DE102015116202A1 - Sensoreinrichtung mit einem Träger - Google Patents

Sensoreinrichtung mit einem Träger Download PDF

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    • G01L1/12Measuring force or stress, in general by measuring variations in the magnetic properties of materials resulting from the application of stress
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Abstract

Sensor zur Erfassung von auf einen Träger (1, 1') einwirkenden Zug-, Druck- und/oder Biegekräften, welcher wenigstens eine magnetisierbare Fläche (2) aufweist. Der Sensor (13) umfasst wenigstens zwei Sensorspulen (12, 15), die in einem vorbestimmten Winkel zu einer Längsachse (14) des Trägers (1, 1') angeordnet sind. Der Sensor (13) ist beidseitig des Trägers (1, 1') positionierbar und die magnetisierbare Fläche (2) des Trägers (1, 1') ist plan. Der Sensor (13) kann Veränderungen der Magnetisierung durch auf den Träger (1, 1') einwirkende Zug-, Druck- und/oder Biegekräfte erfassen.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Sensor nach Anspruch 1. Die Erfindung betrifft zusätzlich eine Sensoreinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 und eine Verwendung des Sensors nach dem Anspruch 21.
  • Aus der US 2014/0360282 A1 ist ein magnetoelastischer Sensor bekannt, der eine sich in Längsrichtung erstreckende Welle aufweist. Auf der Welle ist ein magnetoelastisch aktiver Bereich angeordnet. Die Magnetisierung wird direkt oder indirekt auf der Welle erzeugt oder auf die Welle aufgebracht. Eine auf die Welle aufgebrachte Belastung wird auf die Magnetisierung übertragen. Ein im Bereich der Magnetisierung angeordneter Magnetfeldsensor erzeugt ein Signal, das die Veränderung des magnetischen Feldes durch die auf die Welle aufgebrachte Belastung wiedergibt.
  • Ein Magnetfeldsensor misst die magnetische Flussdichte des Magnetfeldes und leitet sie in einer auswertbaren Form vorzugsweise an eine elektronische Einrichtung zur Signalverarbeitung weiter. Die Magnetische Flussdichte wird dabei in der Einheit T (Tesla) gemessen.
  • Sensoren können z. B. nach ihrem Wirkprinzip in magnetische, optische, induktive und mechanische Sensoren unterteilt werden.
  • Im Folgenden wird beispielhaft von einem magnetischen Sensor ausgegangen.
  • Magnetfeldsensoren kommen z. B. in Form von Fluxgates, Hallsonden oder Potentialspulen zum Einsatz.
  • Beispielhaft und in keiner Weise ausschließlich wird im Weiteren von einem Magnetfeldsensor, vorzugsweise von einem Fluxgate-Sensor ausgegangen.
  • Magnetfeldsensoren funktionieren berührungsfrei und somit ohne äußere mechanische Betätigungskraft.
  • Eine weitere Möglichkeit der Unterteilung der Sensoren besteht in der Unterteilung nach der jeweiligen Messgröße, wie z. B. dem Weg, Druck, Zug, Abstand, Temperatur oder dem pH-Wert oder der Lichtstärke.
  • Magnetfeldsensoren können vorzugsweise als Drucksensor, als Zugsensor oder als Biegesensor eingesetzt werden. Die vorausgehende Aufzählung ist jedoch nur beispielhaft und nicht ausschließlich gemeint.
  • Magnetfeldsensoren finden z. B. im Kraftfahrzeugbau sowie bei der Herstellung von Elektrowerkzeugen und von Elektrohaushaltsgeräten Verwendung. Sie dienen vorzugsweise der Kontrolle von mechanischen Abläufen. Im Rahmen gestiegener Sicherheits- und Qualitätsanforderungen gewinnen sie z. B. bei der Messung unterschiedlichster physikalischer Größen zunehmend an Bedeutung.
