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WO1991000989A1 - Messeinrichtung zur bestimmung des drehmoments - Google Patents

Messeinrichtung zur bestimmung des drehmoments Download PDF

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Publication number
WO1991000989A1
WO1991000989A1 PCT/DE1990/000464 DE9000464W WO9100989A1 WO 1991000989 A1 WO1991000989 A1 WO 1991000989A1 DE 9000464 W DE9000464 W DE 9000464W WO 9100989 A1 WO9100989 A1 WO 9100989A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
measuring device
hollow shaft
screwdriver
shaft
sleeve
Prior art date
Application number
PCT/DE1990/000464
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus Dobler
Hansjörg Hachtel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00—Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02—Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25B—TOOLS OR BENCH DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, FOR FASTENING, CONNECTING, DISENGAGING OR HOLDING
    • B25B23/00—Details of, or accessories for, spanners, wrenches, screwdrivers
    • B25B23/14—Arrangement of torque limiters or torque indicators in wrenches or screwdrivers
    • G—PHYSICS
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    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/102—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving magnetostrictive means
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    • G01L3/10—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/101—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means
    • G01L3/105—Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving magnetic or electromagnetic means involving inductive means

Definitions

  • the invention relates to a measuring device for determining the torque according to the preamble of the main claim.
  • the torsion of a torsion shaft is determined with the aid of two concentrically arranged sleeves which are moved relative to one another.
  • the torsion shaft is arranged between an input shaft and an output shaft.
  • One of the sleeves has two rows of slots which are offset from one another and form the electrically non-conductive region.
  • continuous slits are formed in a row, also extending in the direction of the sleeve axis.
  • At least one coil through which a high-frequency alternating current flows is arranged in the region of the two rows of slots in the first sleeve.
  • the relative tangential displacement of the two sleeves from one another changes the electrically non-conductive surface of the sleeves, that is to say the opening area of the slots, as a result of which the damping of the coils is varied.
  • the measuring device has the disadvantage that additional installation space is required both for the torsion shaft itself and for its connections to the respective shafts.
  • the measuring device according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that it has a relatively short overall length.
  • the length is limited to the torsion shaft designed as a hollow shaft.
  • the measuring device can also be used in work equipment with very limited installation space. If the measuring device is installed in screwdrivers, in particular angle screwdrivers, the size and weight of the screwdriver are changed only insignificantly.
  • the measuring device can easily be installed in the drive shaft of the screwdriver, or it can be attached to the screwdriver as an additional device.
  • FIG. 1 shows a partial longitudinal section through a screwdriver head and FIGS. 2 and 3 each show a detail of a measuring sensor.
  • 10 denotes the head of an angle screwdriver, not shown.
  • a screwdriver 12 is driven via a drive shaft 11, which is mounted in a ball bearing 13 and is fixed with a pin 14 in the housing 15 of the angle screwdriver.
  • a measuring device 17 for determining the torque when tightening is attached to the pin-like tool holder 16 of the screwdriver 12 arranged by screws.
  • the measuring device 17 has a hollow shaft 18 designed as a torsion element, which has an extension 19 at one end.
  • the extension 19 corresponds in its design to the tool holder 16 of the screwdriver 12 and thus serves to receive the screwing tool.
  • the hollow shaft 18 is attached to the screwdriver 12 with the aid of a coupling 20.
  • the coupling 20 can be welded to the hollow shaft 18, for example, or can be produced in one piece with the hollow shaft. It is important, however, that the coupling 20 projects into the interior of the hollow shaft 18. This makes it possible for the tool holder 16 of the screwdriver 12 to be located within the hollow shaft 18 and thus to extend to the base of the screwdriver 12. Since the tool holder 16 of the screwdriver 12 and the extension 19 should be of the same design, the axial length of the measuring device 17 is almost only the length of the hollow shaft 18.
  • a measuring device 17 operating according to the eddy current principle is described here, as is known, for example, from DE-OS 33 07 105.
  • other measuring methods are also possible, such as methods using strain gauges or inductive, capacitive, optical or magnetoelastic metals.
  • An inner sleeve 23 is attached at one end to the extension 19, while an outer sleeve 24 is attached on one side to the other end of the hollow shaft 18 or via the coupling 20 to the tool holder 16 of the screwdriver 12. The other end of both the inner 23 and the outer sleeve 24 is not clamped.
  • the inner sleeve 23 has two rows of longitudinal slots 25 arranged one behind the other in the axial direction.
  • the longitudinal slots 25 of the two rows are each offset by a small distance v from one another in the radial direction.
  • the outer Sleeve 24 are formed in a corresponding number and with the same slot width a as in a row of the inner sleeve 23 longitudinal slots 26 which extend in the axial direction of the sleeve 24 over the two rows of slots 25 of the inner sleeve 23.
  • a bobbin 27 designed as a sleeve over the outer sleeve 24 are in the region of the two.
  • Rows of the slots 25 of the inner sleeve 23 each wound one or more coils 28.
  • a cover 29 fastened to the screw housing 15 is arranged around the measuring device 17.
  • the mode of operation of a sensor working according to the eddy current principle is sufficiently known or can be found, for example, in the document DE-OS 33 44 385, so that it need not be discussed in more detail here.
  • the ratio of the electrically conductive and electrically non-conductive surfaces of the inner 23 and the outer sleeve 24 is changed, so that the damping of the coils 28 is changed.
  • the measurement signal obtained in this way can be evaluated in an evaluation circuit, not shown.
  • the design of the torsion shaft as a hollow shaft and, above all, the arrangement of the coupling 20 in the interior of the hollow shaft 18 enables a space-saving design, particularly in the axial direction of the measuring device 17.
  • This measuring device 17 can be used not only in the screwdrivers described here but also in other devices in which the torque must be determined.

