(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動構体においてトルクおよび回転方向を測定するための駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置において、
回転軸線（８）のまわりにトルクを伝達するためにトルク負荷されかつ回転駆動されることができかつ第１軸端（１０）および第２軸端（１１）を有するトーション軸の形で設けられるトーション要素（９）、
ジャーナルの形を有しかつ前記回転軸線（８）に対して横方向に前記トーション要素（９）の前記第２軸端に相対回転不能に取着されかつ前記トーション要素（９）が回転するとき、第１回転円（３３）上で回動される第１伝達体要素（１６）、
第１管端（２２）および第２管端（２４）を有する管の形で設けられ、前記トーション要素（９）のまわりに同軸的に配置されかつその第１管端（２２）が前記第１軸端（１０）に堅固に接続される基準要素（２１）、
前記基準要素（２１）の前記第２管端（２４）の外周面上に、前記第１伝達体要素（１６）に対して周方向に間隔を置いて相対回転不能に設けられ、前記トーション要素（９）が回転するとき、該第１伝達体要素の第１回転円（３３）と一致した第２回転円上で動かされる２伝達体要素（３４）、
前記回転軸線（８）からある距離においてハウジング（１）に固定配置されかつ前記第１及び第２伝達体要素（１６，３４）の通過を感知しかつそれらに対応する一連の信号を発生するセンサユニット（３５）で、そのさい該センサユニットの測定範囲内で前記伝達体要素（１６，３４）が、異なる時間長さでかつ異なる時間々隔の信号を発生し、ならびに
送られてきた信号の時間々隔および信号の時間長さに関する連続性シーケンスおよび異なる時間長さの信号間隔から、印加されたトルクおよび回転方向を決定する評価ユニット（３６）を含んでおり、
そのさい前記基準要素（２１）の前記第２管端（２４）が、前記トーション要素（９）に取着された前記第１伝達体要素（１６）の通過及び回転運動を許容するような第２凹所（２７）を含み、そして前記両伝達体要素（１６，３４）が、それらの共通の第１及び第２の回転円（３３）上の１平面において周方向にずらして配置され、
そのさい前記基準要素（２１）の前記第２管端（２４）には、前記第２凹所（２７）に対して直径方向に沿った反対側の位置に第１凹所（２６）が設けられ、そして前記第１伝達体要素（１６）の前記第１凹所（２６）内に半径方向に延びる第１突起（１８）と、前記第２凹所（２７）から半径方向に突出する第２突起（１９）とが伝達体部分として機能し、そして
前記トーション要素（９）が、予め定められた最大トルクを超過すると、前記基準要素（２１）が、トルクの伝達を補助することを特徴とする駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置。
【請求項２】
前記第２伝達体要素（３４）が、前記第２突起（１９）が突出する前記第２凹所（２７）に対して周方向にずれた位置において前記基準要素（２１）の外面（２８）から突出して設けられていることを特徴とする請求項１に記載の駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置。
【請求項３】
前記第２伝達体要素（３４）が、前記第１伝達体要素（１６）として作用している前記第２突起（１９）より長い周方向長さを有していることを特徴とする請求項２に記載の駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動構体においてトルクおよび回転方向を測定するための駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
駆動装置にかかる装置を一体に組み込むことは知られている（例えば、特許文献Ｉ参照。）。また、第１伝達体円板および第２伝達体円板を含んでいる軸においてトルクを測定する装置も知られている（例えば、特許文献ＩＩ参照。）。
【０００３】
【特許文献Ｉ】
西独国特許第４２３１４１２号明細書
【特許文献ＩＩ】
