-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement mit mindestens einem Magnetfeldsensor unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes.
-
Die
US 8,087,304 B2 zeigt einen magnetoelastischen Drehmomentsensor zum Messen eines auf eine Welle wirkenden Drehmomentes. Die Welle weist eine oder mehrere umfängliche Magnetisierungen auf.
12 der
US 8,087,304 B2 zeigt eine Ausführungsform mit nur einer umfänglichen Magnetisierung, wobei zwei primäre Magnetfeldsensoren im Bereich der Magnetisierung und zwei sekundäre Magnetfeldsensoren neben dem Bereich der Magnetisierung angeordnet sind.
18 der
US 8,087,304 B2 zeigt eine Ausführungsform mit zwei umfänglichen Magnetisierungen, die abwechselnd polarisiert sind, wobei auch mehrere Magnetfeldsensoren an einem axialen Übergang zwischen den beiden Magnetisierungen angeordnet sind.
8 der
US 8,087,304 B2 zeigt eine Ausführungsform mit drei umfänglichen Magnetisierungen, die abwechselnd polarisiert sind, wobei jeweils ein Magnetfeldsensor in einem der Bereiche der drei Magnetisierungen angeordnet ist. Durch die besondere Anordnung der Magnetfeldsensoren soll der Einfluss von magnetischen Störfeldern aufgehoben werden.
-
Aus der
DE 698 38 904 T2 ist ein Drehmomentsensor mit kreisförmiger Magnetisierung bekannt. Die Magnetisierung ist in einem ferromagnetischen, magnetostriktiven Material einer Welle ausgebildet und erstreckt sich kreisförmig um die Welle.
-
Die
DE 10 2015 202 240 B3 zeigt in den
5 bis
8 verschiedene Ausführungsformen einer Anordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes. Diese Ausführungsformen umfassen radial messende Magnetfeldsensoren an drei unterschiedlichen axialen Positionen.
-
Die
DE 10 2014 219 336 B3 lehrt ein Verfahren und eine Anordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement unter Nutzung des invers-magnetostriktiven Effektes. Einige Ausführungsformen dieser Anordnung ermöglichen die gleichzeitige Messung von Biege- und Torsionsmomenten sowie Querkräften.
-
Die
US 5,321,985 lehrt einen magnetostriktiven Drehmomentsensor, bei welchem eine magnetostriktive Schicht auf die äußere Oberfläche einer Welle aufgebracht ist und gegenüber von Anregungs- und Detektionsspulen positioniert ist. Ein auf die Welle wirkendes Drehmoment verursacht eine Materialspannung in der magnetostriktiven Schicht, wodurch sich deren relative magnetische Permeabilität richtungsabhängig ändert. Das aus der magnetostriktiven Schicht austretende magnetische Feld ist mit den Detektionsspulen messbar.
-
Die
DE 699 36 138 T2 zeigt einen magnetischen Kraftsensor, bei welchem ein magnetisiertes Material einem Biegemoment ausgesetzt ist, wobei mithilfe einer Sensoranordnung das äußere Magnetfeld des magnetisierten Materials bestimmbar ist.
-
Die
US 2007/0022809 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Messung von Drehmomenten, bei welcher eine Schicht aus einem magnetostriktiven Material in einer Welle ausgebildet ist.
-
Aus der
US 5,052,232 ist ein magnetoelastischer Drehmomentsensor bekannt, bei welchem ein Maschinenelement mit zwei umlaufenden magnetostriktiven Beschichtungen versehen ist.
-
Aus der
DE 692 22 588 T2 ist ein ringförmig magnetisierter Drehmomentsensor bekannt.
-
Die
WO 2007/048143 A2 lehrt einen Sensor mit einem magnetisierten Schaft.
-
Die
WO 01/27638 A1 zeigt einen Beschleunigungssensor mit einem Schaft, der umfänglich oder longitudinal magnetisiert ist.
-
Aus der
WO 2006/053244 A2 ist ein Drehmomentsensor bekannt, der eine Magnetisierung an einem rotierenden Schaft umfasst. Die Magnetisierung ist umfänglich ausgebildet.
