PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE69528906T2 24.07.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0783675
Titel APPARAT ZUR DREHMOMENTMESSUNG VON ROTIERENDEN WELLEN
Anmelder Smith, Frantz Karsten, Soreidgrend, NO;
Storesund, Marvin Sigmund, Nesttun, NO
Erfinder Smith, Frantz Karsten, Soreidgrend, NO;
Storesund, Marvin Sigmund, Nesttun, NO
Vertreter Patent- und Rechtsanwälte Bardehle, Pagenberg, Dost, Altenburg, Geissler, 81679 München
DE-Aktenzeichen 69528906
Vertragsstaaten AT, BE, CH, DE, DK, ES, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 21.09.1995
EP-Aktenzeichen 959336538
WO-Anmeldetag 21.09.1995
PCT-Aktenzeichen PCT/NO95/00170
WO-Veröffentlichungsnummer 0096010167
WO-Veröffentlichungsdatum 04.04.1996
EP-Offenlegungsdatum 16.07.1997
EP date of grant 20.11.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.07.2003
IPC-Hauptklasse G01L 3/12

Beschreibung[de]

Diese Erfindung beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Messen des Torsionswinkels von belasteten Drehwellen. Wenn der Winkel bekannt ist, ist es möglich, das Drehmoment und die Leistung zu berechnen, da die Anzahl der Drehungen pro Minute (RPM) ebenfalls bekannt sein wird oder gemessen wird.

Das am meisten verwendete Verfahren zum Messen der Leistung von Drehwellen, die in verschiedenen Arten von Maschinen verwendet werden, wird bis jetzt durch die Verwendung von Dehnungsmessern durchgeführt, die an der Welle festgeklebt sind. Die von den Dehnungsmessern gemessenen Signale werden mit Kontaktringen oder telemetrisch an eine Messelektronik übertragen. Wenn Telemetrie verwendet wird, ist es notwendig einen Transmitter an der Drehwelle zu befestigen und mit einer sich drehenden Batterie zu versorgen oder - wie in neueren Systemen - Strom drahtlos an die Dehnungsmesserelektronik auf der Welle zu übertragen.

Ein neueres System verwendet sogenannte magnetische Hall-Effekt-Sensoren. Die Sensoren nehmen Signale mit Hilfe von zwei Zahnrädern auf, die auf der Welle in einer geeigneten Distanz voneinander angeordnet sind. Wenn die Welle belastet wird, gibt es eine Zeitverzögerung zwischen Pulsen, die von den zwei Hall- Effekt-Sensoren detektiert werden, von denen jeder an einem Zahnrad misst. Die Zeitverzögerung zwischen den Pulsen bestimmt den Torsionswinkel der belasteten Welle. Ein zu diesem System ähnliches System ist in der Veröffentlichung "Antriebstechnik" 33 (1994) Nr. 8, Seite 53: "Entwicklung eines robusten berührungslosen Drehzahl-Drehmoment-Messystems" beschrieben.

Die US-A-4 520 681 ist ein System, das ein Prinzip einer Pulsfolge mit rotierenden Kodieren nutzt, die in einem geeigneten internen Abstand voneinander an der Welle befestigt sind. Der Torsionswinkel wird durch die Zeitverzögerung zwischen den elektronischen Pulsen gemessen. Zwei Sensoren sind in einem geeigneten Abstand voneinander befestigt, jeder Sensor bei jedem rotierenden Kodierer. Die genannte Zeitverzögerung zwischen den Pulsen von den genannten Sensoren wird in elektronischen Zahl-Schaltkreisen gemessen. In der US-A-4 520 681 werden entweder optische oder magnetische Sensoren verwendet. Dieses System verwendet Prinzipien, die ähnlich oder identisch sind zum System, das auf Seite 53 in der Veröffentlichung "Antriebstechnik" 33 (1994) Nr. 8 beschrieben sind.

Die US-A-4 693 123 betrifft ein Drehmomentmessgerät für einen Betätigungsmechanismus, wobei ein optischer Sender und ein optischer Empfänger auf einer Verbindung angeordnet sind. Dieses Gerät dient zur Verwendung mit einer Verbindung für Lenkräder, um die Drehung einer Welle zu übertragen.