米国特許第４４８８４４３号明細書
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
回転構成要素において、例えば、駆動装置におけるトルク負荷駆動軸においてトルクを測定するために、前記構成要素は好ましくは歪みゲージを備えている。かかる装置において、それらが研究用測定装置に必要とされるように高精度のトルク信号を発生することができる。また、信号の伝達は送信機および受信機によって接触なしの方法で行われ得る。歪みゲージからの測定ブリッジを設け、歪みゲージを較正し、かつ電気的接続を設けることは高いコストを発生する。
【０００５】
顕著なコスト要因は回転軸から固定構成要素への信号の伝達である。駆動装置内の電気的構成要素の高い集積度のため、かかる信号の伝達は高い固有のエラー割合をこうむる。多くの装置および機械に関してこの型の測定装置のかかる高い精度は必要とされない。しかしながら、上述した装置は適切なコストレベルが達成される範囲に改善され得る。これは運転過程のトルク測定の高い利点に拘わらず、かかる装置は実用的には農業機械の駆動装置には決して使用されないためである。
【０００６】
特許文献ＩＩにおいて、第１伝達体円板は軸に対して相対回転不能に接続される。第２伝達体円板は軸に対して同軸に配置される管に対して相対回転不能に接続される。管は、第１伝達体円板から或る距離に配置される第１の長手方向端で、相対回転不能に軸に接続される。管の第２端は軸上に摺動可能に支持されかつ第１伝達体円板に隣接するように配置される。さらに、第２伝達体円板は管の第２端に固定される。
【０００７】
第１伝達体円板および第２伝達体円板は各々端面から出発しかつそれぞれ他の伝達体円板に向かって突出する歯を含んでいる。第１伝達体円板の歯および第２伝達体円板の歯は周部を横切って交互に分布されかつ互いから或る距離に配置される。軸に対して静止するように固定されるセンサは軸が回転するとき歯の通過を記録する。トルク負荷が高いならば、軸は第１伝達体円板が第２伝達体円板に対して回転させられるように捻られ、第１伝達体円板の歯および第２伝達体円板の歯との間の距離は変化する。センサによって記録されたような歯の間の距離は印加されたトルクに関する結果を許容する。しかしながら、欠点は、軸の回転方向もトルクの方向も決定することができないということである。
【０００８】
本発明の目的は、トルクおよび回転方向を決定するのに適する装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この目的は、回転軸線のまわりにトルクを伝達するためにトルク負荷されかつ回転駆動されることができかつ第１軸端および第２軸端を有するトーション軸の形で設けられるトーション要素、ジャーナルの形を有しかつ前記回転軸線に対して横方向に前記トーション要素の前記第２軸端に相対回転不能に取着されかつ前記トーション要素が回転するとき、第１回転円上で回動される第１伝達体要素、第１管端および第２管端を有する管の形で設けられ、前記トーション要素のまわりに同軸的に配置されかつその第１管端が前記第１軸端に堅固に接続される基準要素、前記基準要素の前記第２管端の外周面上に、前記第１伝達体要素に対して周方向に間隔を置いて相対回転不能に設けられ、前記トーション要素が回転するとき、該第１伝達体要素の第１回転円と一致した第２回転円上で動かされる２伝達体要素、前記回転軸線からある距離においてハウジングに固定配置されかつ前記第１及び第２伝達体要素の通過を感知しかつそれらに対応する一連の信号を発生するセンサユニットで、そのさい該センサユニットの測定範囲内で前記伝達体要素が、異なる時間長さでかつ異なる時間々隔の信号を発生し、ならびに、送られてきた信号の時間々隔および信号の時間長さに関する連続性シーケンスおよび異なる時間長さの信号間隔から、印加されたトルクおよび回転方向を決定する評価ユニットを含んでおり、そのさい前記基準要素の前記第２管端が、前記トーション要素に取着された前記第１伝達体要素の通過及び回転運動を許容するような第２凹所を含み、そして前記両伝達体要素が、それらの共通の第１及