-
Die
US 8,191,431 B2 zeigt eine Sensoranordnung mit einem magnetisierten Schaft.
-
Die
EP 2 365 927 B1 zeigt ein Tretlager mit zwei Tretkurbeln und mit einem Kettenblattträger, der mit einer Welle des Tretlagers verbunden ist. Der Kettenblattträger ist drehfest mit einer Kettenblattwelle verbunden, die wiederum drehfest mit der Welle verbunden ist. Die Kettenblattwelle weist abschnittsweise eine Magnetisierung auf. Es ist ein Sensor vorgesehen, der eine Änderung der Magnetisierung bei einem im Bereich der Magnetisierung vorliegenden Drehmoment erfasst.
-
Aus der
EP 0 803 053 B1 ist ein Drehmomentsensor bekannt, der einen magnetoelastischen Messwandler umfasst. Der Messwandler sitzt als zylindrische Hülse auf einer Welle.
-
Die durch den invers-magnetostriktiven Effekt hervorgerufenen zu messenden Magnetfelder sind in der Regel sehr klein. Die Flussdichten betragen üblicherweise nur bis zu einige hundert µT, wohingegen beispielsweise die Flussdichte des Erdmagnetfeldes etwa 50 µT beträgt. Als Magnetfeldsensoren werden deshalb hauptsächlich Fluxgate-Spulen eingesetzt.
-
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht ausgehend vom Stand der Technik darin, die Flussdichte eines durch den invers-magnetostriktiven Effekt hervorgerufenen zu messenden Magnetfeldes zu erhöhen, um aufwandsarme Magnetfeldsensoren verwenden zu können.
-
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung dient zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement. Die Kraft bzw. das Moment wirkt auf das Maschinenelement, wodurch es zu mechanischen Spannungen kommt und sich das Maschinenelement zumeist geringfügig verformt. Die Achse bildet bevorzugt eine Rotationsachse des Maschinenelementes. Durch die Achse sind eine radiale Richtung, eine tangentiale bzw. umfängliche Richtung und eine axiale Richtung definiert.
-
Das Maschinenelement weist mindestens einen sich umfänglich um die Achse herum erstreckenden Magnetisierungsbereich für eine im Maschinenelement ausgebildete Magnetisierung auf. Es handelt sich somit um einen die Achse umlaufenden Magnetisierungsbereich, d. h. einen zirkularen Magnetisierungsbereich, wobei die Achse selbst bevorzugt nicht einen Teil des Magnetisierungsbereiches bildet. Der eine Magnetisierungsbereich bzw. die mehreren Magnetisierungsbereiche weisen jeweils eine tangentiale Ausrichtung in Bezug auf eine sich um die Achse herum erstreckende Oberfläche des Maschinenelementes auf. Der eine Magnetisierungsbereich bzw. die mehreren Magnetisierungsbereiche weisen bevorzugt jeweils ausschließlich eine tangentiale Ausrichtung in Bezug auf eine sich um die Achse herum erstreckende Oberfläche des Maschinenelementes auf. Der eine Magnetisierungsbereich bzw. die mehreren Magnetisierungsbereiche erstrecken sich bevorzugt jeweils entlang eines geschlossenen Pfades um die Achse herum, wobei die Magnetisierungsbereiche kurze Lücken aufweisen dürfen. Die mehreren Magnetisierungsbereiche sind bevorzugt axial benachbart. Der eine Magnetisierungsbereich bzw. die mehreren Magnetisierungsbereiche bilden einen Primärsensor zur Bestimmung der Kraft bzw. des Momentes.
