[发明专利]具有U形剖面腹板的扭矩传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种扭矩传感器，其包括

(a)内部本体，

(b)同心围绕该内部本体的外部环形本体，

(c)将内部本体星形连接到外部环形本体的多个腹板(web)，

(d)用于引入扭矩的装置，

(e)在腹板上用于确定变形的至少一个测量元件。

背景技术

扭矩传感器是通过测量本体的变形来确定扭矩的传感器。大多数扭矩传感器与应变计一起操作。还有些扭矩传感器以压电、磁弹性或光学原理进行操作。

扭矩传感器可用于旋转或静止的轴上用以确定所传递的扭矩，而且也可用于扭矩扳手的校准装置。对于待校准的短体形且非常刚性的工具，如扭矩扳手，常常使用所谓的扭矩测量法兰。作为通用扭矩传感器的扭矩测量法兰由内毂通过多个辐条连接到外环而组成。辐条配有传感器(如应变计)，其测量所施加的扭矩处的弯曲负载。在这种扭矩传感器中，侧向力和侧向力矩的影响应尽可能地被补偿。此外，扭矩传感器应当具有低质量惯性力矩和高测量灵敏度的特征。

根据德国专利DE 42 08 522 C2的扭矩传感器不测量弯曲力，而测量剪切力。为此，该扭矩传感器具有内部本体或内毂以及同心的外部环形本体。该内部本体通过星形延伸的腹板连接到外部环形本体。测量传感器(例如应变计)安置于腹板上以检测扭转。

在德国专利申请DE 195 25 231 A1中描述了一种扭矩传感器，其由两个相对的法兰通过腹板相互连接而组成。应变计被设置在连接腹板上。扭矩传感器的这种变体的成本也相对较高。此外，这种扭矩传感器的动态特性是远远不够的。那里描述的扭矩传感器的另一缺点是，在高转速下仍然会出现零点偏移，并且这种扭矩传感器的制造成本非常高。

DE 202 09 850 U1公开了一种具有腹板的扭矩传感器，并且具有内部本体和同心围绕该内部本体的外部环形本体。具有不同宽度的腹板以星形方式将内部本体与环形本体连接起来。测量元件被设置在腹板上，确定所施加的扭矩产生的腹板的扭转。

上述扭矩传感器的一个缺点是该扭矩传感器的制造成本与其精度相关。

发明内容

因此，本发明的一个目的是创造一种扭矩传感器，其消除了上述现有技术中的缺点，并且被设计为尽可能具有成本效益且简单，并且仍然是灵敏和准确的。

根据本发明，该目标的实现是通过在第一段所提及的那种类型的扭矩传感器中包括

(f)所述多个腹板具有U形剖面(u-profile)的形状。

本发明基于如下原理：通过力引入而施加到扭矩传感器的侧向力和扭矩力被最优化地分布到多个腹板，该多个腹板具有用于检测变形的测量元件。至关重要的是，U形剖面对于侧向力具有非常高的抵抗力，从而在测量期间，腹板获得了局部稳定性并且侧向力的影响被彻底最小化。通过这一措施，腹板的数量可得以减少，这是由于每个腹板自身被形成得显著地更加稳定。

在本发明的一个优选实施例中，U形剖面具有1至1.5的U形剖面宽度与U形剖面高度的比。在这个比的情况下，可以实现高抗弯刚度和侧向力对测量元件的低冲击。

特别有利的是，U形剖面相对于扭矩传感器的中心布置成扭矩传感器半径与腹板中心半径的比为1.5至2.5。这就避免了扭矩尖峰并且均匀分布所引入的力。

在本发明的一个优选实施例中，U形剖面在高度和/或宽度上具有不同的厚度。这允许腹板在静力学和重量分布上有更多的可变性，从而实现扭矩传感器的改进的测量结果。

在本发明的一个优选实施例中，多个测量元件被分别布置在多个U形剖面处。通过这一措施，当扭矩被施加到扭矩传感器时，能够特别好地测量扭转或变形。

在本发明的另一有利的实施例中，扭矩传感器包括多边形插口。该多边形插口在测量期间形状配合地接收扭矩扳手的外多边形。

由此，多边形插口包括在其表面上的切口，所述切口例如接收扭矩扳手的外多边形的弹簧加载的球。该切口实现外多边形在多边形插口内的自由居中。这样，由于侧向力被大大地消除，可以显著减少居中误差所导致的测量误差。