bereiche eines Drehmomentmessflansches aus Titan, vorzugsweise mit einem Titangrad zwischen 1 und 10, zu bilden. Alternativ bzw. kumulativ hierzu kann ein Drehmomentmessflansch mit einer Lastwechselhysterese unter 0,03 % des Nenndrehmoments vorgesehen sein, der überraschender Weise ebenfalls eine sehr geringe Nullpunktsdrift aufweist. Auf diese Weise lasen sich die notwendigen Korrekturen in ihrem Absolutwert minimieren, obgleich eine Nullpunktsdrift ohne derartige Korrekturen nicht vermieden werden kann. Andererseits versteht es sich, dass ggf. auf eine Korrektur der Nullpunktsdrift verzichtet werden kann, wenn durch diese baulich

Maßnahmen die Größe der Drift ausreichend niedrig und durch einfache Kalibrierungsmaßnahmen vor bzw. nach jeder Messung erfasst werden können.

[23] Es versteht sich, dass ein entsprechender Speicher zur Speicherung der Nullpunkte des Drehmomentmessflansches in Abhängigkeit von der Zeit einerseits in einer stationären Auswerteeinheit der Drehmomentmesseinrichtung vorgesehen sein kann. Ebenso kann der Speicher auch an oder auf einem entsprechenden Drehmomentmessflansch angeordnet sein, so dass die entsprechenden Werte und Korrekturen bereits vor der übertragung eines Messwertes an das stationäre System der entsprechenden Drehmomentmesseinrichtung vorgenommen werden, wie dieses bereits für die Freilaufkorrektur erläutert wurde.

[24] Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorliegender Erfindung werden anhand anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft erfindungsgemäße Drehmomentmesseinrichtungen bzw. -messflansche dargestellt sind.

[25] In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 einen ersten erfindungsgemäßen Drehmomentmessflansch mit korrespondierendem Stator in schematischer Darstellung;

Figur 2 einen zweiten erfindungsgemäßen Drehmomentmessflansch mit korrespondierendem Stator in schematischer Darstellung; Figur 3 einen prinzipiellen Aufbau eines Prüfstandes mit einer

Drehmomentmesseinrichtung; Figur 4 den Verfahrensablauf für eine Bestimmung und Korrektur der Nullpunktsdrift;

Figur 5 das Detail der Stillstandserkennung in dem Verfahrensablauf nach Figur 4;

Figur 6 das Detail überprüfung der Temperaturbeharrung in dem Verfahrensablauf nach Figur 4;

Figur 7 das Detail der statistischen Auswertung in dem Verfahrensablauf nach Figur 4; und

Figuren 8 beispielhafte Messergebnisse ohne Korrektur der Nullpunktsdrift (Figur 8a) und mit Korrektur der Nullpunktsdrift (Figur 8b).

[26] Die in Figuren 1 und 2 dargestellten Drehmomentmessflansche 100 und 200 können als Drehmomentmessflansch 1 in dem Antriebsstrang eines Prüfstandes 2, wie er exemplarisch in

Figur 3 dargestellt ist, vorgesehen sein. Hierbei weist der Antriebsstrang eine Antriebsmaschine 3, wie beispielsweise einen Elektromotor, auf, mittels welcher ein Prüfling 4 angetrieben werden kann. Hierbei kann der konkrete Aufbau des Prüfstandes 2 den Erfordernissen verhältnismäßig individuell angepasst sein. Bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Prüfling 4 einerseits über eine Zwischenwelle 5 mit dem Drehmomentmessflansch 1, welcher auf seiner dem Prüfling 4 abgewandten Seite drehfest mit der Antriebsmaschine 3 verbunden ist und andererseits über eine Zwischenwelle 6 mit einer Belastungseinrichtung 7 verbunden, welche insbesondere als Bremse aber beispielsweise auch als Generator, also als elektrische Bremse, ausgebildet sein kann. Es versteht sich, dass auf die Zwischenwellen 5, 6 und auch die Belastungseinrichtung 7 gegebenenfalls verzichtet werden kann. Auch ist es möglich, weitere Baugruppen vorzusehen.