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Abstract

Bei einer Meßeinrichtung (17) zur Bestimmung des Drehmoments ist die Torsionswelle als Hohlwelle (18) ausgebildet. Ferner ist die Ankopplung (20) der Hohlwelle (18) in deren Innenraum verlagert, so daß dadurch Bauraum eingespart werden kann. Die Meßeinrichtung (17) baut dadurch relativ kurz und weist auch geringes Gewicht auf. Ferner kann sie als z.B. an den Schrauber eines Winkelschraubers befestigbaren Bauteil ausgestaltet werden.

Description

Meßeinrichtung zur Bestimmung des Drehmoments
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Meßeinrichtung zur Bestimmung des Drehmoments nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei einer bekannten Meßeinrichtung wird die Verdrehung einer Torsionswelle mit Hilfe zweier relativ zueinander bewegter konzentrisch angeordneter Hülsen bestimmt. Die Torsionswelle ist dabei zwischen einer Antriebs- und einer Abtriebswelle angeordnet. Eine der Hülsen weist zwei Reihen gegeneinander versetzte Schlitze auf, die den elektrisch nicht leitenden Bereich bilden. In der anderen Hülse sind in einer Reihe durchgehende, ebenfalls in Richtung zur Hülsenachse verlaufende Schlitze ausgebildet. Im Bereich der beiden Schlitzreihen der ersten Hülse ist mindestens je eine von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossene Spule angeordnet. Durch die relative tangentiale Verschiebung der beiden Hülsen zueinander wird die elektrisch nicht leitende Fläche der Hülsen, das heißt die Öffnungsfläche der Schlitze verändert, wodurch die Dämpfung der Spulen variiert wird. Die Meßeinrichtung hat aber den Nachteil, daß sowohl für die Torsionswelle selbst als auch für deren Anschlüsse an den jeweiligen Wellen zusätzlicher Bauraum notwendig ist. Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Meßeinrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß sie eine relativ kurze Baulänge aufweist. Die Länge ist auf die als Hohlwelle ausgebildete Torsionswelle begrenzt. Die Meßeinrichtung kann dadurch auch bei Arbeitsgeräten mit räumlich sehr beschränkten Einbauverhältnissen verwendet werden. Wird die Meßeinrichtung bei Schraubern, insbesondere Winkelsehraubern eingebaut, so wird die Baugröße und das Gewicht des Schraubers nur unwesentlich verändert. Die Meßeinrichtung kann leicht in die Antriebswelle des Schraubers eingebaut werden, oder sie ist als Zusatzgerät an den Schrauber anbaubar.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Anspruch 1 angegebenen Meßeinrichtung möglich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen die Figur 1 einen Teillängsschnitt durch einen Schrauberkopf und die Figuren 2 und 3 je eine Einzelheit eines Meßaufnehmers.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 ist mit 10 der Kopf eines nicht näher dargestellten Winkelschraubers bezeichnet. Über eine Antriebswelle 11 wird ein Schrauber 12 angetrieben, der in einem Kugellager 13 gelagert ist und mit einem Zapfen 14 im Gehäuse 15 des Winkelschraubers fixiert ist. An die zapfenartige Werkzeugaufnahme 16 des Schraubers 12 ist eine Meßeinrichtung 17 zur Bestimmung des Drehmoments beim Anziehen von Schrauben angeordnet. Die Meßeinrichtung 17 weist eine als Torsionselement ausgebildete Hohlwelle 18 auf, die am einen Ende einen Fortsatz 19 hat. Der Fortsatz 19 entspricht in seiner Ausgestaltung der Werkzeugaufnahme 16 des Schraubers 12 und dient somit zum Aufnehmen des Schraubwerkzeugs. Am anderen Ende ist die Hohlwelle 18 mit Hilfe einer Ankopplung 20 am Schrauber 12 befestigt. Die Ankopplung 20 kann dabei z.B. an der Hohlwelle 18 angeschweißt sein, oder zusammen mit der Hohlwelle einstückig hergestellt sein. Wichtig ist dabei aber, daß die Ankopplung 20 in den Innenraum der Hohlwelle 18 hineinragt. Dadurch ist es möglich, daß sich auch die Werkzeugaufnahme 16 des Schraubers 12 innerhalb der Hohlwelle 18 befindet und diese somit bis zum Fuß des Schraubers 12 reichen kann. Da die Werkzeugaufnahme 16 des Schraubers 12 und der Fortsatz 19 gleich ausgebildet sein sollen, beträgt die axiale Länge der Meßeinrichtung 17 nahezu nur die Länge der Hohlwelle 18.