-
Die Anordnung umfasst weiterhin mindestens einen Magnetfeldsensor, welcher einen Sekundärsensor zur Bestimmung der Kraft bzw. des Momentes bildet. Der Primärsensor, d. h. der eine Magnetisierungsbereich bzw. die mehreren Magnetisierungsbereiche dienen zur Wandlung der zu messenden Kraft bzw. des zu messenden Momentes in ein entsprechendes Magnetfeld, während der mindestens eine Sekundärsensor die Wandlung dieses Magnetfeldes in ein elektrisches Signal ermöglicht. Der mindestens eine Magnetfeldsensor ist gegenüber dem Maschinenelement angeordnet, wobei bevorzugt nur ein geringer radialer Abstand zwischen dem Magnetfeldsensor und einer äußeren Oberfläche des Maschinenelementes vorhanden ist. Der mindestens eine Magnetfeldsensor ist zur einzelnen Messung einer radialen Richtungskomponente eines durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes ausgebildet. Die Eignung des Magnetfeldsensors zur einzelnen Messung der radialen Richtungskomponenten des Magnetfeldes kann unmittelbar oder mittelbar ausgebildet sein. Das genannte Magnetfeld tritt aufgrund des invers-magnetostriktiven Effektes auf. Somit beruht die mit der erfindungsgemäßen Anordnung mögliche Messung auf dem invers-magnetostriktiven Effekt.
-
Erfindungsgemäß umfasst die Anordnung weiterhin einen Magnetflussleitkörper aus einem ferromagnetischen Material, welcher sich in oder um das Maschinenelement zumindest abschnittsweise in Richtung der Achse erstreckt. Folglich ist beispielsweise das Maschinenelement hohl und der Magnetflussleitkörper erstreckt sich im hohlen Maschinenelement entlang der Achse. Alternativ ist der Magnetflussleitkörper hohl und das Maschinenelement erstreckt sich im hohlen Magnetflussleitkörper. Durch die Anordnung des Magnetflussleitkörpers im oder um das Maschinenelement ist mindestens ein durch den Magnetflussleitkörper verlaufender magnetischer Kreis für das durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkte Magnetfeld ausgebildet. Somit schließt sich das aus dem Maschinenelement austretende Magnetfeld über den Magnetflussleitkörper, da das ferromagnetische Material magnetisch leitend ist. Das ferromagnetische Material zeigt ferromagnetische Eigenschaften und ist beispielsweise durch Stahl, Eisen, Nickel, Cobalt oder eine Legierung wie z. B. AlNiCo, SmCo, NdFe14B, Ni80Fe20 oder NiFeCo gebildet. Das ferromagnetische Material ist bevorzugt durch einen Ferrit gebildet. Erfindungsgemäß ist der mindestens eine Magnetfeldsensor in einem Zwischenraum zwischen dem Magnetflussleitkörper und dem Maschinenelement angeordnet, wobei dieser Zwischenraum bevorzugt die Form eines Hohlzylinders aufweist, welcher bevorzugt koaxial zur Achse angeordnet ist. Falls das Maschinenelement im hohlen Magnetflussleitkörper angeordnet ist, so ist der mindestens eine Magnetfeldsensor zwischen einer Innenseite des hohlen Magnetflussleitkörpers und dem Maschinenelement angeordnet, d. h. im Inneren des hohlen Magnetflussleitkörpers. Das ferromagnetische Material des Magnetflussleitkörpers ist bevorzugt nicht magnetisiert. Das ferromagnetische Material des Magnetflussleitkörpers weist bevorzugt eine kleine Remanenzflussdichte auf, sodass dieser nicht in einem technisch relevanten Maße magnetisierbar ist. Der Magnetflussleitkörper ist bevorzugt nicht zur Übertragung von Kräften oder Momenten ausgebildet, insbesondere nicht zur Übertragung der auf das Maschinenelement wirkenden Kräften oder Momente. Somit ist der Magnetflussleitkörper bevorzugt mechanisch unbelastet.
-
Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass durch das aufwandsarme Anordnen des Magnetflussleitkörpers im oder um das Maschinenelement die Flussdichte des infolge des invers-magnetostriktiven Effektes aus dem Maschinenelement austretenden Magnetfeldes an der Position des Magnetfeldsensors deutlich erhöht ist, sodass dieses Magnetfeld aufwandsärmer und/oder genauer messbar ist.
