DE10120580A1 - Sensor zur Messung eines Drehmomentes an einer rotierenden Welle - Google Patents

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Sensor zur Messung eines Drehmomentes vorgeschlagen, der an einer rotierenden Welle (1), beispielsweise einer Antriebs- oder Kardanwelle eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Der Sensor weist zwei Rohrteile (2, 3) auf, die konzentrisch zur Längsachse der rotierenden Welle (1) liegen. Die Rohrteile (2, 3) sind mit ihren abgewandten Endstücken (4, 5) mit der Welle (1) fixiert. Ihre zugewandten Endstücke (6, 7) sind gegenüberliegend angeordnet und weisen Bereiche mit unterscheidbaren Strukturen auf. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung sind die Endstücke überlappend angeordnet. Die Strukturen eignen sich in vorteilhafter Weise zur Bildung elektrischer Signale, die sich in Abhängigkeit von dem Verdrehwinkel (a) der rotierenden Welle (1) ändern. Aus den Signalen für den Verdrehwinkel (a) lässt sich das übertragene Drehmoment bestimmen.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Sensor zur Messung des Dreh­ momentes an einer rotierenden Welle nach der Gattung der ne­ bengeordneten Ansprüche 1 und 2. Sensoren zur Messung eines Drehmomentes an einer rotierenden Welle sind schon vielfältig bekannt. Sie weisen beispielsweise ein elastisches Element auf, aus dessen Verdrehwinkel das Drehmoment bestimmt wird. Derartige Sensoren sind in der Regel als komplette Einheit käuflich erhältlich und werden zwischen zwei Teilen der rotie­ renden Welle eingebaut.

Dieses Vorgehen hat den Nachteil, dass die rotierende Welle an der Einbaustelle geschwächt werden kann, was insbesondere bei der Übertragung von großen Drehmomenten ein Sicherheitsrisiko darstellt. Zum Anderen ergibt sich der Nachteil, dass diese Art der Drehmomentsensoren für die Übertragung eines bestimm­ ten Drehmomentbereiches vorgesehen ist. Beispielsweise können auf diese Weise nur kleine oder nur mittlere oder nur sehr große Drehmomente übertragen werden, wenn hohe Anforderungen an die Messgenauigkeit gestellt werden. Ein Drehmomentsensor, der alle Drehmomente von einem sehr kleinen Wert bis zu einem sehr großen Wert erfasst, ist dagegen nur schwer herstellbar.

Ein weiterer Aspekt ist, dass bei bekannten Drehmomentsensoren die geforderte Messgenauigkeit für einige Anwendungen nicht ausreichend ist. Beispielsweise wird für eine optimale Steue­ rung eines automatischen Getriebes eines Kraftfahrzeuges die genaue Kenntnis des momentan auf die Antriebswelle oder die Kardanwelle wirkenden Drehmomentes gefordert. Auch darf durch die Montage des Drehmomentsensors auf keinen Fall eine Schwä­ chung oder Beeinträchtigung erfolgen, da die Antriebswelle durch den stark wechselnden Betrieb bereits sehr hohen Belas­ tungen ausgesetzt ist.

Weiterhin ist bekannt, das Drehmoment beispielsweise an einer von einem Elektromotor angetriebenen Welle mit Hilfe der Stromaufnahme des Elektromotors zu bestimmen. Diese Messmetho­ de ist jedoch relativ ungenau und nicht immer verwendbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Sensor zur genauen und zuverlässigen Bestimmung eines Drehmomentes mit einem weiten Messbereich zu bilden. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 gelöst.