Die US-A-3 888 116 beschreibt einen digitalen Drehmomentmesser. Diese Vorrichtung misst das Drehmoment auf einer Welle durch das Messen einer Pulsdauer für Lichtpulse, die verändert werden, indem sie durch zwei Scheiben hindurchgehen. Diese Veröffentlichung betrifft nicht die Verwendung eines Pulsmusters, wie in der Erfindung beansprucht, sondern betrifft einen Vergleich von einzelnen Pulsen.

Die US-A-4 637 264 beschreibt einen optischen Drehmoment-Detektor, wobei zwei Drehplatten angeordnet sind, um einander zugewandt zu sein und um ein Muster von Moiré-Rändern gemäß einer Veränderung einer relativen Drehung zwischen den Platten zu erzeugen. Die Ränder-Muster auf den Platten überlappen einander und Zugdetektoren delektieren Veränderungen in dem Muster. Das System verlangt die Verwendung von zwei Sensoren, die ein spezielles Muster aus lesen und Pulse an einem Schaltkreis senden, der sie vergleicht, um das Drehmoment zu bestimmen.

Die DE-A1-1 148 777 beschreibt die analoge Messung der Lichtmenge, die durch ein Loch gesandt wird, wobei die Öffnung des Loches sich gemäß dem auf eine Welle angewandten Drehmoment ändert. Das Drehmoment wird in analoger Form auf einer Messinstrumenten-Skala ausgelesen. Da die Vorrichtung auf einer analogen Messung basiert, muss die verwendete Lichtquelle sehr stabil sein. Ferner wird das System nicht in der Lage sein, eine zufriedenstellende Antwort zu liefern, wenn die Veränderungen in der Lichtmenge aufgrund von kleinen Torsionswinkeln klein sind.

Die GB-A-2 151 775 umfasst ebenfalls die analoge Messung eines Drehmomentes auf einer Welle und führt damit zu denselben Problemen wie das in der DE-A1-1 148 777 beschriebene Gerät.

Die oben genannten Systeme verwenden das gemeinsame Betriebsprinzip, dass zwei elektronische Sensoren verwendet werden müssen, um es zu ermöglichen, die Torsionswinkel einer belasteten Welle zu delektieren.

Um eine hinreichende Genauigkeit in Systemen, die zwei Sensoren verwenden, die mit einem Abstand voneinander angeordnet sind, zu erreichen, ist es notwendig, dass die Triggerpunkte der Sensoren sich nicht im Laufe der Zeit relativ zueinander verändern. Alterung und/oder Temperaturveränderungen können verursachen, dass die Triggerpunkte sich in Bezug aufeinander allmählich verändern, möglicherweise in entgegengesetzten Richtungen.

Die hier beschriebene Erfindung verwendet lediglich ein einziges Sensorsystem, um den Torsionswinkel einer sich drehenden, belasteten Welle zu messen. Dies verhindert, dass die gemessene Zeitverzögerung zwischen den gemessenen Pulsen sich im Laufe der Zeit verändern kann und dadurch Ungenauigkeiten auftreten.

Diese Erfindung stellt sich als ein neues System dar, das ein hohes Maß an Genauigkeit und Langzeitstabilität aufweist.

Diese Eigenschaften der Erfindung werden mittels der Vorrichtung, so wie sie in den Ansprüchen 1-6 beschrieben ist, erhalten und durch das Verfahren, so wie es in den Ansprüchen 7-11 beschrieben ist.

Die Erfindung wird jetzt mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei:

Fig. 1 ist eine perspektivische Zeichnung des Systems in Übereinstimmung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, mit einem einzigen Lichtquellentransmitter und Empfänger.

Fig. 2 zeigt die Vorrichtung aus Fig. 1 mit einem zusätzlichen Empfänger, einem faseroptischen Kabel und einem Transmitter, angeordnet zwischen dem Lichtquellentransmitter und Empfänger aus Fig. 1.

Die Fig. 3A und 3B zeigen im wesentlichen die Vorrichtung aus Fig. 2, wobei das Licht durch Scheiben unterbrochen wird. Figur. 3B zeigt die Vorrichtung wobei der Lichtstrahl in zwei parallele Pfade aufgespalten wird.