  • Die Magnetfeldsensoren werden vorzugsweise in Mess-, Regel- und in Prüfgeräten eingesetzt. Magnetfeldsensoren kommen zusätzlich in Maschinen und Anlagen sowie zur Drehzahlkontrolle an Elektromotoren zum Einsatz.
  • Die Auswertung des durch das Magnetfeld am jeweiligen Sensor entstehenden Signals erfolgt kontinuierlich analog, digital oder über eine integrierte oder eine nachgeschaltete Elektronik.
  • Die für die Funktion des magnetoelastischen Sensors erforderliche Magnetisierung wird im Stand der Technik vorzugsweise auf einen zylinderförmigen Körper aufgebracht Ein zylindrischer Körper kann in einem Druck- und/oder in einem Zugsensor als Träger des Magnetfeldes zur Feststellung von Druck- und/oder Zugkräften eingesetzt werden.
  • Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen magnetoelastischen Sensor bereitzustellen, der als Druck- und/oder Zug- und/oder Biegesensor einsetzbar ist.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Sensor nach den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Sensoreinrichtung nach den Merkmalen des Anspruchs 16. Die Aufgabe wird darüber hinaus durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 und durch die Verwendung des Sensors nach dem Anspruch 21 gelöst.
  • Die Durchführung der Verfahrensschritte setzt die Magnetisierung des Trägers voraus.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Träger
  • Der Begriff Träger bezeichnet einen vorzugsweise in einer Ebene verlaufenden metallenen Körper, der wenigstens eine magnetisierbare ebene metallene Fläche umfasst.
  • Besonders bevorzugt ist der Träger als einstückiges ebenes metallenes Werkstück gefertigt, welches wenigstens eine ebene magnetisierbare Fläche aufweist.
  • Vorzugsweise ist sowohl auf der Vorderseite als auch auf der Rückseite des Trägers wenigstens je eine magnetisierbare ebene metallene Fläche angeordnet.
  • Die ebene metallene Fläche des Trägers ist bevorzugt zwischen den beiden Enden des Körpers angeordnet.
  • Der Träger ist zumindest im Bereich seiner magnetisierbaren ebenen metallenen Fläche aus einer magnetisierbaren metallischen Legierung aus Eisen und/oder Nickel und/oder Chrom und/oder Kobalt hergestellt.
  • Der Träger kann auch eine andere stoffliche Zusammensetzung aufweisen.
  • Der magnetisierbare Träger kann mit einer Beschichtung versehen sein. Bei der Magnetisierung kann die auf den Träger aufgebrachte Schicht oder der Träger selbst Träger der Magnetisierung sein.
  • Der Träger weist vorzugsweise aber nicht ausschließlich eine rechteckige Form auf. Der Träger kann aber auch rund oder oval sein oder eine andere geometrische Form aufweisen.
  • Die Erfindung sieht vor, dass der Träger anstatt einer rechteckigen Form die Form einer Scheibe aufweisen kann. Die Scheibe weist vorzugsweise einen ringförmigen Außenumfang auf.
  • Der Träger kann als ein Block, eine Scheibe, ein Ring, ein Rotor oder ein Band ausgebildet sein. Besonders bevorzugt ist der Träger ein flacher, plattenförmiger, planer Körper, der sich in einer gedachten geometrischen Ebene erstreckt.
  • Im Zentrum der Scheibe kann eine Bohrung angeordnet sein. Mithilfe der Bohrung ist die Scheibe, vorzugsweise zum Messen eines Anpressdrucks z. B. auf den Schaft einer Schraube aufschiebbar.
  • Zur Anordnung des Zug- und/oder Druck- und/oder Biegesensors in einer Einrichtung, bei der eine auf den Träger aufgebrachte Zug- und/oder Druck- und/oder Biegekraft gemessen wird, ist jeweils an einem äußeren Ende des Trägers je eine Befestigungseinrichtung angebracht.