Der erfindungsgemäße Sensor zur Messung des Drehmomentes an einer rotierenden Welle mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche 1 und 2 hat demgegenüber den Vor­ teil, dass die sich stirnseitig gegenüberliegenden Endstücke mit ihren unterschiedlichen Strukturen in Abhängigkeit von dem einwirkenden Drehmoment mehr oder weniger gegeneinander ver­ schieben. Dadurch entsteht ein Verdrehwinkel, der mit einer Messeinrichtung elektrisch gut erfassbar ist. Darüber hinaus wird bei dem Sensor nach Anspruch 2 als besonders vorteilhaft angesehen, dass sich die überlappend angeordneten Endstücke mit ihren gegenüberstehenden Flächen der unterscheidbaren Strukturen auch gegeneinander in Richtung der Längsachse ver­ schieben können. Dieses kann unabhängig von dem einwirkenden Drehmoment zum Beispiel bei Zug- oder Druckbelastung auf die rotierende Welle auftreten. Auch schwankende Temperaturen wir­ ken sich praktisch nicht nachteilig aus. Dadurch ist diese An­ ordnung vorteilhaft dort einsetzbar, wo mit den oben genannten Belastungen gerechnet werden muss.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den nebengeordneten Ansprüchen 1 und 2 angegebenen Sensoren möglich. Als besonders vorteilhaft wird dabei angesehen, die zugewandten Endstücke mit einer Struktur von zahnförmigen Aus­ sparungen zu versehen, die sich dann wenigstens teilweise ge­ genüber liegen beziehungsweise überlappend angeordnet sind. Diese Strukturen sind beispielsweise durch eine mechanische Bearbeitung wie Fräsen, Sägen, Formen usw. leicht herstellbar. Auch sind geeignete Strukturen leicht für elektrische Messver­ fahren nutzbar, mit denen kontaktlos der Verdrehwinkel der ro­ tierenden Welle präzise erfassbar ist.

Die Ausbildung der Strukturen mit unterscheidbaren magneti­ schen Widerständen hat den Vorteil, dass Änderungen der magne­ tischen Widerstände, die durch das Verdrillen der rotierenden Welle verändert werden, mit elektrischen Mitteln leicht er­ fassbar sind. Als magnetische Widerstände können zum Beispiel die gegenüberstehenden Strukturen der Endstücke ausgebildet sein, die miteinander einen Luftspalt bilden. Je nach Verdril­ lungsgrad ändert sich auch die Größe des wirksamen Luftspaltes zwischen zwei gegenüberliegenden Strukturen und damit auch die Größe des magnetischen Flusses. Die Messung erfolgt kontakt­ los, so dass an der rotierenden Welle in vorteilhafter Weise keine Stromleitungen angebracht werden müssen. Um die Größe der Strukturen beziehungsweise den gebildeten Luftspalt zu be­ grenzen, werden die Strukturen vorteilhaft am Umfang der End­ stücke alternierend angeordnet. Dazu ist die Anordnung von we­ nigstens einem Strukturpaar erforderlich.

Für die Messung der Änderung des magnetischen Widerstandes sind mehrere per se bekannte Messverfahren anwendbar. Bei ei­ ner bevorzugten Ausführungsform wird der magnetische Fluss mit einem per se bekannten Hallsensor gemessen, der den magneti­ schen Fluss eines sich drehenden Dauermagneten detektiert und in eine proportionale Hallspannung umsetzt. Zu diesem Zweck werden an den beiden Endstücken entsprechende Dauermagnete an­ gebracht, deren magnetischer Fluss von einem oder mehreren feststehenden Hallsensoren erfasst werden. Bei Verdrillung der rotierenden Welle ändert sich auch der Fluss und die Hallspan­ nung.

Eine günstige Lösung wird auch in der Verwendung eines magnet­ feldabhängigen Widerstandes gesehen, der die Signale des ro­ tierenden Dauermagneten erfasst. Der magnetfeldabhängige Wi­ derstand liefert bei Versorgung mit einem Konstantstrom dyna­ mische Spannungssignale, die der Verdrillung der rotierenden Welle proportional sind und entsprechend ausgewertet werden.

Eine alternativ günstige Lösung besteht auch in der Verwendung eines elektromagnetischen Wechselfeldes, das von einer Spule erzeugt wird. Die Spule ändert unter dem Einfluss der Verdril­ lung der rotierenden Welle ihre Spuleninduktivität. Diese Än­ derung lässt sich ebenfalls zur Bestimmung des Drehmomentes der rotierenden Spule auswerten.

Die zahnförmig ausgebildeten Materialaussparungen der Endstü­ cke gestatten in vorteilhafter Weise die Bildung von Kondensa­ torstrukturen. Dadurch können diese Strukturen beispielsweise in einem dielektrischen Feld zur Bestimmung der Kapazität ge­ nutzt werden. Die Kapazitätsmessung stellt somit eine alterna­ tive Lösung zur Messung des magnetischen Flusses dar.