[27] Während bei vorliegendem Ausführungsbeispiel sämtliche rotierende Baugruppen des Prüfstandes 2 um eine gemeinsame Achse 8 rotieren, ist dieses nicht zwingend notwendig. Vielmehr ist es auch denkbar, dass die entsprechenden Rotationsachsen der einzelnen Baugruppen gegeneinander versetzt, in einem Winkel zueinander bzw. windschief zueinander ausgerichtet sind.

[28] Durch eine in Figur 3 im einzelnen nicht dargestellte Sensorik können unterschiedliche Betriebsparameter der vorstehend beschriebenen Baugruppen erfasst und in einer Auswertung, die insbesondere eine Auswerteeinrichtung 9 umfasst, gespeichert und in geeigneter Weise bearbeitet werden. Hierbei umfasst die Auswertung einerseits entsprechende Messwertaufnehmer bzw. Sensoren und andererseits entsprechende Speicher- oder Recheneinheiten, die insbesondere durch eine Datenverarbeitungsanlage bereitgestellt werden können. Andererseits können einzelne Messwerte auch unmittelbar vor Ort bereits in kleinen Auswerteeinheiten bestimmten Berechnungen, Anpassungen oder Kompensationen unterworfen werden.

[29] Insofern bilden die Antriebsmaschine 3, der Drehmomentmessflansch 1, der Prüfling 4 und die Belastungseinrichtung 7 sowie die Zwischenwellen 5 und 6, die vorstehend beschriebene Sensorik und die Auswertung bei dem Prüfstand 2 eine Drehmomentmesseinrichtung, mit welcher das Verhalten des Prüflings 4 unter

unterschiedlichen, auf ihn wirkenden Belastungen insbesondere hinsichtlich eines sich verändernden Drehmoments und auch in Abhängigkeit von einer variablen Drehzahl bestimmt werden kann.

[30] Die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Drehmomentmessflansche 100 bzw, 200 weisen jeweils eine mitrotierende Auswerteeinheit 110 bzw. 210 auf, die im Wesentlichen jeweils von einem Mikrokontroller 111 bzw. 211 beherrscht wird, welcher mittels eines D-AWandlers 112 bzw. 212 jeweils unmittelbar ein Messsignal, das von in einer Brückenschaltung angeordneten Dehnmessstreifen 120 bzw. 220 gemessen und über Verstärker 121 bzw. 221 verstärkt wird, modifizieren kann. Das entsprechend modifizierte Signal wird in einem Modulator 113 bzw. 213 frequenzmoduliert und über Leuchtdioden 114 bzw. 214 ausgesendet. Hierbei sind über den Urnfang des Drehmomentmessflansches 100, 200 jeweils mehrere Leuchtdioden 114, 214 vorgesehen, so dass ein entsprechend frequenzmoduliertes Signal 115 bzw. 215 ausreichend gleichförmig in sämtliche Richtungen radial ausgesendet wird.

[31] Als Energiequelle weisen die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Drehmomentmessflansche 100, 200 Spulen auf, die jeweils als Rotorspulen 130 bzw. 230 mit dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 100, 200 mitrotieren und in welchen über Spulen, die als Statorspulen 131 bzw. 231 in entsprechenden Statoren 132 bzw. 232 angeordnet sind, eine

Spannung induziert wird. Die entsprechende Energie wird dann den Verstärkern 121, 221, den

Dehnmessstreifen 120, 220, den Mikrokontrollern 111, 211 sowie den übrigen elektrischen bzw. elektronischen Baugruppen auf dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 100, 200 zur

Verfügung gestellt.