Die Fig. 4 und 5 erläutern Lichtpulse, nachdem sie die verschiedenen Fahnen und Scheiben, die in vorangegangenen Figuren gezeigt sind, durchlaufen haben.

Fig. 6 zeigt ein Implementierung der Erfindung in einem Gesamtsystem.

Fig. 7 zeigt erläuternde Beispiele von Scheiben, die in den Systemen der Fig. 3A, 3B und 6 verwendet werden und die entsprechend erzeugten Pulse.

Fig. 1 zeigt die Vorrichtung mit einer Lichtquelle als Transmitter und einem lichtempfindlichen elektronischen Sensor als Empfänger. Die als Transmitter arbeitende Lichtquelle kann eine Laserquelle oder eine lichtemittierende Diode sein (LED). Von dem Transmitter (1) wird ein dünner Lichtstrahl (2) parallel zur rotierenden Welle (4) abgestrahlt. Während der Drehung der Welle wird der Lichtstrahl durch die Fahnen (3A) und (3B) unterbrochen, die an der Welle mit einem geeigneten Abstand voneinander befestigt sind. Die auf diese Art erzeugten Lichtpulse werden vom Empfänger (5) empfangen. Die lichtsensitive Elektronik (6) erzeugt die elektronischen Pulse. Wenn die Welle belastet wird, werden die Fahnen (3a) und (3b) um einen Winkel verschoben, der dem Torsionswinkel entspricht.

Die Licht/Dunkel-Zeit nimmt von der Zeit t in unbelastetem Zustand bis zur Zeit t + Δt in belastetem Zustand zu. Dieses Prinzip wird in Fig. 4 erläutert, die die Fahnen (3a) und (3b) zeigt, die an dem Schaft befestigt sind, und die um die Zeit t zueinander verschoben sind.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel unter der Verwendung eines faseroptischen Kabels (9). Der Strahl von dem Kabel wird bei den Fahnen (3a) und (3b) unterbrochen. Der Lichtstrahl wird von der Quelle (1) ausgesandt, überbrückt den Raum bei (3a) und wird ferner von dem optischen Empfänger (7) aufgenommen, über das faseroptische Kabel (9), die optische Linse (10) und über einen weiteren Raum bei (3b) zum optischen Empfänger (11) übertragen, der mit dem lichtempfindlichen Empfänger (6) mit einem internen pulserzeugenden elektronischen Schaltkreis verbunden ist. Durch die Verwendung des faseroptischen Kabels für die Lichtübertragung können Hindernisse wie Lager (8) etc., die in Fig. 2 gezeigt sind, umgangen werden. Dies ermöglicht, den Abstand zwischen den Unterbrecherfahnen zu vergrößern und die Genauigkeit der Messung zu erhöhen.

Fig. 3a zeigt eine Anordnung mit zwei kodierenden Scheiben oder Zahnrädern, die zur Modulation des Lichtstrahls verwendet werden. Wie in Fig. 3a gezeigt, wird der Lichtstrahl von einer Quelle (12) bezeichnet mit S/M über ein Faserkabel (13) zum optischen Transmitter/Linse (14) übertragen. Nachdem der Lichtstrahl (15) die rotierende pulsmodulierende Scheibe (16) passiert hat, wird er vom optischen Empfänger (17) empfangen, der wiederum den pulsmodulierten Lichtstrahl über die verbundene optische Faser (18) und weiter über die Linse (19) überträgt. Der Lichtstrahl (20) passiert die rotierende Scheibe (21) und wird von dem opti sehen Empfänger (22) empfangen, von dem er über die optische Faser (23) zu einem lichtsensitiven Sensor (12), der mit S/M bezeichnet ist, zurückübertragen wird. Auf diese Art wird der Lichtstrahl in eine große Anzahl von Pulsen mit jeder Drehung der Welle gepulst. Die Verschiebung zwischen den Zähnen der zwei kodierenden Scheiben (16) und (21) bestimmt die Pulsbreite, die ein Maß des Torsionswinkels ist, des Drehmoments und der Wellenleistung.