Zur Ermittlung des Drehmoments wird hier eine nach dem Wirbelstromprinzip arbeitende Meßeinrichtung 17 beschrieben, wie sie z.B. aus der DE-OS 33 07 105 bekannt ist. Es sind aber auch andere Meßverfahren, wie z.B. mit Dehnmeßstreifen oder induktive, kapazitive, optische oder mit magnetoelastischen Metallen arbeitende Verfahren möglich. Eine innere Hülse 23 ist mit ihrem einen Ende am Fortsatz 19 befestigt, während eine äußere Hülse 24 am anderen Ende der Hohlwelle 18 bzw. über die Ankopplung 20 an der Werkzeugaufnahme 16 des Schraubers 12 einseitig befestigt ist. Das jeweils andere Ende sowohl der inneren 23 als auch der äußeren Hülse 24 ist nicht eingespannt. Die innere Hülse 23 weist zwei in axialer Richtung hintereinander angeordnete Reihen von Längsschlitzen 25 auf. Die Längsschlitze 25 der beiden Reihen sind jeweils um einen kleinen Abstand v zueinander in radialer Richtung versetzt. In der äußeren Hülse 24 sind in entsprechender Anzahl und mit gleicher Schlitzbreite a wie in einer Reihe der inneren Hülse 23 Längsschlitze 26 ausgebildet, die sich in axialer Richtung der Hülse 24 über die beiden Reihen der Schlitze 25 der inneren Hülse 23 erstrecken. Auf einen als Hülse über die äußere Hülse 24 ausgebildeten Spulenkörper 27 sind im Bereich der beiden. Reihen der Schlitze 25 der inneren Hülse 23 je eine oder mehrere Spulen 28 gewickelt. Zum Schutz vor Verschmutzung ist um die Meßeinrichtung 17 ein am Schraubergehäuse 15 befestigter Deckel 29 angeordnet. Die Funktionsweise eines nach dem Wirbelstromprinzip arbeitenden Meßaufnehmers ist hinreichend bekannt bzw. kann z.B. der Schrift DE-OS 33 44 385 entnommen werden, so daß hier nicht näher darauf eingegangen zu werden braucht. Bei Verdrehung der Hohlwelle wird das Verhältnis der elektrisch leitenden und elektrisch nicht leitenden Flächen der inneren 23 und der äußeren Hülse 24 verändert, so caß dadurch die Dämpfung der Spulen 28 verändert wird. Das so gewonnene Meßsignal kann in einer nicht dargestellten Auswerteschaltung ausgewertet werden.
Durch die Ausbildung der Torsionswelle als Hohlwelle und vor allem durch die Anordnung der Ankopplung 20 im Innenraum der Hohlwelle 18 ist eine besonders in axialer Richtung der Meßeinrichtung 17 platzsparende Bauweise möglich. Diese Meßeinrichtung 17 kann nicht nur bei den hier beschriebenen Schraubern sondern auch bei anderen Vorrichtungen verwendet werden, bei denen das Drehmoment bestimmt werden muß.

Claims

Ansprüche
1. Meßeinrichtung zur Bestimmung des Drehmoments mit Hilfe einer Torsionswelle (18) und zweier relativ zueinander bewegter Körper (23, 24), deren relative Verschiebung zueinander mit Hilfe eines Meßsystems (17) erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsionswelle als Hohlwelle (18) ausgebildet ist und daß sich mindestens eine Ankopplung (20) der Hohlwelle (18) an eine An- (16) oder Abtriebswelle (19) im Innern der Hohlwelle (18) befindet.
2. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung in die Antriebswelle eines Schraubers (10) eingebaut ist.
3. Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung an das Ende (16) eines Schraubers (10) angebaut ist und daß ein Ende der Hohlwelle (18) einen als Schrauber dienenden Fortsatz (19) aufweist.
4. Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung eine innere (23) und eine äußere Hülse (24) aufweist, daß die innere Hülse zwei Reihen von um in radialer Richtung versetzter Längsschlitze (25) aufweist, daß die äußere Hülse (24) von in axialer Richtung ausgebildete Längsschlitze (26) aufweist und daß sich im Bereich der beiden Reihen von Längsschlitzen (25) der inneren Hülse (23) mindestens je eine Spule (28) befindet.
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