[32] Bei beiden Ausführungsbeispielen sind die Rotorspulen 130, 230 auf der Antriebsseite 104 bzw. 204, also auf der der Antriebsmaschine 3 zugewandten Seite (siehe Figur 3) des jeweiligen Drehmomentmessflanschs 100, 200, angeordnet. Auf diese Weise können etwaige Rückkopplungseffekte, die durch die Induktion bedingt sein können, das Messergebnis nicht bzw. nur unwesentlich beeinflussen, da bei der vorliegenden Messung letztlich das von der Prüflingseite 105 bzw. 205, also von der Seite des Prüflings 4 bzw. von der Antriebsmaschine 3 abgewandten Seite (siehe Figur 3), aus wirkende Drehmoment von Interesse ist.

[33] Die Statoren 132, 232 tragen jeweils eine Fotozelle 116 bzw. 216, welche das frequenzmodulierte Signal 115, 215 empfangen und der Auswerteeinrichtung 9 (siehe Figur 3) zuführen kann. Augrund der umfänglichen Verteilung der LEDs 114, 214 können die Fotozellen 116, 216 das frequenzmodulierte Signal 115, 215 in jedem Drehwinkel des Drehmomentmessflansches 100, 200 empfangen. In diesem Zusammenhang versteht es sich, dass an Stelle eines Aussenden bzw. an Stelle einer übertragung eines frequenzmodulierten Lichtsignals ein entsprechendes Messergebnis auch auf beliebig andere Weise von dem Drehmomentmessflansch 100, 200 ausgesendet werden kann, solange ein entsprechender Empfänger statorseitig vorgesehen ist.

[34] Durch den diagonal von radial innen nach radial außen in einem Winkel kleiner 90 ° zu einer Rotationsachse 101 bzw. 102 weisenden Signalweg zwischen den LEDs 114, 214 zu den Fotozellen 116, 216 kann der Leuchtkegel der LEDs 114, 214 optimal genutzt und somit bei einer möglichst geringen Anzahl an LEDs 114, 214 eine maximale Signalausbeute gewährleistet werden. Hierdurch lässt sich die Zahl der LEDs 114, 214 und somit ein entsprechender Leistungsbedarf minimieren.

[35] Darüber hinaus ist an den Drehmomentmessflanschen 100, 200 jeweils ein Temperatursensor 140 bzw. 240 vorgesehen. Die Daten des Temperatursensors 140, 240 werden jeweils dem Mikrokontroller 111, 211 zur Verfügung gestellt, so dass dieser anhand von Daten, welche in einem EEPROM 117 bzw. 217 abgelegt sind, aus der Temperaturmessung des jeweiligen Temperatursensors 140, 240 eine wärmeabhängige Korrektur des von dem Verstärker 121, 221 ausgegebenen Signals über den D-A-W andler 112, 212 vornehmen kann. Aufgrund der Dehnmessstreifen 120, 220 lässt sich somit ein Drehmoment, angedeutet durch die gegensinnigen Drehrichtungspfeile 102, 103 bzw. 202, 203 ermitteln und hinsichtlich der Temperatur kompensiert weiterleiten. Dieses gilt insbesondere auch, wenn der gesamte Drehmomentmessflansch bzw. die in Figur 3 dargestellte Anordnung rotiert.

[36] Zur Ermittlung einer zur Drehzahl abhängigen Größe weist der in Figur 1 dargestellte Drehmomentmessflansch einen Hall-Sensor 150 auf, der mit dem Mikrokontroller 111 verbunden ist. Darüber hinaus ist bei der Anordnung nach Figur 1 ein Permanentmagnet 151 an dem Stator 132 vorgesehen, so dass der Hall-Sensor 150 mit jeder Umdrehung ein

entsprechendes Signal ausgibt, woraus sich ohne weiteres die Drehzahl bestimmen lässt. Es versteht sich, dass zur Erhöhung der Messgenauigkeit auch mehrere Permanentmagneten 151 umfangsverteilt an dem Stator 132 vorgesehen und/oder dass statt des Hall-Sensors beispielsweise auch ein Reed-Schalter entsprechend vorgesehen sein können.