  • Der Sensor weist wenigstens zwei Spulen auf, die ihrerseits der Erfassung und Weitergabe von Informationen zu der auf dem Träger angebrachten Magnetisierung und deren Veränderung dient.
  • Des Weiteren werden unter dem Sensor die vorerwähnten wenigstens zwei Spulen, deren Anordnung und/oder Ausrichtung in Blickrichtung auf den Träger, die Anschlussverbindungen und der Signalempfänger, die Auswerteeinheit, die Anzeigevorrichtung oder Teile hiervon verstanden.
  • Die Sensoreinrichtung umfasst den Sensor selbst, einen metallenen Träger und/oder Anschlussdrähte und/oder einen Signalempfänger und/oder eine Auswerteeinheit.
  • Die Enden des Trägers sind dabei vorzugsweise einander gegenüberliegend angeordnet.
  • Wirkt eine Druckkraft, eine Zugkraft oder eine Biegekraft auf den Träger ein, so wird diese Belastung über die magnetisierte Fläche des Trägers übertragen.
  • Magnetisierung
  • Die Magnetisierung wird vorzugsweise mit Hilfe eines Permanentmagneten oder Strom auf die ebene metallene Fläche des Trägers aufgebracht. Auf dem Träger entsteht dabei eine Magnetisierung vorzugsweise in Form einer Magnetspur.
  • Das Verfahren zur Magnetisierung der wenigstens einen ebenen metallenen Fläche des Trägers ist durch die folgenden Schritte gekennzeichnet.
  • Positionierung eines Magneten, vorzugsweise eines Permanentmagneten im Bereich der wenigstens einen magnetisierbaren ebenen metallenen Fläche des Trägers.
  • Der Magnet und die wenigstens eine ebene metallene Fläche werden vorzugsweise in jeweils zueinander parallelen Ebenen angeordnet.
  • In der jeweils zugehörigen Ebene wird der Magnet vorzugsweise relativ zu dem Träger um die eigene Achse gedreht oder es wird der Träger relativ zum Magneten um die eigene Achse des Trägers gedreht.
  • Durch die relative Bewegung des Magneten zum Träger oder durch die relative Bewegung des Trägers zum Magneten wird auf der magnetisierbaren ebenen metallenen Fläche eine Magnetisierung vorzugsweise in Form einer etwa ringförmigen Magnetspur erzeugt.
  • Erfindungsgemäß bewirkt die Magnetisierung der ebenen metallenen Fläche auf dem Träger eine umlaufende geschlossene Magnetspur in Form einer in sich geschlossenen Kreisbahn. Die Kreisbahn hat die Form eines Ringes. Die Magnetisierung kann jedoch auch eine andere geometrische Ausgestaltung aufweisen.
  • Beispielsweise kann statt einer geschlossenen Kreisbahn eine offene Kreisbahn, etwa in Form eines Halbkreises, eines Hufeisens, einer Ellipse oder dergleichen verwendet werden. Als eine weitere Alternative ist etwa eine Magnetisierung in Form zweier paralleler Magnetspuren denkbar, die längs und versetzt zur Längsachse des Trägers verlaufen.
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung ist dabei die Magnetisierung auf dem Träger in einer Anordnung anzubringen, die eine zur Längsachse des Trägers versetzte Positionierung von wenigstens zwei Magnetspulen ermöglicht.
  • Danach sollen die Positionierung der wenigstens zwei Magnetspulen in einem Winkel zur Längsachse des Trägers und die Erfassung der Magnetisierung durch die Spulen ermöglicht werden.
  • Die Magnetisierung sowie die Positionierung der wenigstens zwei Magnetspulen erfolgen mithin beidseits der Längsachse des Trägers.
  • Die Magnetspur weist in ihrem Zentrum einen Bereich auf, der nicht magnetisiert ist. Das nicht magnetisierte Zentrum ist kreisförmig ausgebildet und an seinem Außenumfang von der ringförmigen Magnetspur umgeben.