Eine weitere alternative Möglichkeit einer physikalischen Grö­ ße wird auch in der Messung des Lichtflusses gesehen. Der Lichtfluss kann beispielsweise durch Änderung des Brechungsin­ dexes eines lichtleitenden Materials erreicht werden. Ein La­ ser sendet einen Lichtstrahl aus, dessen Reflexion von einem Fotosensor erfasst wird. Der Laser bietet dabei den Vorteil, dass er einen sehr dünnen Strahl aussendet, dessen Reflektio­ nen entsprechend wenig streuen.

Als besonders vorteilhaft wird auch angesehen, dass mit der Messeinrichtung zur Bestimmung des Drehmomentes auch die Dreh­ zahl der rotierenden Welle bestimmt werden kann, ohne dass we­ sentliche zusätzliche Einrichtungen benötigt werden, bei­ spielsweise durch Erfassung von Spitzenwerten. Dadurch können zusätzliche Drehzahlsensoren eingespart werden.

Eine besondere vorteilhafte Lösung wird auch in der Anordnung der Messeinrichtung direkt auf einem der beiden Rohrstücke ge­ sehen. Die Stromversorgung und die Übertragung der Messergeb­ nisse kann elektromagnetisch über eine Luftstrecke durchge­ führt werden. Dadurch werden keine festen Zuleitungen benö­ tigt, da die Übertragung - ähnlich wie bei einem Transponder - kontaktlos erfolgt.

Der Drehzahlsensor erscheint in vorteilhafter Weise besonders dort verwendbar, wo hohe Ansprüche an die Messgenauigkeit und Resistenz gegen Umwelteinflüsse wie Temperatur, mechanische Spannungen, Schmutz, Feuchtigkeit usw. vorherrschen, da er ge­ gen diese Einflüsse besonders unempfindlich ist. Die Anwendung an einer Antriebswelle eines Motors, einer Kardanwelle oder an der Lenkwelle eines Kraftfahrzeuges erscheint daher besonders vorteilhaft.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar­ gestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung, wenn kein Drehmoment einwirkt,

Fig. 2 zeigt das erste Ausführungsbeispiel mit einem einwirkenden Drehmoment,

Fig. 3 zeigt ein Schnittbild zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1,

Fig. 4 zeigt ein Schnittbild zum Ausführungsbeispiel der Fig. 2,

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung in schematischer Darstellung, wenn kein Drehmoment einwirkt,

Fig. 6 zeigt das zweite Ausführungsbeispiel mit einem einwirkenden Drehmoment,

Fig. 7 zeigt ein Schnittbild zum Ausführungsbeispiel der Fig. 5,

Fig. 8 zeigt ein Schnittbild zum Ausführungsbeispiel der Fig. 6,

Fig. 9 zeigt eine erste Messanordnung zur Messung des elektromagnetischen Flusses,

Fig. 10 zeigt eine zweite Messanordnung zur Messung des elektromagnetischen Flusses und

Fig. 11 zeigt eine Messanordnung mit einem Schutzgehäuse.

Das erste Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt in Fig. 1 schematisch einen Ausschnitt einer rotierenden Welle 1 in Sei­ tenansicht, an die der Sensor zur Messung des Drehmomentes und auch der Drehzahl angeordnet ist. Der Sensor weist zwei Rohr­ teile 2, 3 auf, die konzentrisch zur Längsachse der rotierenden Welle 1 liegen. Die einander abgewandten Endstücke 4, 5 sind an ihren Enden mit der Welle 1 beispielsweise durch Schweißen, Aufschrumpfen, Schrauben oder dergleichen fixiert. Die einan­ der zugewandten Endstücke 6, 7 liegen dagegen frei und stehen sich beispielsweise mit einem geringen Abstand berührungslos gegenüber. Bei Einwirkung eines Drehmomentes auf die rotieren­ de Welle 1 verdrillt sie sich um einen Verdrehwinkel (Winkel­ differenz) a, wobei die Größe des Verdrehwinkels a an dem Messort 8 nicht nur von der Größe des einwirkenden Drehmomen­ tes, sondern auch von der Verdrehsteifigkeit der Welle 1 und dem Abstand zwischen den beiden Fixierpunkten 4, 5 abhängt. Für die Bestimmung des absoluten Drehmomentes sind diese Werte al­ so zu berücksichtigen.