Fig. 3b zeigt die zur Fig. 3a komplementäre Anordnung. In Fig. 3a wird der Lichtstrahl (15), (20) über die Faser übertragen, die in einer seriellen Konfiguration angeordnet ist, da der Lichtstrahl zwei Abstände bei (16) und (21) passieren muss. In der in Fig. 3b gezeigten Anordnung wird der von der Quelle übertragene Lichtstrahl (12) in zwei parallele Strahlen aufgespalten. Das Licht, das über die Faser (24a) übertragen wird, passiert den Spalt (26) und die Scheibe (16a). Ein zweiter, ähnlicher Lichtstrahl passiert den Spalt (30) und die Scheibe (21a). Beide Lichtstrahlen (26) und (30) werden durch die Scheiben (16a) bzw. (21a) gepulst. Die Scheiben (16a) und (21a) sind verglichen mit den Scheiben (16) und (21) in Fig. 3a invertiert. Die Scheiben (16a) und (21a) sind identisch und haben schmale Lichtöffnungen und breitere Fahnen. Eine geeignete Beziehung zwischen den Öffnungen und den Fahnen ist 1 : 4. Das pulsmodulierte Licht wird über die Fasern (28a) und (28b) übertragen. Die zwei gepulsten Lichtstrahlen werden in der optischen Summierungseinheit (32) addiert. Der resultierende Aus gang aus (32) wird ein pulsbreitenmodulierter Lichtstrahl sein, der wiederum zum lichtsensitiven elektronischen Empfänger (12) übertragen wird, der mit S/M in Fig. 3b bezeichnet ist.

Beide Anordnungen, wie sie in den Fig. 3a und 3b gezeigt sind, liefern im Prinzip identische Information an den lichtsensitiven Empfänger und Detektor beim Bezugszeichen (12). Die Anordnung aus Fig. 3b ist wegen der geringeren Dämpfung des Lichts verglichen zu der Anordnung aus Fig. 3a bevorzugt. Der Lichtstrahl wird in zwei parallele Pfade aufgespalten, so dass jeder Strahl nur einen Luftspalt passieren muss. Zusätzlich ist es bevorzugt, schmale Lichtöffnungen und breitere Fahnen zu verwenden, wie in Fig. 3b gezeigt, um ein Offset-Signal in den Lichtpulsen vom Addierer (33) nach der Summation der Pulse von (28a) und (28b) zu verhindern.

In Fig. 5 zeigen die Elemente (34) und (35) die Lichtpulse, nachdem sie die Scheibenfahnen, die mit A1 ... An und B1 ... Bn bezeichnet sind, auf den zwei Scheiben in Fig. 3a (16) und (21) passiert haben.

Wie man aus Fig. 3b erkennen kann, sind die Scheiben/Zahnräder (16a) und (21a) invertiert im Verhältnis zu (16) und (21).

Beide Scheiben/Zahnräder, die an derselben Welle befestigt sind, sind kongruent zueinander und in einem geeigneten Abstand voneinander angeordnet.

Die wechselseitige Position der Scheiben/Zahnräder (16) und (21) ist unkritisch bei einer nichtbelasteten Welle. Sie sind normalerweise in einer Position befestigt, wobei B1 ... Bn zwischen A1 .... An fällt und in einer Weise, dass ein Überlappen während einer Belastung der Welle verhindert wird. Diese Situation ist in Fig. 5 bei den Bezugszeichen (34) und (35) erläutert. Wenn die Welle rotiert, empfängt der lichtsensitive Sensor (12) Lichtpulse, so wie sie in Fig. 5 beim Bezugszeichen (36) gezeigt sind. Wenn die Welle unbelastet ist, gibt es eine Zeitverschiebung t zwischen den Zähnen A und B der beiden Scheiben/Zahnräder. Wenn die Welle belastet ist, wird diese Zeitverschiebung zunehmen auf t + Δt, wobei Δt das Maß der Belastung ausdrückt.

Die von dem lichtsensitiven Sensor/Empfänger (12) in Fig. 3a oder Fig. 3b empfangenen Lichtsignale erzeugen breitenmodulierte elektronische Pulse. Die Pulsbreitenmodulation wird erzeugt, indem die Zeit zwischen den ansteigenden Pulsflanken und in ähnlicher Weise ebenso die Zeit zwischen den abfallenden Pulsflanken gemessen wird.