[37] Der in Figur 2 dargestellte Drehmomentmessflansch 200 weist zur Bestimmung einer zur Drehzahl proportionalen Größe einen Spannungsmesser 250 auf, welcher die induzierte Spannung in der Rotorspule 230 bestimmt, welche unter anderem von der Drehzahl abhängt, und dem Mikrokontroller 211 einen entsprechenden Messwert zur Verfügung stellt,

[38] Anhand entsprechender Daten, die in dem jeweiligen EEPROM 117, 217 hinterlegt sind, und welche eine zu einem Freilaufmoment proportionale Größe darstellen, kann der jeweilige Mikrokontroller 111, 211 eine zu einem drehzahlabhängigen Freilaufmoment proportionale Größe ausgeben und somit den Messwert, welcher über dem jeweiligen Modulator 113, 213 ausgegeben wird, entsprechend kompensieren.

[39] Es versteht sich, dass für die Kompensation einerseits beispielsweise die Parameter einer entsprechenden Kompensationsfunktion oder andererseits einzelne Freilaufmomente in Abhängigkeit von der Drehzahl, aus denen dann drehzahlabhängig im Einzelfall eine Kompensation berechnet wird, in den EEPROMs 117, 217 abgelegt sein können. Auch ist es ohne Weiteres denkbar, andere Kompensationsmethoden entsprechend in den Auswerteeinheiten 110 und 210 vorzusehen.

[40] Es versteht sich, dass zur Drehzahlmessung auch andere Methoden zur Anwendung kommen können. Insbesondere können beispielsweise Kraftmessungen vorgenommen werden, welche fliehkraftabhängig auf eine Drehzahl schließen lassen. Auch können beispielsweise handelsübliche Beschleunigungssensoren dementsprechend eingesetzt werden.

[41] Es ist unmittelbar ersichtlich, dass die Kompensation nicht zwingend auf dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 100, 200 vorgenommen werden muss. Sie kann beispielsweise auch in der nicht rotierenden Auswerteeinrichtung 9 vorgenommen werden. Da jedoch in der Praxis an einem Prüfstand 2 der jeweilige Drehmomentmessflansch 1, 100, 200, je nach Erfordernissen ausgetauscht werden muss und da das Freilaufmoment für jeden

Drehmomentmessflansch 1, 100, 200 in der Regel individuell ist, muss eine Zuordnung zwischen dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 1, 100, 200 und den gespeicherten, zu dem Freilaufmoment proportionalen Größen vorgenommen werden, die verhältnismäßig aufwendig und störanfällig ist, wobei es sich versteht, dass hierdurch nach wie vor die ein Teil der erfindungsgemäßen Ziele umgesetzt werden kann.

[42] Die vorstehende Anordnung des jeweiligen Drehzahlsensors, nämlich des Hall-Sensors 150 bzw. des Spannungssensors 250 an dem Drehmomentmessflansch 100 bzw. 200 hat darüber hinaus den Vorteil, dass mit derartigen Drehmomentmessflanschen 100, 200 problemlos eine Nachrüstung bestehender Prüfstände 2 vorgenommen werden kann, auch wenn die Prüf stände eine eigenständige Drehzahlmessung nicht vorsehen, da dann, bei eine Ausführung entsprechend Figur 1 lediglich ein Permanentmagnet 151 bzw. bei einer Ausführung entsprechend Figur 2 überhaupt keine ergänzenden Maßnahmen, für eine entsprechende Nachrüstung notwendig sind.