  • Die Magnetisierung der wenigstens einen magnetisierbaren ebenen Fläche erfolgt vorzugsweise mit Hilfe eines Permanentmagneten. Der Permanentmagnet ist ein, vorzugsweise aus einem Stück eines hartmagnetischen Materials gefertigter Magnet. Das hartmagnetische Material weist vorzugsweise eine Eisen und/oder Kobalt und/oder Nickel umfassende Legierung auf.
  • Der Permanentmagnet hat ein statisches Magnetfeld, ohne dass wie bei einem Elektromagneten ein elektrischer Stromfluss erforderlich ist. Dauermagnete besitzen an ihrer Oberfläche je einen oder mehrere Nord- und Südpol(e).
  • Vor der Magnetisierung der wenigstens einen ebenen metallenen Fläche sind die magnetischen Domänen der ebenen metallenen Fläche uneinheitlich ausgerichtet.
  • Mit der Magnetisierung der wenigstens einen ebenen metallenen Fläche ändern die magnetischen Domänen der metallenen Fläche ihre Richtung, wodurch eine Magnetisierung der ebenen Fläche, insbesondere in Form einer Magnetspur entsteht.
  • Die Magnetisierung kann beidseitig der Längsachse der ebenen Fläche des Trägers erfolgen.
  • Der Magnetfeldsensor umfasst wenigstens zwei Spulen. Das im Bereich der Spule des Sensors angeordnete Magnetfeld, insbesondere die Magnetspur erzeugt bei Zug- und/oder Druckspannungen eine Magnetfeldänderung, die von den Spulen gemessen wird.
  • Jeder der magnetisierten ebenen metallenen Flächen sind wenigstens jeweils zwei Sensorspulen eines Sensors zugeordnet. Die Magnetspur und die wenigstens zwei Spulen des Sensors sind zueinander in vorbestimmten Positionen angeordnet.
  • Unterliegt die magnetisierte ebene metallene Fläche des Trägers einer Zug-, einer Druck- oder einer Biegebelastung auf den Träger, so erzeugen die wenigstens zwei Spulen des Magnetfeldsensors ein Signal.
  • Die Zugbelastung und/oder die Druckbelastung und/oder die Biegebelastung auf die wenigstens eine magnetisierte ebene metallene Fläche des Trägers bewirkt eine Änderung des Magnetfeldes der ebenen Fläche. Hierdurch ändert sich das wenigstens eine Signal, welches von der Sensorspule und der Auswerteelektronik erzeugt wird.
  • Erfolgt eine Zugkraft auf vorzugsweise zwei, vorzugsweise einander gegenüberliegend angeordnete magnetisierte metallene Flächen, so messen die Sensorspulen auf beiden Seiten des Trägers eine Zugspannung.
  • Die Magnetisierung des Trägers kann auf wenigstens einer ebenen Fläche des Trägers aufgebracht werden. Es ist aber auch denkbar, jeweils zwei ebene Flächen des Trägers mit Magnetisierungen zu versehen. Die Magnetisierungen können dabei jeweils auf der Vorderseite und/oder der Rückseite des Trägers aufgebracht werden.
  • Wird auf den Träger eine Druck- oder eine Zugkraft oder eine Biegekraft ausgeübt, so wirkt die Belastung durch die jeweilige Kraft auf den magnetisierten Bereich. Die sich daraus ergebende Änderung des Magnetfeldes wird von den Sensorspulen gemessen. Wenn die Sensorspulen lediglich auf einer Seite des Trägers angeordnet sind, ist nicht danach differenzierbar, ob es sich um eine Belastung aufgrund des Aufbringens einer Druck-, einer Zugkraft oder einer Biegekraft handelt.
  • Das durch die jeweilige Druck- oder Zugkraft oder Biegekraft entstehende Magnetfeld wirkt auf die Sensorspulen beider Trägerseiten, wenn die Sensorspulen auf beiden Seiten des Trägers angeordnet sind.