Fig. 5 erläutert beim Bezugszeichen (37) die Pulse, die von den ansteigenden Flanken von A und B erzeugt werden. Fig. 5 erläutert beim Bezugszeichen (38) in ähnlicher Weise die Pulse der abfallenden Flanken. Diese Art von Pulserzeugen verdoppelt die Anzahl von Pulsen bei jeder Drehung der Welle und wird exakt doppelt so groß sein, wie die Anzahl der Zähne auf den Scheiben/Zahnrädern.

Beide Serien von breitenmodulierten Pulsen (37) und (38) werden in den schnellen elektronischen Registern gespeichert.

Die Summe der Zeitdauer wird gemittelt und bei einer geeigneten Anzahl von Drehungen der Welle oder in Zeitintervallen aktualisiert.

Wenn die Offset-Zeit t, die die Zeitverschiebung der nichtbelasteten Welle ist, auf null gesetzt wird, wird die Verschiebungszeit Δt berechnet durch die Mittelwertbildung des gespeicherten Inhalts in den Registern nach geeigneten Zeitintervallen. Das Aktualisieren der Zeit t kann in ausgewählten Intervallen durchgerührt werden. Die Berechnung der RPM wird durchgeführt, indem die Taktpulse einer Drehung der Welle gezählt werden. Da eine ziemlich hohe Taktfrequenz verwendet wird, um die Zähler zu betreiben, hat die Messung der RPM eine hohe Auflösung und Genauigkeit. Die gemittelte Zeitverschiebung Δt, die gemessene RPM und die Kenntnis der Stahlparameter der Welle ermöglichen es, das Drehmoment und die Leistung der Welle zu berechnen. Eine praktische Anordnung dieser Erfindung kann durchgerührt werden, so wie es in Fig. 6 erläutert ist. Das Licht wird von der Quelle S (45) über die aufgespaltenen Fasern (24a) und (24b) übertragen. Die zwei Lichtstrahlen verlaufen durch die U-förmigen Profile (39) und (40). Die Luftspalte in den Profilen haben eine Größe von 5-10 mm. Ähnlich wie in der in den Fig. 3a und 3b gezeigten Anordnung wird der Lichtstrahl durch rotierende Scheiben gepulst, die mit geeigneten Zähnen/Fahnen versehen sind, und die den Spalt in den U-förmigen Sensoren passieren. Nachdem die gepulsten Lichtstrahlen die zwei Luftspalte (39), (40) passiert haben, werden sie in dem lichtaddierenden Element (32) aufgesammelt. Die Summe der Strahlen wird über die Faser (33) zum lichtsensitiven Empfänger (41) übertragen. Die Form der Lichtpulse ist in Fig. 5 bei (36) erläutert. Der Empfänger ist ein lichtsensitiver Detektor mit einer sehr kurzen und schnellen Antwort. Die elektronischen Ausgangspulse vom Detektor sind Signale mit einem TTL-Niveau (Transistor- Transistor-Logik). Diese Realzeitsignale werden in extrem schnellen PLD (programmierbaren logischen Einrichtung) Zählschaltkreisen (47) verarbeitet, in denen die Information vorläufig gespeichert wird und zur Mittelwertbildung und zur Aktualisierung des gemessenen Torsionswinkels verwendet wird. Dieser Vorgang wird über eine Duplex RS485 Kommunikationsverbindung von einem Standard- PC (49) gesteuert.

Um Ungenauigkeiten zu eliminieren, die durch periodische Bewegungen, wie Vibrationen etc. verursacht werden, werden die Signale, die den Torsionswinkel ausdrücken, summiert und nach einer ausgewählten Anzahl von Drehungen der Welle gemittelt.

Die in der oben beschriebenen Weise gemessenen und berechneten Daten sind ausreichend für eine genaue Berechnung der RPM, des Drehmoments und der Leistung.

RPM, Drehmoment und Leistung werden sowohl graphisch als auch digital auf dem Monitor (50) und/oder einer LCD-Anzeige präsentiert.