[43] Insbesondere wenn die Kompensation auf dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 1, 100, 200 vorgesehen ist, ist eine externe Kalibrierung des jeweiligen

Drehmomentmessflansches 1, 100, 200, beispielsweise in einem separaten Labor, ohne weiteres möglich. Die jeweiligen Kalibrierungsdaten können ohne weiteres in den Speichermitteln an dem jeweiligen Drehmomentmessflansch 1, 100, 200 abgespeichert werden. Es versteht sich, dass derartige Kalibrierungsvorgänge auch bei anderen Ausgestaltungen ohne weiteres vorgenommen werden können, solange eine entsprechende Zuordnung der jeweiligen Daten bzw. Größen sichergestellt ist.

[44] Zur Bestimmung und Korrektur der Nullpunktsdrift, die ohne Weiteres in den Auswerteeinheiten 110 und 210, ggf. unter Ausnutzung von dort vorhandenen Speichern, oder aber in der Auswerteeinrichtung 9 unter Ausnutzung von dort vorhandenen Speichern durchgeführt werden kann, wird nach dem in Figur 4 dargestellten Verfahren vorgegangen. Hierzu werden über die Temperatursensoren 140 bzw. 240 und über die Dehnmessstreifen 120 bzw. 220 Nullpunkte, also Drehmomentmesswerte bei nicht vorhandenem Drehmoment, gemessen und in Abhängigkeit von der Zeit in einem Speicher (nicht beziffert) abgespeichert,

der letztlich an beliebiger Stelle vorgesehen sein kann. Bereinigt von statistischen Schwankungen ergibt sich eine Nullpunktsdrift 10, die es gilt zu korrigieren.

[45] Hierzu wird zunächst eine Stillstandserkennung 20 (siehe Figur 5) durchgeführt, bei welcher in einer Schleife 21 geprüft wird, ob ein Drehmoment Ml (siehe Bezugsziffer 22) unterhalb eines Drehmomentschwellwerts x (Drehmomentschwellwertabfrage 25) über y Messwerte (y ist die Zahl der Messerwerte) vorliegt, indem ein Zähler i, der zu Begin der Messung auf Null gesetzt wurde (Bezugsziffer 23), hochgezählt (Bezugsziffer 24) und mit der gewünschten Anzahl an Messwerten y verglichen wird (Bezugsziffer 26). Ist dieses der Fall wird davon ausgegangen, dass der Prüfstand 2 stillsteht. Wird der Drehmomentschwellwert x während einer der Messungen überschritten, so wird die Schleife 21 an der Drehmomentschwellwertabfrage 25 erneut gestartet und der Zähler wieder auf Null gesetzt (Bezugsziffer 23). Ebenso wird die Schleife 21 erneut gestartet, wenn eine Temperaturprüfung 27 ergibt, dass die Temperatur nicht ausreichend stabil ist.

[46] Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel erfolgt die Temperaturprüfung 27 durch Abfrage eines Temperaturbits T4, welches auf 1 gesetzt wird (Bezugsziffer 30), wenn nach einer ersten Temperaturmessung 32 (T2) und einer einige Zeit später folgenden zweiten Temperaturmessung 33 (Tl) eine während eine Temperaturdifferenzermittlung 34 ermittelte Temperaturdifferenz T3 unter einem Temperaturschwellwert t vorliegt (Bezugsziffer 35). Ansonsten erhält das Temperaturbit 30 den Wert 0 (Bezugsziffer 31). Bei vorliegendem Ausführungsbeispiel wird die erste Temperatur T2 zu Begin der Schleife 21 für die Stillstandserkennung 20 gemessen, während die zweite Temperatur Tl bei jedem Durchlaufen der Schleife 21, also mit jedem Erhöhen 24 des Zählers, gemessen wird. Es versteht sich, dass je nach konkreter Ausführungsform auch zu anderen Zeitpunkten die Temperaturen gemessen werden können, um eine Temperaturprüfung 27 zu gewährleisten.