び第２の回転円上の１平面において周方向にずらして配置され、そのさい前記基準要素の前記第２管端には、前記第２凹所に対して直径方向に沿った反対側の位置に第１凹所が設けられ、そして前記第１伝達体要素の前記第１凹所内に半径方向に延びる第１突起と、前記第２凹所から半径方向に突出する第２突起とが伝達体部分として機能し、そして前記トーション要素が、予め定められた最大トルクを超過すると、前記基準要素が、トルクの伝達を補助することを特徴とする駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置を提供することによって達成される。
【００１０】
印加されたトルクの関数として、トーション要素のねじれ度合いは変化する。結果として、第１伝達体要素は、支配しているトルクの関数として、異なる長さの信号間隔が信号間に発生するように第２伝達体要素に対して回転させられる。号間隔の長さはトーション角度および印加されたトルクに関する結果を許容する。
【００１１】
伝達体要素が、それらが異なる長さの信号をかつ関連の測定範囲において、信号間の異なる長さの信号間隔を発生するような方法において設計されるので、結果はトーション要素の回転方向に関して引き出され得る。例えば、第１伝達体要素は第２伝達体要素よりも周方向において長い。さらに、周方向において、第１伝達体要素と第２伝達体要素との間の距離は、第２伝達体要素と第１伝達体要素との間より小さくすることができる。
【００１２】
それゆえ、第１方向への回転の場合に、第１伝達体要素の長い信号は長い信号によって引き起こされる。かかる場合に、他の回転方向において、長い信号は長い信号によって引き起こされる。前記シーケンスは回転方向の決定を許容する。いったん回転方向が決定されると、また、トルクの方向を決定することができる。
【００１３】
第２伝達体要素が基準要素の１部分を形成しかつ第１回転円が第２回転円上に置かれるため、伝達体要素のまたは伝達体要素の基準縁部のまたは基準面の通過は１つのセンサのみによって識別されることができる。
【００１４】
第２伝達体要素は、第２突起がそれから出る第２凹所に対して周部にずれるように基準要素の外面上に配置されるジャーナル要素の形で設けられ得る。
【００１５】
第２伝達体要素として役立っているジャーナル要素は第１伝達体要素として役立っている第２突起より周方向において長い。
【００１６】
本発明の好適な実施の形態を農業機器用の駆動構体に関連してより詳細に説明する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図はハウジング１またはボックス形状のキャリヤフレームが、その外方に突出している駆動ジャーナル３がトルクを導くのに役立つ第１ベベルギヤ角度駆動装置２と連係する農業機器用駆動構体の１部分を示している。トルク測定装置６およびともに回転軸線８のまわりに回転可能な駆動軸７を介して、第１ベベルギヤ角度駆動装置２は、それから或る距離において、ハウジング１と連係しかつ出力ジャーナル５を含んでいる第２ベベルギヤ角度駆動装置４に回転接続される。
【００１８】
駆動ジャーナル３を介して導入されるトルクは出力ジャーナル５に前記構体を介して通される。駆動軸７は、また、対応する出力ジャーナルを備えた１または幾つかのさらに他のベベルギヤ角度駆動装置とのトルク接続を確立するのに役立っている。後述されるトルク測定装置６に応じて設計される１またはそれ以上のトルク測定装置が駆動されるようなさらに他の部分に導いている駆動ラインに組み込まれることができる。
【００１９】
トルク測定装置６は標準の作動範囲に必要とされるトルク範囲に関して設計される断面を有する軸の形のトーション要素９を含んでいる。このトーション要素９は第１軸端１０および第２軸端１１を含んでいる。前記軸端１０，１１はトルクを受けるとき捻られる中間の領域に対して厚くされる。第１軸端１０は筒状ピン１４を介して取着要素１２に接続され、この取着要素１２は駆動軸７との接続を設けるのに役立つ締め付け部分１３を含んでいる。第１軸端１０はかくして、前記駆動軸７が回転するとき、第１軸端１０がそれとともに回転するように駆動軸に回転接続される。