Der großer Vorteil dieser Erfindung ist die Verwendung von nur einer Lichtquelle und einem einzigen lichtsensitiven elektronischen Detektor. In den in den Fig. 3b und 6 gezeigten Anordnungen können zwei unabhängige Lichtquellen verwendet werden, um Licht in die optischen Fasern (24a) und (24b) einzugeben. Die Verwendung von einer oder zwei Lichtquellen ist eine Frage der Bequemlichkeit. Ein besonderes Merkmal dieser Erfindung ist die Verwendung von optischen Fasern, um Licht von den Transmittern an den einzigen lichtsensitiven elektronischen Empfänger/Detektor zu leiten. Diese Anordnung hat den großen Vorteil, dass die kodierenden Scheiben an der Welle an den günstigsten Abständen voneinander befestigt werden können.

Wie oben erläutert, können die zwei Messpunkte, d. h. die zwei Scheiben/Zahnräder an der Welle mit einem großen Abstand voneinander befestigt werden, aufgrund der Verwendung einer Faser für die Signalübertragung zu nur einem einzigen Detektor.

Auf diese Weise können mehr Lager und Durchführungen umgegangen werden und der Abstand zwischen den Messpunkten, d. h. zwischen den Scheiben/Zahnrädern kann so groß wie möglich gemacht werden, um die Genauigkeit zu erhöhen. Die Fig. 3a, 3b und 6 zeigen eine Wellenanordnung mit nur einem Lager (8), das von der optischen Faser umgangen wird.

In Fig. 7 erläutern die Elemente (51) und (52) zwei verschiedene Versionen der Scheiben/Zahnräder. Das Design beim Bezugszeichen (52) ist eine invertierte Version des Designs beim Bezugszeichen (51). Die Version (51) misst die Dunkelpulse. Die Version (52) misst die hellen Pulse. Im Prinzip können beide Verfahren verwendet werden. Die gezeigten Serien von hellen/dunklen Pulsen, die den lichtsensitiven Detektor treffen, nachdem sie die zwei Scheiben-/Zahnrad- Kodierer (51a), (51b) bzw. (52a), (52b) passiert haben, sind mit A1, B1 ... A12, B 12 bezeichnet. Die Anzahl der Fahnen/Zähne auf den gezeigten Kodierscheiben ist 12 und die Pulsfolge A1 ... B12 entspricht daher einer Drehung der Welle. Der Kreis (53) bezeichnet einen möglichen Platz zum Befestigen der Lichtquelle. Wie bereits beschrieben, drücken die Abstände zwischen den Pulsen A1, B1, etc. die Torsion und entsprechend das Drehmoment der sich drehenden Welle aus.


Anspruch[de]

1. Vorrichtung zum Messen eines Drehmoments, das sich bei der Drehung einer Welle (4) entwickelt hat, aufweisend:

eine erste Fahne (16, 16a), die auf der Welle (4) an einer ersten Position befestigt ist;

eine zweite Fahne (21, 21a), die auf der Welle an einer zweiten Position und in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Fahne (16, 16a) befestigt ist;

eine erste optische Faser (24a) die Licht, das von einer Lichtquelle (12, 45) empfangen worden ist, überträgt;

ein erster optische Lichttransmitter (25), der Licht, das von der ersten optischen Faser (24a) empfangen worden ist, an eine erste Fahne (16, 16a) überträgt;

ein erster optischer Lichtempfänger (27) der Licht, das von dem ersten optischen Lichttransmitter (25) übertragen worden ist und von der ersten Fahne (16, 16a) moduliert worden ist, empfängt;

eine zweite optische Faser (28a), die Licht, das von dem ersten optischen Lichtempfänger (27) empfangen worden ist, überträgt;

eine dritte optische Faser (24b) die Licht, das von der Lichtquelle (12, 45) empfangen worden ist, überträgt;

ein zweiter optischer Lichttransmitter (29), der Licht, das von der dritten optischen Faser (24b) empfangen worden ist, an die zweite Fahne (21, 21a) überträgt;

ein zweiter optischer Lichtempfänger (31), der Licht, das von dem zweiten optischen Lichttransmitter (29) übertragen worden ist, und von der zweiten Fahne (21, 21a) moduliert worden ist, empfängt;

eine vierte optischer Faser (28b), die Licht, das von dem zweiten optischen Lichtempfänger (31) empfangen worden ist, überträgt;

ein Addierer (32), der das Licht, das von der zweiten und vierten optischen Faser (28a, 28b) übertragen worden ist, kombiniert;

ein fünfte optischer Faser (33), die das Licht, das von dem Addierer (32) kombiniert worden ist, überträgt; und

ein lichtsensitiver Sensor (12, 41), der Licht, das von der fünften optischen Faser (33) übertragen worden ist, empfängt, und der das empfangene Licht, das von dem Addierer (32) kombiniert worden ist, verarbeitet, um das Drehmoment zu bestimmen.