[47] Ist die Temperatur entsprechend der Temperaturprüfung 27 ausreichend stabil, so wird das aktuell gemessene Drehmoment Ml als Nullpunkt Md in Abhängigkeit von der Zeit a gespeichert (Bezugsziffer 28), wobei entsprechend der vorgenommenen Messfolge davon ausgegangen wird, dass der Prüfstand 2 während der Nullpunktmessung stillgestanden und nicht von einem Drehmoment und zu großen Temperaturschwankungen belastet wurde.

[48] Im Anschluss hieran erfolgt eine statistische Auswertung, bei welcher zunächst ungültige Werte, wie beispielsweise unerwartet Ausreißer oder lange zurückliegende Messwerte, entfernt (Bezugsziffer 41) und anschließend ein Mittelwert berechnet (Bezugsziffer 42) wird. Anschließend wird ein Korrekturwert berechnet (Bezugsziffer 50), bei welchem neben dem Mittelwert auch die zeitliche Variation Berücksichtigung finden.

[49] Der entsprechende Korrekturwert wird anschließend auf die jeweiligen Messwerte angewandt (Messwertkorrektur 60), wodurch eine Langzeitnullpunktsdrift 70 unterbunden werden kann und lediglich statistische Schwankungen der Nullpunkte, die aus den jeweiligen, vorangegangenen Messsituationen oder sonstigen zeitlich aktuell eintretenden Verhältnissen resultieren, verbleiben. Diese wird anhand tatsächlicher Messungen in Figuren 8a und 8b verdeutlicht, wobei Figur 8a eine zum damaligen Zeitpunkt noch nicht beherrschbare Nullpunktsdrift eines Prüfstandes darstellt, während Figur 8b verdeutlicht, wie durcheine Korrektur der Nullpunktsdrift der Mittelwert der Nullpunkte über denselben Messzeitraum konstant bleibt.

[50] Bezugszeichenliste:

1 Drehmomentmessflansch 60 Messwert korrigieren

2 Prüfstand 70 Langzeitnullpunktsdrift

3 Antriebsmaschine 100 Drehmomentmessflansch

4 Prüfling 101 Rotationsachse

5 Zwischenwelle 102 Drehrichtung

6 Zwischenwelle 103 Drehrichtung

7 Belastungseinrichtung 104 Antriebsseite

8 Rotationsachse 105 Prüflingsseite

9 Auswerteeinrichtung 110 Auswerteeinheit

10 Nullpunktsdrift 111 Mikrokontroller

20 Stillstandserkennung 112 D-A-Wandler

21 Schleife 113 Modulator

22 gemessenes Drehmoment 114 LED

23 Zähler auf Null setzen 115 frequenzmoduliertes Signal

24 Zähler um 1 erhöhen 116 Photozelle

25 Drehmomentschwellwertabfrage 117 EEPROM

26 Vergleich mit Zahl der Mess werte 120 Dehnmessstreifen

27 Temperaturprüfung 121 Verstärker

28 Speichern des Nullpunkts über der 130 Rotorspule

Zeit 131 Statorspule

30 Temperaturbit auf 1 132 Stator

31 Temperaturbit auf 0 140 Temperatursensor

32 erste Temperaturmessung 150 Hall-Sensor

33 zweite Temperaturmessung 151 Permanentmagnet

34 Ermittlung der Temperaturdifferenz 200 Drehmomentmessflansch

35 Abfrage des Temperaturschwellwerts 201 Rotationsachse

40 statistische Auswertung 202 Drehrichtung

41 Entfernen ungültiger Werte 203 Drehrichtung

42 Mittelwert berechnen 204 Antriebsseite

50 Korrekturwert berechnen 205 Prüflingsseite

210 Auswerteeinheit 220 Dehnmessstreifen

211 Mikrokontroller 221 Verstärker

212 D-A-Wandler 230 Rotorspule

213 Modulator 231 Statorspule

214 LED 232 Stator

215 frequenzmoduliertes Signal 240 Temperatursensor

216 Photozelle 250 Spannungssensor

217 EEPROM