【００２０】
第２軸端１１は第２ベベルギヤ角度駆動装置４のベベルギヤと相対回転不能に接続するのに役立つ接続ジャーナル１５を備えている。さらに、第２軸端１１はその軸線が回転軸線８を直角において横切る横方向孔２０を含んでいる。横方向孔２０内には、その筒状接続部分１７によってジャーナルの形状において第１伝達体要素１６が挿入される。この第１伝達体要素１６は第１突起１８および、それに対して直径的に、他端において第２突起１９を含んでいる。
【００２１】
トーション要素９のまわりには、その第１管端２２が、第１伝達体要素１６から或る距離において、溶接２３によって取着要素２１に堅固に接続される管状の基準要素２１が配置される。この基準要素２１はしたがってまたトーション要素９の第１軸端１０に堅固に接続され、その結果基準要素２１はトーション要素９の回転運動に追随する。その第２管端２４の領域において、管状の基準要素２１は転動ベアリング２５によって第２軸端１１上に支持される。
【００２２】
第２管端２４はかくして第１管端２２に追随し、すなわち、測定される領域においてどのような変形も受けず、これに反して、トーション要素９に印加されるトルクの結果として、回転方向に依存して、第２軸端１１における基準点は、第１軸端１０においてトルクなしの状態においてしたがって配置される基準点に先行するかまたは追随する。第２管端２４は２つの直径的に配置される凹所、すなわち、第１凹所２６および第２凹所２７を備えている。これらは画成された領域を横切って管の周方向に延び、２つの凹所２６，２７は同一になっている。
【００２３】
第１突起１８は第１凹所２６の内側まで延びているが、外側に向かって、それは管状の基準要素２１の外面２８と面一である。第２突起１９は第２凹所２７を貫通しかつ管状の基準要素２１の外面２８から一定の寸法だけ突出する。２つの凹所２６，２７の周部延長部は一定の寸法だけ２つの突起１８，１９の周部延長部を越える。これは、トーション要素９がトルク負荷されるとき、それらの自由度の限界内で、２つの突起１８，１９が、それらの平らな部分２９，３０によって、２つの突起１８，１９が対応する頂部面３１，３２に対して載置するようになりかつ予め定めた最大照るクリーニングが達成されるまで凹所２６，２７内で自由に動くことができることを意味している。
【００２４】
その後、基準要素２１が、また、第１ベベルギヤ角度駆動装置２から第２ベベルギヤ角度駆動装置４へのトルクの伝達に関与する。伝達体部分として役立っている第２突起１９の部分が管状の基準要素２１の外面２８を超えて突出するので、その部分は伝達体要素の機能を実用的に取り；回転するとき、回転円３３上に心出しされる。管状の基準要素２１の外面２８から、第２伝達体要素３４が突出し、この第２伝達体要素３４は第２凹所２７に対して周部でずれかつ周方向に見られるならば、第２突起１９より長くかつ伝達体部分として作用する第２突起の部分より長い。
【００２５】
第２伝達体要素３４は第２突起１９と同一の回転円上に配置される。さらに、
第１伝達体要素１６および第２伝達体要素３４は１８０°より小さい角度を取り囲んでいる。かくして、回転の場合において、２つの伝達体要素は短い間隔で互いに追随しかつそれに次いで長い信号間隔が追随する信号を発生する。トルクが回転方向Ｎに印加されるならば、第１伝達体要素１６の第２突起１９は第２伝達体要素３４を越えて動きかつかかるリードの寸法が回転円３３と反対にかつしたがって２つの伝達体要素１６，３４と反対に配置されるセンサ３５によって記録される。
【００２６】
センサ要素３５は評価ユニット３６に接続され、この評価ユニット３６は追随する第２伝達体要素３４に対して回転方向Ｎに進んでいる第１伝達体要素１６の通過の、時間に関しての、ずれを基礎にして印加されたトルクを計算するのに役立っている。前記印加されたトルクは２つの伝達体要素１６，３４間のまたは第１伝達体要素１６の第２突起１９と第２伝達体要素３４との間の距離に比例する。
【００２７】