Die Ausbildung der beiden einander zugewandten Endstücke 6, 7 hängt im Wesentlichen von dem verwendeten Messverfahren ab. In einem ersten Anwendungsfall weisen diese Endstücke 6, 7 mecha­ nisch ausgebildete Strukturen auf, die beispielsweise durch Sägen, Fräsen, Formen u. a. zahnförmig geformt sind. Diese Strukturen werden dabei derart an der rotierenden Welle 1 an­ geordnet, dass sich jeweils zwei Zähne mit ihren Stirnseiten mit einem kleinen Spalt gegenüberliegen, wenn kein Drehmoment einwirkt. Diese Anordnung eignet sich besonders zur Messung des magnetischen Widerstandes beziehungsweise des magnetischen Flusses über den Luftspalt zwischen den beiden Zähnen mit ei­ nem per se bekannten Messverfahren, da sich bei Verdrillung die den magnetischen Fluss leitende Fläche verringert und so­ mit der magnetische Widerstand ansteigt. Auf die einzelnen Messverfahren wird noch in einem späteren Kapitel näher einge­ gangen.

Für die Messung genügen wenigstens zwei unterscheidbare Struk­ turen, in diesem Fall wenigstens ein Zahn auf jedem Endstück 6, 7. Aus Symmetriegründen und damit keine unerwünschte Unwucht entsteht, werden in der Praxis mehrere Zähne vorgesehen, die am Umfang entsprechend angeordnet sind.

In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, an Stelle der mechanischen Aussparungen unterscheidbare Struktu­ ren aus magnetisch unterschiedlichen Materialien wie Eisen-/­ Nichteisenmaterialien zu verwenden, die entsprechend geformt und angeordnet sind.

Eine weitere alternative Lösung besteht darin, die Material­ stärke zu variieren.

Auch können die Strukturen der Endstücke 6, 7 elektrisch iso­ liert ausgebildet werden, so dass sich Kondensatoren bilden, die im elektrischen Feld gemessen werden können.

Werden die Strukturen dagegen als Lichtleiter mit veränderba­ rem Reflexionsfaktor ausgebildet, dann kann beispielsweise mit einem Laserstahl das vom Verdrehwinkel a abhängige reflektier­ te Licht von einem Fotosensor ausgewertet werden.

Je nach Anwendungsfall und Ausbildung der Strukturen lassen sich also die verschiedensten physikalischen Parameter für die Messung anwenden, wobei immer die drehmomentabhängige Änderung des entsprechenden Flusses ausgewertet wird. Aus Gründen des besseren Verständnisses werden stellvertretend in der Zeich­ nung nur die Messverfahren für den elektromagnetischen Fluss näher erläutert. Die weiter genannten Messverfahren werden a­ nalog angewendet.

Fig. 2 zeigt die Situation beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung, wenn auf die Welle 1 ein Drehmoment einwirkt. In diesem Fall sind die beiden zugewandten Endstücke 6, 7 mit ihren Zahnstrukturen um den Verdrehwinkel a verdreht. Durch den Verdrehwinkel a haben sich die gegenüberliegenden Stirn­ flächen der Zähne verringert, so dass gegenüber der Fig. 1 diese Winkeldifferenz a als Maß für das einwirkende Drehmoment verwendet werden kann.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Schnittbilder des Sensors, wie er zu den Fig. 1 und 2 erläutert wurde. Die Schnittbilder be­ ziehen sich auf den Messort 8. In Fig. 3 sind zunächst als innerer Ring die Welle 1 und als äußerer Ring die beiden End­ stücke 6, 7 zu erkennen. Die eingezeichneten radialen Strahlen zeigen das Schnittmuster für die Strukturen an, in unserem Beispiel die Zähne und die Aussparungen. Daran erkennt man, dass die Zähne gleichmäßig über den Umfang verteilt angeordnet sind. Sowohl die Breite der Zähne als auch die der Aussparun­ gen wurden gleich groß gewählt. In alternativer Ausgestaltung der Erfindung kann selbstverständlich die Anzahl der Zähne und deren Breite beliebig gewählt werden.