-
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung ist der mindestens eine Magnetfeldsensor in dem durch den Magnetflussleitkörper verlaufenden magnetischen Kreis für das durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkte Magnetfeld angeordnet. Somit wirkt die erhöhte Flussdichte insbesondere auch auf den mindestens einen Magnetfeldsensor.
-
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung ist zwischen dem Magnetflussleitkörper und dem Maschinenelement ein Luftspalt ausgebildet, in welchem der mindestens eine Magnetfeldsensor angeordnet ist. Der Luftspalt ist bevorzugt um die Achse umlaufend ausgebildet.
-
Insofern der Magnetflussleitkörper hohl ist, so ist dieser durch einen Hohlkörper gebildet. Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung weist die Innenseite des Hohlkörpers zumindest in einem axialen Abschnitt, in welchem der mindestens eine Magnetfeldsensor angeordnet ist, die Form eines Zylinders auf.
-
Der Hohlkörper ist besonders bevorzugt durch eine Hülse oder durch ein Gehäuse gebildet. Die Hülse weist bevorzugt die Form eines Hohlzylinders auf. Die Hülse ist bevorzugt koaxial zum Maschinenelement angeordnet.
-
Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung weist das Maschinenelement zumindest in einen axialen Bereich, in welchem der mindestens eine Magnetfeldsensor angeordnet ist, die äußere Form eines Zylinders auf.
-
Insofern das Maschinenelement hohl ist und sich der Magnetflussleitkörper im hohlen Maschinenelement erstreckt, so weist der Magnetflussleitkörper bevorzugt die Form eines Zylinders oder eines Hohlzylinders auf, welcher bevorzugt koaxial zum Maschinenelement angeordnet ist.
-
Das Maschinenelement weist bevorzugt weiterhin mindestens einen magnetisch neutralen Bereich auf. Der eine magnetisch neutrale Bereich bzw. die mehreren magnetisch neutralen Bereiche sind bevorzugt axial zwischen den mehreren Magnetisierungsbereichen und/oder axial neben dem mindestens einen Magnetisierungsbereich angeordnet. Besonders bevorzugt ist jeweils einer der mehreren magnetisch neutralen Bereiche axial zwischen den mehreren Magnetisierungsbereichen und axial neben den Magnetisierungsbereichen angeordnet.
-
Die mehreren Magnetisierungsbereiche sind bevorzugt axial beabstandet zueinander angeordnet, wobei zwischen zwei benachbarten der Magnetisierungsbereiche jeweils einer der magnetisch neutralen Bereiche angeordnet ist. Insofern mehr als zwei der Magnetisierungsbereiche vorhanden sind, weisen diese bevorzugt jeweils einen gleichen Abstand zueinander auf. Alternativ bevorzugt sind die mehreren Magnetisierungsbereiche axial unmittelbar benachbart angeordnet, sodass sich zwischen den Magnetisierungsbereichen keine magnetisch neutralen Bereiche befinden.
-
Der eine Magnetisierungsbereich bzw. die mehreren Magnetisierungsbereiche können permanent oder temporär magnetisiert sein. Bei bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung ist der eine Magnetisierungsbereich bzw. sind die mehreren Magnetisierungsbereiche permanent magnetisiert, sodass die Magnetisierung durch eine Permanentmagnetisierung gebildet ist. Bei alternativ bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anordnung weist diese weiterhin mindestens einen Magneten zum Magnetisieren des mindestens einen Magnetisierungsbereiches auf, sodass die Magnetisierung des mindestens einen Magnetisierungsbereiches grundsätzlich temporär ist. Der mindestens eine Magnet kann durch einen Permanentmagneten oder bevorzugt durch einen Elektromagneten gebildet sein.
-
Der mindestens eine permanent bzw. temporär magnetisierte Magnetisierungsbereich ist in einem von einer Kraft bzw. von einem Moment unbelasteten Zustand des Maschinenelementes nach außerhalb des Magnetisierungsbereiches bevorzugt magnetisch neutral, sodass kein technisch relevantes Magnetfeld außerhalb des mindestens einen Magnetisierungsbereiches messbar ist.