評価ユニット３６は音響信号または例えば駆動装置を停止する切り換えシーケンスを発生することができる。また、印加されたトルクを指示しまたは音響警報を発生するのに使用され得る。本発明による装置の使用は上述した駆動構体に限定されない。農業機器および機械用の駆動装置に使用されることから離れて、本発明の装置は一般的に駆動ラインに、また例えば、自転車の駆動ラインに使用されることができる。
【００２８】
【発明の効果】
叙上のごとく、本発明は、駆動構体においてトルクおよび回転方向を測定するための駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置において、回転軸線のまわりにトルクを伝達するためにトルク負荷されかつ回転駆動されることができかつ第１軸端および第２軸端を有するトーション軸の形で設けられるトーション要素、ジャーナルの形を有しかつ前記回転軸線に対して横方向に前記トーション要素の前記第２軸端に相対回転不能に取着されかつ前記トーション要素が回転するとき、第１回転円上で回動される第１伝達体要素、第１管端および第２管端を有する管の形で設けられ、前記トーション要素のまわりに同軸的に配置されかつその第１管端が前記第１軸端に堅固に接続される基準要素、前記基準要素の前記第２管端の外周面上に、前記第１伝達体要素に対して周方向に間隔を置いて相対回転不能に設けられ、前記トーション要素が回転するとき、該第１伝達体要素の第１回転円と一致した第２回転円上で動かされる２伝達体要素、前記回転軸線からある距離においてハウジングに固定配置されかつ前記第１及び第２伝達体要素の通過を感知しかつそれらに対応する一連の信号を発生するセンサユニットで、そのさい該センサユニットの測定範囲内で前記伝達体要素が、異なる時間長さでかつ異なる時間々隔の信号を発生し、ならびに、送られてきた信号の時間々隔および信号の時間長さに関する連続性シーケンスおよび異なる時間長さの信号間隔から、印加されたトルクおよび回転方向を決定する評価ユニットを含んでおり、そのさい前記基準要素の前記第２管端が、前記トーション要素に取着された前記第１伝達体要素の通過及び回転運動を許容するような第２凹所を含み、そして前記両伝達体要素が、それらの共通の第１及び第２の回転円上の１平面において周方向にずらして配置され、そのさい前記基準要素の前記第２管端には、前記第２凹所に対して直径方向に沿った反対側の位置に第１凹所が設けられ、そして前記第１伝達体要素の前記第１凹所内に半径方向に延びる第１突起と、前記第２凹所から半径方向に突出する第２突起とが伝達体部分として機能し、そして前記トーション要素が、予め定められた最大トルクを超過すると、前記基準要素が、トルクの伝達を補助する構成としたので、トルクおよび回転方向を決定するのに適する駆動構体におけるトルクおよび回転方向測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明によるトルク測定装置を含んでいる駆動構体部分を示す長手方向断面図である。
【図２】  図１の線ＩＩ−ＩＩによる断面図である。
【図３】  関連の評価ユニットを示している、図１における線ＩＩＩ−ＩＩＩによる断面図である。
【符号の説明】
１  ハウジング
２  第１ベベルギヤ角度駆動装置
３  駆動ジャーナル
４  第２ベベルギヤ角度駆動装置
５  出力ジャーナル
６  トルク測定装置
７  駆動軸
８  回転軸線
９  トーション要素
１０  第１軸端
１１  第２軸端
１２  取着要素
１３  締め付け部分
１４  筒状ピン
１５  接続ジャーナル
１６  第１伝達体要素
１７  接続部分
１８  第１突起
１９  第２突起
２０  横方向孔
２１  管状の基準要素
２２  第１管端
２３  溶接
２４  第２管端
２５  転動ベアリング
２６  第１凹所
２７  第２凹所
２８  外面
２９  平らな部分
３０  平らな部分
３１  ストッパ面
３２  ストッパ面
３３  回転円
３４  第２伝達体要素
３５  センサ要素
３６  評価ユニット
Ｎ  回転方向
【図１】
0003653074.tif 000002
【図２】
0003653074.tif 000003
【図３】
0003653074.tif 000004