Der Fig. 3 ist weiter entnehmbar, dass die Strahlen symmet­ risch zur vertikalen Achse liegen. Das bedeutet, dass hier der Verdrehwinkel a = 0 ist, weil kein Drehmoment auf die Welle 1 einwirkt. Anders ist es bei der Darstellung in Fig. 4. Hier sind die Strahlen um den Verdrehwinkel a verschoben, da in diesem Fall (s. Fig. 2) ein Drehmoment wirksam ist.

Beim ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wurde davon ausge­ gangen, dass der Luftspalt zwischen den Strukturen (Zähnen) stets gleich breit ist. Ändert sich die Spaltbreite beispiels­ weise durch Temperatur-, Druck- oder Zugbelastungen an der ro­ tierenden Welle 1, dann hat dies einen direkten Einfluss auf das Messergebnis. Für diesen Fall wird ein zweites Ausfüh­ rungsbeispiel der Erfindung vorgeschlagen, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.

Der Sensor der Fig. 5 ist so aufgebaut, dass sich seine bei­ den Rohrteile 2, 3 ein Stück berührungsfrei überlappen. Bei­ spielsweise hat das Rohrteil 3 einen größeren Durchmesser als das Rohrteil 2. Dadurch liegen auch die Endstücke 6, 7 mit ih­ ren Strukturen übereinander. Die Überschneidungen wurden dabei so gewählt, dass bei fehlender Belastung die Zähne (Struktu­ ren) größere überlappende Flächen bilden. Bei steigender Be­ lastung werden die wirksamen überlappenden Flächen kleiner, so dass diese Differenz - ähnlich wie beim ersten Ausführungsbei­ spiel der Erfindung - ausgewertet werden kann. Der Vorteil dieser Ausführungsform liegt darin, dass geringe Verschiebun­ gen auf der Längsachse im Vergleich zu den überlappenden Flä­ chen keinen so großen Einfluss haben. Diese Anwendungsform ist daher besonders bei Temperatur-, Druck- und Zugschwankungen an der rotierenden Welle vorteilhaft.

Die Fig. 7 und 8 zeigen zu den Ausführungsbeispielen der Fig. 5 und 6 die entsprechenden Querschnitte, die wiederum an dem Messort 8 aufgenommen wurden. In Fig. 7 ist der Quer­ schnitt des Sensors gemäß der Fig. 5 dargestellt, wenn kein Drehmoment auf die Welle 1 einwirkt. Der innere Ring ent­ spricht der Welle 1, die wiederum als Rohr ausgeführt ist. Der mittlere Ring entspricht dem in Fig. 5 dargestellten unteren Rohrteil 2, der mit einem gewissen Abstand zur Welle 1 fixiert ist. Der äußere Ring entspricht dem oberen Rohrteil 3, das zu dem unteren Rohrteil ebenfalls einen gewissen Abstand auf­ weist. Die genannten Abstände sind vorgesehen, damit die Ver­ drillung der Welle 1 ohne Reibungsverluste erfolgen kann. An­ dererseits ist der Abstand zwischen den beiden Rohrteilen 2, 3, insbesondere im Bereich der überlappenden Strukturen der End­ stücke 6, 7 konstant zu halten, da eine Änderung dieses Abstan­ des das Messergebnis direkt beeinflussen kann. Der Abstand kann beispielsweise auch mittels eines Abstandshalters, wie er durch eine isolierende Folie gebildet werden kann, ausgeführt sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass Schwingungen der freiliegenden Rohrstücke 4, 5 vermeiden werden. Zum Anderen kann die Folie als Dielektrikum zwischen zwei Kondensatorplat­ ten verwendet werden und dadurch das Messergebnis gegebenen­ falls verbessern. Der Verdrehwinkel a beträgt in diesem Fall 0°.

In Fig. 8 ist der Querschnitt des Sensors gemäß der Fig. 6 dargestellt, wenn ein bestimmtes Drehmoment auf die Welle 1 einwirkt. Dadurch ergibt sich eine Verschiebung der radialen Strahlen, die durch den eingezeichneten Verdrehwinkel a ver­ deutlicht ist. Ansonsten entspricht diese Figur der Beschrei­ bung zur Fig. 7.

