Drehmomentmess orrichtung Die Erfindung betrifft eine Drehmomentmessvorrichtung zur

Messung des Drehmoments in einer durch Torsion beanspruchten Welle mit zwei axial angeordneten Wellenabschnitten, wobei ein erster Wellenabschnitt als Antriebswelle dient und ein zweiter Wellenabschnitt als Abtriebswelle dient und mit einem belas- tungsabhängigen Sensor verbunden ist.

Sowohl für Anwendungen in der Industrie als auch für Anwendungen in anderen Bereichen ist es häufig erforderlich, die Beanspruchung von Wellen infolge von Torsionsbeanspruchungen zu ermitteln. Insbesondere in allgemeinen Automotiv- und Fahrzeuganwendungen werden derartige Vorrichtungen zur Drehmomentmessung benötigt.

Aus dem bekannten Stand der Technik sind vielfältige Anordnungen zur Drehmomentmessung an Wellen bekannt.

Dabei werden elektrische Messwiderstände, meist in Form von Dehnungsmessstreifen, am Außenzylinder einer Welle angebracht. Die Messwiderstände können in Längsrichtung oder dazu geneigt angeordnet sein.

In US 2013/0024137 AI ist ein Drehmomentsensor beschrieben, bei dem ein Messelement an einer Welle für ein Tretlager eines Fahrrads angeordnet ist, wobei das Messelement senkrecht zum Radius der Welle angeordnet ist.

Ferner ist aus WO 2014/124617 AI eine für ein Tretlager geeignete Drehmomentmessvorrichtung bekannt, welche eine als Antriebs ^¬ welle vorgesehene innere Welle, eine mit der inneren Welle verbundene, diese umgebende, als Abtriebswelle vorgesehene Hohlwelle umfasst, wobei die Hohlwelle eine einen Dehnungs ^¬ messstreifen umfassende Direktbeschichtung zur Drehmomentmessung aufweist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehmoment ^¬ messvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die Drehmomentbelastung an einer Welle drahtlos erfasst werden kann .

Erfindungsgemäß gelingt die Aufgabe mit einer Drehmomentmess ^¬ vorrichtung, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unterasprüche

Bei der Drehmomentmessvorrichtung sind auf dem ersten Wellenabschnitt ein ringförmiges lichtempfindliches Element und auf dem zweiten Wellenabschnitt ein ringförmiges lichtemittierendes Element angeordnet. Zwischen den Wellenabschnitten befindet sich ein Messkörper mit einem belastungsabhängigen Sensor.

Das ringförmige lichtempfindliche Element ist mit dem ring ^¬ förmigen lichtemittierenden Element elektrisch leitend über den belastungsabhängigen Widerstand verbunden. Außerhalb der Welle sind ein Leuchtelement und ein Photoelement stationär so an ^¬ geordnet, dass das Licht des Leuchtelements auf das ringförmige lichtempfindliche Element gerichtet ist und das vom licht ^¬ emittierenden Element ausgesendete Licht von dem Photoelement empfangen wird und einer Auswerteeinheit zugeführt wird.

Die Anordnung ermöglicht es, auf einer drehenden Welle einen elektrischen Widerstandswert zu ermitteln, der ein Maß für das von der Welle übertragene Drehmoment ist, und diesen Wert auf einen außerhalb der sich bewegenden Welle stationär angeordneten Empfänger drahtlos zu übertragen.

Eine vorteilhafte Ausführung sieht vor, dass der belastungs ^¬ abhängige Sensor ein elektrischer Widerstandssensor ist. Solche Sensoren sind kostengünstig und gestatten eine genaue Messung.

Als Leuchtelement dient zweckmäßigerweise eine Leuchtdiode (kurz LED genannt) . Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung ist der belastungsabhängige Widerstand an einem Messkörper angeordnet, der zwischen dem ersten Wellenabschnitt und dem zweiten Wellen- abschnitt drehgesichert angeordnet ist.

Ferner ist es vorteilhaft, den belastungsabhängigen Widerstand an der Außenseite des Messkörpers in Längsrichtung anzuordnen. Damit ergibt sich eine hohe Messgenauigkeit und eine gute Zugänglichkeit zum Messwiderstand.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass am Messkörper mehrere elektrische Widerstandssensoren angeordnet sind. Damit kann eine höhere Empfindlichkeit der Messanordnung erreicht werden.