-
Der eine Magnetisierungsbereich bzw. die mehreren Magnetisierungsbereiche stellen jeweils einen Teil des Volumens des Maschinenelementes dar. Der eine Magnetisierungsbereich bzw. die mehreren Magnetisierungsbereiche sind bevorzugt jeweils ringförmig ausgebildet, wobei die Achse des Maschinenelementes auch eine mittlere Achse der jeweiligen Ringform bildet. Besonders bevorzugt weist der eine Magnetisierungsbereich bzw. weisen die mehreren Magnetisierungsbereiche jeweils die Form eines zur Achse des Maschinenelementes koaxialen Hohlzylinders auf.
-
Die sich um die Achse erstreckenden mehreren Magnetisierungsbereiche weisen bevorzugt unterschiedliche Polaritäten auf, d. h. sie besitzen zueinander einen umgekehrten Umlaufsinn. Sind mehr als zwei der sich um die Achse erstreckenden Magnetisierungsbereiche vorhanden, so weisen diese bevorzugt zueinander abwechselnde Polaritäten auf. Die Magnetisierungsbereiche sind abgesehen von deren Polarität bevorzugt gleich ausgebildet. Die Magnetisierungsbereiche weisen bevorzugt jeweils eine hohe Magnetostriktivität auf.
-
Das Maschinenelement weist bevorzugt die Form eines Prismas oder eines Zylinders auf, wobei das Prisma bzw. der Zylinder koaxial zu der Achse angeordnet ist. Das Prisma bzw. der Zylinder ist bevorzugt gerade. Besonders bevorzugt weist das Maschinenelement die Form eines geraden Kreiszylinders auf, wobei der Kreiszylinder koaxial zu der Achse angeordnet ist. Bei besonderen Ausführungsformen ist das Prisma bzw. der Zylinder konisch ausgebildet. Das Prisma bzw. der Zylinder kann auch hohl sein.
-
Das Maschinenelement ist bevorzugt durch eine Welle, durch eine Hohlwelle, durch eine Schaltgabel, durch einen Flansch oder durch einen Hohlflansch gebildet. Die Welle, die Schaltgabel, der Flansch bzw. der Hohlflansch können für Belastungen durch unterschiedliche Kräfte und Momente ausgelegt sein und beispielsweise eine Komponente eines Sensortretlagers, eines Wankstabilisators oder eines Düngemittelstreuers sein. Grundsätzlich kann das Maschinenelement auch durch völlig andersartige Maschinenelementtypen gebildet sein.
-
Der mindestens eine Magnetfeldsensor ist bevorzugt durch einen Halbleitersensor gebildet. Der mindestens eine Magnetfeldsensor ist alternativ bevorzugt durch einen Hall-Sensor, durch eine Spule, durch eine Förstersonde oder durch ein Fluxgate-Magnetometer gebildet. Grundsätzlich können auch andere Sensortypen verwendet werden, insofern sie zur Messung einer einzelnen Richtungskomponente des durch den invers-magnetostriktiven Effekt hervorgerufenen magnetischen Feldes geeignet sind.
-
Der Magnetfeldsensor weist bevorzugt die axiale Position eines der magnetisch neutralen Bereiche auf, der axial neben dem Magnetisierungsbereich angeordnet ist. Alternativ bevorzugt weist der Magnetfeldsensor die axiale Position des Magnetisierungsbereiches auf.