  • Die Sensoreinrichtung ist ferner als Biegesensor einsetzbar, wenn der Träger insbesondere auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten je eine magnetisierte, ebene metallene Fläche aufweist und wenn den beiden einander gegenüberliegenden Magnetisierungen jeweils wenigstens zwei Sensorspulen eines Sensors zugeordnet sind.
  • Erfolgt eine Biegung des Trägers um eine quer durch den Träger verlaufende Achse, so signalisieren die vorzugsweise zwei Sensorspulen des Sensors, welcher sich auf der konkaven Seite des Trägers befindet eine Zugbelastung auf die Magnetspur.
  • Die auf der konvexen Seite des Trägers angeordneten wenigstens zwei Sensorspulen signalisieren dagegen eine auf die Magnetspur wirkende Druckbelastung.
  • Die auf die Magnetisierung der einen Seite des Trägers wirkende Zugbelastung und die auf die Magnetisierung der anderen Seite des Trägers wirkende Druckbelastung wird durch die zugehörigen Sensorspulen jeweils einzeln erfasst. Die jeweiligen Zug- und Drucksignale werden in der Auswerteelektronik zusammengeführt und entweder als Zug-, Druck- und/oder als Biegebelastung des Trägers ausgegeben.
  • Magnetfeldsensor
  • Wirkt vorzugsweise eine Druckbelastung oder eine Zugbelastung oder eine Biegebelastung auf einen magnetisierten Bereich ein, entsteht eine Magnetfeldänderung, welche mit dem Sensor gemessen wird.
  • Im Bereich wenigstens einer magnetisierten Fläche sind jeweils wenigstens zwei Sensorspulen angeordnet.
  • Der Sensor ist beidseitig des Trägers positionierbar.
  • Die beiden Sensorspulen sind zueinander und zur Längsachse des Trägers in einem vorbestimmten Winkel angeordnet.
  • Wenigstens zwei Spulen bilden dabei ein Spulenpaar. Der Abstand der Spulen der Spulenpaare zueinander und die Anordnung der Spulenpaare zueinander erfolgt in Abhängigkeit der Länge und/oder der Breite des Trägers.
  • Der Abstand der Sensorspulen zueinander kann sich durch den Durchmesser der erzeugbaren Magnetisierung bestimmen.
  • Die Anordnung der Sensorspulen erfolgt paarweise und in einer zum Träger achsparallel verlaufenden Ebene.
  • Durch die Veränderung des Anstellwinkels der Anordnung der Sensorspulen und/oder der Sensorspulenpaare zur Längsachse des Trägers in der Ebene der Sensorspulen ist die Sensitivität der Sensoren veränderbar.
  • Die Sensorspulen sind in ihrer Stellung relativ zur Längsachse des Trägers durch wenigstens eine Positioniereinrichtung fixierbar.
  • Rein beispielhaft und in keiner Weise abschließend ist in einer 0°-Position der Sensorspulen zur Längsachse des Trägers eine Sensitivität der Sensoren von 6,36 mV/kN erzielbar.
  • Bei einer Anordnung der Sensorspulen in einem Winkel von 90° zur Längsachse des Trägers ist dagegen eine Sensitivität der Sensoren von 1,54 mV/kN erzielbar.
  • Eine Optimierung des Sensitivitätswerts der Sensoren mit einem Wert von 11,9 mV/kN ist bei einer Ausrichtung der Sensorspulen in einem 45°-Winkel zur Längsachse des Trägers erzielbar.
  • Die genannten Sensitivitätswerte sind als relative Indikatoren zu betrachten.
  • Die Erfindung geht davon aus, dass die Sensitivitätswerte bei einem massiveren Bauteil kleiner werden (ratiometrisch) und bei einem dünneren Bauteil größer werden (ebenfalls ratiometrisch).