2. Eine Vorrichtung zum Messen des Drehmoments, das sich bei der Drehung einer Welle (4) entwickelt hat, aufweisend:

eine erste Fahne (16), die an der Welle (4) an einer ersten Position befestigt ist;

eine zweite Fahne (21), die an der Welle (4) an einer zweiten Position und in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Fahne (16) befestigt ist;

eine erste optische Faser (13), die Licht, das von einer Lichtquelle (12) empfangen worden ist, überträgt;

ein erster optische Lichttransmitter (14), der Licht, das von der ersten optischen Faser (13) empfangen worden ist, an die erste Fahne (16) überträgt;

ein erster optischer Lichtempfänger (17), der Licht, das von dem ersten optischen Lichttransmitter (14) übertragen worden ist und von der ersten Fahne (16) moduliert worden ist, empfängt;

eine zweite optische Faser (18), die Licht, das von dem ersten optischen Lichtempfänger (17) empfangen worden ist, überträgt;

ein zweiter optischer Lichttransmitter (19), der Licht, das von der zweiten optischen Faser (18) empfangen worden ist, an die zweite Fahne (21) überträgt;

ein zweiter optischer Lichtempfänger (22), der Licht, das von dem zweiten optischen Lichttransmitter (19) übertragen worden ist, und das von der zweiten Fahne (21) moduliert worden ist, empfängt;

eine dritte optische Faser (23), die Licht, das von dem zweiten optischen Lichtempfänger (22) empfangen worden ist, überträgt; und

ein lichtsensitiver Sensor (12), zum Verarbeiten des von der dritten optischen Faser (23) übertragenen Lichts, um das Drehmoment zu bestimmen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Fahnen als Scheiben oder Zahnräder implementiert werden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Lichtöffnungen enger sind als die Fahnen und die Beziehung zwischen Öffnungsbreite und Fahnenbreite vorzugsweise 1 : 4 ist.

5. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche ferner aufweisend zwei U-Profile (39, 40) mit optischen Lichttransmittern und Empfängern, um Licht zu den Fahnen (16, 21) zu übertragen und von ihnen zu empfangen.

6. Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche ferner aufweisend PLD-Zählschaltkreise (47) in denen das Drehmoment der Welle vorläufig gespeichert wird, die zum Mitteln und Aktualisieren eines gemessenen Torsionswinkels verwendet werden, und ferner ein Computer (49) zur Signalverarbeitung.

7. Verfahren zum Messen des Drehmoments, das sich beim Drehen einer Welle entwickelt hat, aufweisend:

Befestigen einer ersten pulsmodulierenden Fahne (16, 16a) auf der Welle (4) an einer ersten Position;

Befestigen einer zweiten pulsmodulierenden Fahne (21, 21a) auf der Welle (4) an einer zweiten Position, die sich an einem vorbestimmten Abstand von der ersten Fahne befindet;

Übertragen von Licht, das von einer Lichtquelle (12, 45) empfangen worden ist, über eine erste optische Faser (24a);

Übeltragen von Licht, das von der ersten optischen Faser (24a) empfangen worden ist, an die erste Fahne (16, 16a) über einen ersten optischen Lichttransmitter (25);

Empfangen von Licht, das von dem ersten optischen Lichttransmitter (24a) übertragen worden ist und von der ersten Fahne (16, 16a) moduliert worden ist, in einem ersten optischen Lichtempfänger (27);

Übertragen von Licht, das von dem ersten optischen Lichtempfänger (27) empfangen worden ist, über eine zweite optische Faser (28a);

Übertragen von Lieht, das von der Lichtquelle (12, 45) empfangen worden ist, über eine dritte optische Faser (24b);

Übertragen von Licht, das von der dritten optischen Faser (24b) empfangen worden ist, an eine zweite Fahne (21, 21a) über einen zweiten optischen Lichttransmitter (29);