-
Besonders bevorzugt umfasst das Maschinenelement zwei der Magnetisierungsbereiche, während die Anordnung mindestens zwei der Magnetfeldsensoren umfasst, die bevorzugt gleich sind. Bevorzugt weisen die beiden Magnetfeldsensoren entweder eine gleiche axiale Position oder eine gleiche umfängliche Position auf. Besonders bevorzugt weisen die beiden Magnetfeldsensoren eine gleiche radiale Position, d. h. einen gleichen Abstand zur Achse auf. Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weisen die beiden Magnetfeldsensoren eine gleiche axiale Position auf. Besonders bevorzugt sind die beiden Magnetfeldsensoren in Bezug auf die Achse gegenüberliegend angeordnet. Die beiden Magnetfeldsensoren weisen bevorzugt die axiale Position desjenigen der magnetisch neutralen Bereiche auf, welcher axial zwischen den beiden Magnetisierungsbereichen angeordnet ist. Somit sind die beiden Magnetfeldsensoren axial zwischen den beiden Magnetisierungsbereichen angeordnet; bevorzugt axial mittig zwischen den beiden Magnetisierungsbereichen. Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung weisen die beiden Magnetfeldsensoren eine gleiche umfängliche Position auf, sodass sie axial benachbart sind. Besonders bevorzugt weisen die beiden axial benachbarten Magnetfeldsensoren jeweils die axiale Position eines der beiden Magnetisierungsbereiche auf.
-
Die erfindungsgemäße Anordnung kann weitere Magnetfeldsensoren und weitere Magnetisierungsbereiche umfassen, wodurch beispielsweise die gleichzeitige Messung von auf das Maschinenelement wirkenden Momenten in alle drei Raumrichtungen ermöglicht ist.
-
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
- 1 eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei Magnetfeldsensoren; und
- 2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei Magnetfeldsensoren.
-
1 und 2 zeigen jeweils eine erfindungsgemäße Anordnung in zwei Ansichten. Die linken Teile der Figuren umfassen jeweils eine Querschnittsansicht, während die rechten Teile der Figuren jeweils eine Aufsicht der jeweiligen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung umfassen.
-
1 zeigt eine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. Die Anordnung umfasst zunächst ein Maschinenelement in Form eines Hohlflansches 01, welcher an einem Grundkörper 02 befestigt ist. Der Hohlflansch 01 weist die Form eines hohlen Kreiszylinders auf. Der Hohlflansch 01 erstreckt sich in einer Achse 03, welche auch die mittlere Achse der Hohlzylinderform des Hohlflansches 01 bildet. Der Hohlflansch 01 wird insbesondere auf Torsion mit einem Drehmoment Mt belastet. Der Hohlflansch 01 besteht aus einem magnetoelastischen Material, welches den invers-magnetostriktiven Effekt aufweist.
-
In jeweils einem axialen Abschnitt des Hohlflansches 01 sind zwei Permanentmagnetisierungsbereiche 04 ausgebildet, welche sich jeweils umlaufend um die Achse 03 herum erstrecken; d. h. es handelt sich um zirkulare Permanentmagnetisierungen, wobei die beiden Permanentmagnetisierungsbereiche 04 einen entgegengesetzten Umlaufsinn aufweisen. Die beiden Permanentmagnetisierungsbereiche 04 liegen in zwei axial beabstandeten Ebenen. In einem axialen Abschnitt zwischen den beiden Permanentmagnetisierungsbereichen 04 ist ein magnetisch neutraler Bereich 06 angeordnet, wo der Hohlflansch 01 nicht magnetisiert ist, d. h. magnetisch neutral ist. Auch in den axialen Abschnitten neben der durch die beiden Permanentmagnetisierungsbereiche 04 und den magnetisch neutralen Bereich 06 gebildeten Einheit sind äußere magnetisch neutrale Bereiche 07 angeordnet, wo der Hohlflansch 01 nicht magnetisiert ist.
-
Umfänglich um den Hohlflansch 01 herum sind zwei Magnetfeldsensoren 08 angeordnet, welche einen gleichen Abstand zur Achse 03 aufweisen und um diese gleichverteilt angeordnet sind, sodass sie sich in Bezug auf die Achse 03 gegenüberstehen. Die beiden Magnetfeldsensoren 08 weisen eine gleiche axiale Position auf, welches gleichzeitig die axiale Position des magnetisch neutralen Bereiches 06 ist. Die beiden Magnetfeldsensoren 08 stehen den Permanentmagnetisierungsbereichen 04 gegenüber, sodass nur ein geringer Abstand zwischen den Permanentmagnetisierungsbereichen 04 und den Magnetfeldsensoren 08 vorhanden ist. Die beiden Magnetfeldsensoren 08 sind beispielsweise jeweils durch einen Halbleitersensor gebildet. Die beiden Magnetfeldsensoren 08 sind dazu ausgebildet, jeweils eine radiale Richtungskomponente eines Magnetfeldes, welches durch äußere magnetische Kreise 09 veranschaulicht ist, einzeln zu messen.