  • Eine andere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass sich der Abstand der Sensorspulen zueinander durch den Durchmesser der Magnetisierung der ebenen metallenen Fläche bestimmt.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert, in denen die Zeichnungen zeigen:
  • 1 je einen Träger bei der Magnetisierung durch einen Magneten und einen Träger mit Sensorspulenpaaren,
  • 2 einen Träger unter einer Krafteinwirkung,
  • 3 Sensorspulenpaare in jeweils vorbestimmten Winkeln zur Längsachse des Trägers,
  • 4 einen Träger mit zwei ebenen metallenen Flächen und mit Sensorspulen, die den jeweiligen ebenen Flächen zugehörig sind,
  • 5 in Explosionsdarstellung eine erste Ausführungsform eines Sensors,
  • 6 eine zweite Ausführungsform des Sensors und
  • 7 eine dritte Ausführungsform der Sensors.
  • 1 zeigt einen Träger 1, 1', der zur Magnetisierung einer ebenen metallenen Fläche 2 des Trägers 1, 1' gegenüber einem Magneten 3 um eine Drehachse 4 drehbar ist oder dem gegenüber zum Zwecke der Magnetisierung der Magnet 3 gedreht werden kann.
  • In der in der Draufsicht linken Darstellung der 1 ist der Träger 1 dargestellt, der an seinen beiden Enden zur Befestigung für je eine Aufhängungseinrichtung 8 (nicht gezeigt) je eine Bohrung 7 aufweist.
  • Der Träger 1 verläuft in beiden Darstellungen der 1 in einer Ebene 9.
  • Der Magnet 3 ist in einer Ebene 10 angeordnet. Die Ebenen 9 und 10 sind in den Darstellungen der 1 parallel zueinander angeordnet.
  • In der rechten Darstellung der 1 ist der Träger 1 in der Ebene 9 angeordnet.
  • In Draufsicht vor dem Träger 1 sind in einer Ebene 11 Sensorspulen 12, 15 eines Sensors 13 dargestellt.
  • Relativ zu einer Längsachse 14 des Trägers 1 sind die Sensorspulen 12, 15 paarweise als Spulenpaare 20, 33 dargestellt.
  • Die beiden Sensorspulenpaare 20, 33 sind in 1 in einem 45°-Winkel 17 zur Längsachse 14 des Trägers 1 angeordnet.
  • 2 zeigt den Träger 1, 1', der in einem Punkt 18 über die Bohrung 7 befestigt ist.
  • Mit einem Pfeil 19 ist eine Zugkraft dargestellt, die auf den Träger 1, 1' einwirkt.
  • 3 zeigt in schematischer Darstellung die Längsachse 14 des Trägers 1.
  • In der Draufsicht über der Längsachse 14 des Trägers 1 sind jeweils drei Sensorspulenpaare 20, 33, 16 gezeigt.
  • Das Sensorspulenpaar 20 erstreckt sich in einem Winkel von 0°-Grad gegenüber der Längsachse 14 des Trägers 1, 1'.
  • Das Sensorspulenpaar 33 verläuft in etwa in einem 45°-Winkel 17 zu der Längsachse 14 des Trägers 1, 1'.
  • Das Sensorspulenpaar 16 ist in einem 90°-Winkel relativ zur Längsachse 14 der Träger 1, 1' dargestellt.
  • 4 zeigt einen Träger 1, 1' mit je einer ebenen metallenen Fläche 2, 21.
  • Die Flächen 2, 21 sind jeweils einander gegenüberliegend auf der Vorderseite und auf der Rückseite des Trägers 1, 1' angeordnet.
  • An seinen beiden Enden weist der Träger 1, 1' jeweils eine Bohrung 7, 22 auf, an denen jeweils Aufhängeeinrichtungen 8 (nicht gezeigt) angeordnet werden können.