Die Fig. 9 bis 11 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung für verschiedene Messanordnungen. Die Messanordnungen betref­ fen beispielhaft im Wesentlichen die Messung des magnetischen Widerstandes, der eigentlich als magnetischer Fluss erfasst wird. Die Nutzung anderer physikalischer Parameter wie des dielektrischen Flusses (Messung von Kapazitätsänderungen) oder des Lichtflusses, bei dem die Strukturen aus lichtleitendem Material mit hoher Brechungszahl ausgebildet sind unter Ver­ wendung eines dünnen Laserstrahls, ist analog vorsehbar.

Fig. 9 zeigt eine Messanordnung zur Messung des magnetischen Flusses, bei der an den Rohrstücken 2, 3 zwei Magnetspulen 9 ringförmig angeordnet sind. Die Magnetspulen 9 weisen einen Eisenkern auf, bei dem ein freier Schenkel durch die beiden Rohrstücke 2, 3 gebildet wird. Die Magnetspulen 9 sind daher im Bereich der Endstücke 6, 7 angeordnet, so dass der durch die Strukturen entstehende Luftspalt als veränderbarer magneti­ scher Widerstand einbezogen wird.

Eine Messeinrichtung 11 ist vorzugsweise auf dem Rohrstück 2 fest angeordnet und mit den Magnetspulen 9 elektrisch verbun­ den. Sie erzeugt einerseits das Magnetfeld (je nach Messver­ fahren ein Gleich- oder Wechselfeld) und misst andererseits den magnetischen Widerstand beziehungsweise den magnetischen Fluss. Zum Anderen empfängt und sendet sie über elektromagne­ tische Wellen beispielsweise nach einem per se bekannten Transponderverfahren sowohl die Versorgungsenergie als auch die Mess- und Steuerdaten.

Als alternative Lösung kann beispielsweise die Versorgungs­ energie über eine relativ niedere Frequenz wie 125 KHz von au­ ßen zur Messeinrichtung 11 gesendet und die Daten, vorzugswei­ se digital kodiert, mit 6 MHz nach außen gesendet werden.

Eine weitere alternative Lösung wird darin gesehen, die Sig­ nalübertragung mittels einer transformatorischen Kopplung durchzuführen. Dies wird dadurch erzielt, dass sich der magne­ tische Fluss über einen sich wenig ändernden Querschnitt bis zur Karosserie schließt. Dies wird dadurch erreicht, dass der magnetische Widerstand für die Datenübertragung im Verhältnis zum magnetischen Widerstand der Messstrecke klein gewählt wird.

Eine weitere alternative Lösung besteht in der Verwendung ei­ ner kapazitiven Kopplung, wobei der oder die Kondensatoren für die Datenübertragung groß gegenüber dem Messkondensator ge­ wählt werden.

Wie der Fig. 9 weiter entnehmbar ist, ist im unteren Teil ei­ ne Referenzspule 10 vorgesehen, die ebenfalls mit der Messein­ richtung 11 verbunden ist. Sie bildet mit einer feststehenden Referenzstruktur 12 einen definierten magnetischen Widerstand, mit dem das Messergebnis verglichen wird. Die Messeinrichtung 11 in Verbindung mit der Referenzspule 10 und der Referenz­ struktur 12 ist so aufgebaut, dass bei unbelasteter Welle 1 gleiche Ergebnisse erzielt werden. Die oberen beiden Mag­ netspulen 9 sind vorzugsweise in einer Brückenschaltung ver­ schaltet, mit der der Verdrehwinkel a gemessen wird. Dieses Messergebnis wird mit dem Messergebnis der Referenzmessein­ richtung verglichen. Die Differenz entspricht dem Verdrehwin­ kel a. Der Vorteil dieser Einrichtung besteht darin, dass Ein­ flüsse durch Temperatur, Alterung und Ähnlichem vermieden wer­ den.

Fig. 10 zeigt eine alternative Lösung, wie sie beispielsweise bei der oben genannten transformatorischen oder kapazitiven Kopplung Verwendung finden kann. Im Unterschied zum Ausfüh­ rungsbeispiel der Fig. 9 sind hier die Magnetspulen 9 fest­ stehend angeordnet. Die Signalübertragung erfolgt beispiels­ weise über Kondensatoren 13 oder transformatorisch, wenn der magnetische Widerstand der Teile 13 entsprechend ausgebildet ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 11 ist der Aufbau der Messeinrichtung ähnlich ausgeführt, wie er zu Fig. 9 be­ schrieben wurde. Zum Schutz gegen Umgebungseinflüsse wie Schmutz, Feuchtigkeit oder anderer Stoffe ist der Sensor mit einem Gehäuse 14 hermetisch abgeschlossen. Das Gehäuse 14 ist vorzugsweise über Kugellager 15 mit der Welle 1 verbunden, so dass es sich mit der Welle 1 nicht mitdreht. So ist von der Karosserie über das Gehäuse 15 eine leitende Verbindung zu den innenliegenden Bauteilen beispielsweise über Schleifringe mög­ lich.