-
Die Anordnung umfasst weiterhin eine Hülse 11, welche koaxial zum Hohlflansch 01 und zur Achse 03 angeordnet ist. Die Hülse 11 ist ebenfalls am Grundkörper 02 befestigt und wird aber nicht mechanisch beansprucht. Die Hülse 11 besteht aus einem ferromagnetischen Material und ist nicht magnetisiert. Der Hohlflansch 01 befindet sich im Inneren der Hülse 11. Zwischen dem Hohlflansch 01 und der Hülse 11 ist ein umlaufender Luftspalt 12 ausgebildet, in welchem sich die beiden Magnetfeldsensoren 08 befinden. Der Luftspalt 12 besitzt die Form eines Hohlzylinders.
-
Die äußeren magnetischen Kreise 09 schließen sich über die Hülse 11, wodurch die magnetische Flussdichte in diesen äußeren magnetischen Kreisen 09 deutlich höher als die magnetische Flussdichte in inneren magnetischen Kreisen 13 ist, welche sich nicht über die Hülse 11 schließen. Die deutlich erhöhte magnetische Flussdichte in den äußeren magnetischen Kreisen 09, welche durch die Magnetfeldsensoren 08 verlaufen, führt zu eine verbesserten Messbarkeit des Magnetfeldes, welches wegen des invers-magnetostriktiven Effektes aufgrund der Permanentmagnetisierung in den Permanentmagnetisierungsbereichen 04 und der Belastung des Hohlflansches 01 durch das Drehmoment Mt aus dem Hohlflansch 01 tritt.
-
2 zeigt eine zweite bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, die zunächst der in 1 gezeigten Ausführungsform gleicht. Im Unterschied zu der in 1 gezeigten Ausführungsform weisen die beiden Magnetfeldsensoren 08 eine gleiche umfängliche Position auf, sodass sie axial benachbart angeordnet sind. Die beiden Magnetfeldsensoren 08 weisen jeweils die axiale Position wie einer der beiden Permanentmagnetisierungsbereiche 04 auf. Diese Ausführungsform ist zur Messung eines auf den Hohlflansch 01 wirkenden Biegemomentes Mb geeignet. Wegen des invers-magnetostriktiven Effektes tritt aufgrund der Permanentmagnetisierung in den Permanentmagnetisierungsbereichen 04 und der Belastung des Hohlflansches 01 durch das Biegemoment Mb ein Magnetfeld aus dem Hohlflansch 01, welches sich wiederum über die äußeren magnetische Kreise 09 schließt, wobei die äußeren magnetische Kreise 09 umfänglich durch den Hohlflansch 01 und durch die Hülse 11 verlaufen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 01
- Hohlflansch
- 02
- Grundkörper
- 03
- Achse
- 04
- Permanentmagnetisierungsbereich
- 05
- -
- 06
- magnetisch neutraler Bereich
- 07
- äußerer magnetisch neutraler Bereich
- 08
- Magnetfeldsensor
- 09
- äußerer magnetischer Kreis
- 10
- -
- 11
- Hülse
- 12
- Luftspalt
- 13
- innerer magnetischer Kreis
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 8087304 B2 [0002]
- DE 69838904 T2 [0003]
- DE 102015202240 B3 [0004]
- DE 102014219336 B3 [0005]
- US 5321985 [0006]
- DE 69936138 T2 [0007]
- US 2007/0022809 A1 [0008]
- US 5052232 [0009]
- DE 69222588 T2 [0010]
- WO 2007/048143 A2 [0011]
- WO 0127638 A1 [0012]
- WO 2006/053244 A2 [0013]
- US 8191431 B2 [0014]
- EP 2365927 B1 [0015]
- EP 0803053 B1 [0016]