Empfangen von Licht, das von dem zweiten optischen Lichttransmitter (29) übertragen worden ist, und das von der zweiten Fahne (21, 21a) moduliert worden ist, in einem zweiten optischen Lichtempfänger (31);

Übertragen von Licht, das von dem zweiten optischen Lichtempfänger (31) empfangen worden ist, über eine vierte optische Faser (28b);

Kombinieren von Licht, das von den zweiten und vierten optischen Fasern (28a, 28b) übertragen worden ist, mit einem Addierer (32);

Übertragen von Licht, das von dem Addierer (32) kombiniert worden ist, über eine fünfte optische Faser (33); und

Empfangen und Verarbeiten von Licht, das von der fünften optischen Faser (33) übertragen worden ist und das von dem Addierer (32) kombiniert worden ist, in einem lichtsensitiven Sensor (12, 41), um das Drehmoment zu bestimmen.

8. Das Verfahren zum Messen des Drehmoments, das sich beim Drehen einer Welle entwickelt hat, aufweisend:

Befestigen einer ersten Fahne (16) an der Welle (4) an einer ersten Position;

Befestigen einer zweiten Fahne (21) an der Welle (4) an einer zweiten Position in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Fahne (16);

Übertragen von Licht, das von einer Lichtquelle (12) empfangen worden ist, über eine erste optische Faser (13);

Übertragen von Licht, das von der ersten optischen Faser (13) empfangen worden ist, zu der ersten Fahne (16) über einen ersten optischen Lichttransmitter (14);

Empfangen von Licht, das von dem ersten optischen Lichttransmitter (14) übertragen worden ist, und von der ersten Fahne (16) moduliert worden ist, in einem ersten optischen Lichtempfänger (17);

Übertragen von Licht, das von dem ersten optischen Lichtempfänger (17) empfangen worden ist, über eine zweite optische Faser (18);

Übertragen von Licht, das von der zweiten optischen Faser (18) empfangen worden ist, auf die zweite Fahne (21) über einen zweiten optischen Lichttransmitter (19);

Empfangen von Licht, das von dem zweiten optischen Lichttransmitter (19) übertragen worden ist, und das von der zweiten Fahne (21) moduliert worden ist, in einem zweiten optischen Lichtempfänger (22);

Übertragen von Licht, das von dem zweiten optischen Lichtempfänger (22) empfangen worden ist, über eine dritte optische Faser (23), und Empfangen und Verarbeiten von Licht, das von der dritten optischen Faser (23) übertragen worden ist, in einem lichtsensitiven Sensor (12), um das Drehmoment zu bestimmen.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, ferner aufweisend das Übertragen von Licht zu und das Empfangen von moduliertem Licht von den ersten und zweiten Fahnen (16, 16a, 21, 21a) mittels U-förmigen Profilen (39, 40) und das Konvertieren des Lichts durch den lichtsensitiven Sensor (12, 41) in elektronische Pulse, die an PLD-Zählschaltkreise (47) übertragen werden, wo die Serien von Pulsen gespeichert werden und nachfolgend über eine Duplexkommunikation an einem Computer (49) übertragen, der basierend auf den empfangenen Pulsen das Drehmoment, die Winkelgeschwindigkeit und die Leistung, die sich in der Welle entwickelt hat, berechnet.

10. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 ferner aufweisend die Verwendung eines lichtsensitiven Sensors (12, 41), um das Licht in elektronische Pulse zu konvertieren, die die Zeit zwischen sowohl den ansteigenden bzw. abfallenden Flanken der Pulse repräsentieren, wodurch die Speicherung einer doppelten Anzahl von Zeitverzögerungen für eine Anzahl von Wellendrehungen ermöglicht wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8 ferner aufweisend, das Akkumulieren von sowohl der Zeit zwischen den ansteigenden Flanken und der Zeit zwischen den abfallenden Flanken für eine vorbestimmte Anzahl von Wellendrehungen und daraufhin das Berechnen eines Mittelwerts der Zeit zwischen den ansteigenden Flanken bzw. den abfallenden Flanken, um einen Ausdruck zu erhalten, der die Torsion der Welle darstellt, wenn die Winkelgeschwindigkeit bekannt ist.







IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

  Patente PDF

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com