Natürlich ist das Gehäuse 15 bei einer entsprechenden Ausfüh­ rungsform auch bei der Messeinrichtung der Fig. 10 anwendbar.

Der Sensor lässt sich beispielsweise bei einer Antriebswelle eines Motors eines Kraftfahrzeugs, wie der Kardanwelle anwen­ den. Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist bei einer Lenkwel­ le (Lenkradwelle) gegeben.

Claims (15)

1. Sensor zur Messung eines Drehmomentes an einer rotierenden Welle (1) mit zwei Rohrteilen (2, 3), die konzentrisch zur Längsachse der rotierenden Welle (1) angeordnet sind,
wobei ihre abgewandten Endstücke (4, 5) mit der rotierenden Welle (1) fixiert und ihre zugewandten Endstücke (6, 7) relativ zueinander verdrehbar sind, und
wobei das Drehmoment mit Hilfe einer zwischen den beiden End­ stücken (6, 7) entstehenden Winkeldifferenz (a) bestimmbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Endstücke (6, 7) sich stirnseitig gegenüberliegend angeordnet sind und dass jedes Endstück (6, 7) wenigstens zwei unterscheidbare Strukturen aufweist.

2. Sensor zur Messung eines Drehmomentes an einer rotierenden Welle (1), mit zwei Rohrteilen (2, 3), die konzentrisch zur Längsachse der rotierenden Welle (1) angeordnet sind,
wobei ihre abgewandten Endstücke (4, 5) mit der rotierenden Welle (1) fixiert und ihre zugewandten Endstücke (6, 7) relativ zueinander verdrehbar sind, und
wobei das Drehmoment mit Hilfe der zwischen den beiden Endstü­ cken (6, 7) entstehenden Winkeldifferenz (a) bestimmbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die beiden Endstücke (6, 7) überlappend angeordnet sind und dass jedes Endstück (6, 7) wenigstens zwei unterscheidbare Strukturen aufweist.

3. Sensor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zugewandten Endstücke (6, 7) eine Struktur mit zahn­ förmigen Materialaussparungen aufweisen, die wenigstens teil­ weise gegenüberliegend oder überlappend angeordnet sind.

4. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Endstücke (6, 7) eine Struktur mit unter­ scheidbaren magnetischen Widerständen aufweisen.

5. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der magnetischen Widerstände durch eine proportionale Erfassung des magnetischen Flusses erfolgt, vorzugsweise mit­ tels eines Hallsensors in Verbindung mit einem Dauermagneten.

6. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der magnetischen Widerstände durch einen magnetfeldab­ hängigen Widerstand in Verbindung mit einem Dauermagneten durchführbar ist.

7. Sensor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der magnetischen Widerstände durch ein Wechselfeld ei­ ner Spule durchführbar ist.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Endstücke (6, 7) wenigstens eine Kondensa­ torstruktur aufweisen.

9. Sensor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messung der Kondensatorstruktur in einem dielektrischen Feld durchführbar ist.

10. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Endstücke (6, 7) wenigstens teilweise ein lichtleitendes Material mit einem hohen Brechungsindex aufwei­ sen, dessen Lichtfluss von einem Laser erzeugt wird.

11. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Anzahl der gemessenen Signale pro Zeiteinheit die Drehzahl der rotierenden Welle (1) bestimmbar ist.

12. Sensor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung (11) auf dem rotie­ renden Sensor aufgebracht ist und dass die Energieversorgung und der Datentransfer elektromagnetisch über die Luft erfolgt.

13. Sensors nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor an einer Antriebwelle eines Motors, vorzugsweise eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist.

14. Sensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor an einer Kardanwelle angeordnet ist.

15. Sensor nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Sensor an einer Lenkwelle des Kraft­ fahrzeugs angeordnet ist.