Die Anordnung der elektrischen Widerstandssensoren kann in einer Reihenschaltung oder einer Parallelschaltung erfolgen. Eine besonders vorteilhafte Ausführung sieht vor, für die elektrischen Widerstandssensoren eine wheatstonesche Brückenschaltung zu verwenden. Damit kann eine günstige Auswertung des Messergebnisses erreicht werden. Die Erfindung wird im Folgenden an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen: Figur 1 eine perspektivische Darstellung der

MessVorrichtung,

Figur 2 eine schematische Darstellung der Funktionsweise der

MessVorrichtung und

Figur 3 ein Ersatzschaltbild der elektrischen Komponenten. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, besteht die Welle 1 aus einem ersten Wellenabschnitt 1.1 und einem zweiten Wellenab ^¬ schnitt 1.2.

Im dargestellten Fall dient der erste Wellenabschnitt 1.1 als Antriebswelle, in die ein zu übertragendes Drehmoment einge- leitet wird und der zweite Wellenabschnitt 1.2 als Abtriebs ^¬ welle, auf die das Drehmoment übertragen wird. Auf dem ersten Wellenabschnitt 1.1 befindet sich ein lichtempfindliches Element 3. Am zweiten Wellenabschnitt 1.2 ist ein lichtemit ^¬ tierendes Element 4 angeordnet. Das lichtempfindliche Element 3 und das lichtemittierende Element 4 sind jeweils am Umfang der Wellenabschnitte 1.1 und 1.2 angeordnet.

Zwischen dem ersten Wellenabschnitt 1.1 und dem zweiten

Wellenabschnitt 1.2 befindet sich ein als Messkörper 2 dienender weiterer Wellenabschnitt . Am Außenzylinder des Messkörpers 2 ist in Längsrichtung der belastungsabhängige Sensor 5 angeordnet, der als elektrischer Messwiderstand ausgebildet ist.

Außerhalb der Welle 1 sind ein Leuchtelement 6 und ein Pho- toelement 7 stationär angeordnet.

Figur 2 erläutert die Funktionsweise der Messvorrichtung. Ein von dem außerhalb der Welle 1 stationär angeordneten Leuchtelement 6 ausgestrahlter erster Lichtstrahl LI trifft auf das am ersten Wellenabschnitt 1.1 angeordnete lichtempfindliche Element 3, welches einen elektrischen Strom erzeugt, der über den belastungsabhängigen Sensor 5 auf das lichtemittierende Element 4 geleitet wird. Der als Messwiderstand ausgebildete belastungsabhängige Sen ^¬ sor 5 ist im Messkörper 2 so angeordnet, dass er bei einer Torsion des Messkörpers 2, infolge des zu ermittelnden, auf den Mess- körper 2 übertragenen Drehmoments, seinen Widerstandswert verändert .

In Abhängigkeit vom jeweiligen Widerstandswert des Messwider- Stands, und damit auch in Abhängigkeit von dem auf die Welle 1 wirkenden Drehmoment, trifft auf das lichtemittierende Element 4 ein elektrischer Strom, dessen Wert ein Maß für das zu messende Drehmoment ist. In Abhängigkeit von der Stromstärke leuchtet das lichtemit ^¬ tierende Element 4 mit einer Intensität, die von dem zu be ^¬ stimmenden Drehmoment abhängig ist. Der von dem lichtemittierenden Element 4 ausgehende zweite Lichtstrahl L2 trifft auf das außerhalb der Welle 1 stationär angeordnete Photoelement 7, welches einen Stromwert liefert, der ein Maß für das zu be ^¬ stimmende Drehmoment ist.

In Figur 3 ist das Ersatzschaltbild der im Messkörper 2 verwendeten elektrischen Komponenten dargestellt. Der von dem lichtempfindlichen Element 3 erzeugte Strom fließt durch den belastungsabhängigen Sensor 5, der in Abhängigkeit von der im Messkörper 2 sich ergebenden Torsion, welche von dem übertragenen Drehmoment hervorgerufen wird, steht. Je nach der Stärke dieses Stroms leuchtet das lichtemittierende Element 4 mit unterschiedlicher Intensität.

Bezugs zeichenliste

1 Welle

1.1 erster Wellenabschnitt

1.2 zweiter Wellenabschnitt

2 Messkörper

3 lichtempfindliches Element

4 lichtemittierendes Element

5 belastungsabhängiger Sensor

6 Leuchtelement

7 Photoelement

LI erster Lichtstrahl

L2 zweiter Lichtstrahl