  • Der Träger 1 verläuft in der Ebene 9.
  • In jeweils zwei Ebenen 11 erstrecken sich auf jeder Seite des Trägers 1 je zwei Spulenpaare 20, 33, die sich jeweils in einem 45°-Winkel 17 zur Längsachse 14 des Trägers 1 erstrecken.
  • Mit Bezugsziffer 23 sind zu beiden Seiten des Trägers 1 Positioniereinrichtungen dargestellt.
  • Die Positioniereinrichtungen 23 fixieren die Sensorspulenpaare 20, 33 in ihrem jeweiligen Winkel zur Längsachse 14 des Trägers 1, 1'.
  • In 4 sind Befestigungsmittel 24 gezeigt, mit denen die Positioniereinrichtungen 23 und die Sensorspulenpaare 20, 33 in ihren Ebenen 11 zum Träger 1, 1' fixiert werden.
  • 5 zeigt eine Ausführungsform eines Sensors 13, der einen Träger 1, 1' umfasst und der an seinen beiden Enden Bohrungen 7 aufweist, zur Befestigung von Aufhängeeinrichtungen 8.
  • Zwischen den Bohrungen 7 der Träger 1, 1' sind auf beiden Seiten des Trägers 1, 1' magnetisierbare ebene Flächen 2, 21 angeordnet.
  • In der Explosionsdarstellung der 5 sind beabstandet zu den ebenen metallenen Flächen 2, 21 die Positioniereinrichtungen 23 dargestellt, die die Sensorspulenpaare 15, 16 mit den zugehörigen Sensorspulen 12 in der zugehörigen Ebene 11 gegenüber der Ebene 9 des Trägers 1 fixieren.
  • Mit Bezugsziffer 25 sind nicht magnetische Passpresshülsen dargestellt, die die Aufhängeeinrichtungen 8 gegenüber dem Träger 1 isolieren.
  • In der Darstellung der 5 ist oberhalb des Trägers 1 eine Metallabschirmung 26 gezeigt.
  • Der in 5 gezeigte Sensor wird durch die beiden Gehäuseteile 27, 28 geschützt.
  • Zur Verbindung der beiden Gehäuseteile 27, 28 sind die Befestigungsmittel 24 vorgesehen.
  • 6 zeigt in einer anderen Ausführungsform der Erfindung einen Träger 1, 1' mit einer magnetisierbaren ebenen metallenen Fläche 21, die eine Bohrung 7 aufweist.
  • An der Fläche 21 der Träger 1, 1' sind die Sensorspulenpaare 20, 33 dargestellt.
  • Die Sensorspulenpaare 20, 33 sind gegenüber der Längsachse 14 des Trägers 1 jeweils in einem 45°-Winkel 17 angeordnet.
  • Mit den Pfeilen 29/30 ist eine Kompressionskraft dargestellt, die auf den Träger 1, 1' einwirkt.
  • 7 zeigt einen Sensor mit einem Träger 1, 1', der auf einander gegenüberliegenden Seiten je eine ebene metallene magnetisierbare Fläche 2, 21 aufweist.
  • Durch die Positioniereinrichtung 23 werden die Sensorspulen 12 der Sensorspulenpaare 20, 33 in der Ebene 11 gegenüber der Ebene 11 des Trägers 1, 1' fixiert.
  • In der Positioniereinrichtung 23 sind Aussparungen 31 dargestellt, in denen die Sensorspulenpaare 20, 33 mit ihren Sensorspulen 12 in einem 45°-Winkel 17 zur Längsachse 14 des Trägers 1, 1' fixiert werden.
  • In Darstellung 7 oberhalb und unterhalb des Trägers sind die beiden Gehäuseteile 27, 28 dargestellt.
  • Befestigungsmittel 24 sind vorgesehen, um die Gehäuseteile 27, 28 und die Positioniereinrichtungen 23 gegeneinander zu fixieren.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Träger
    1'
    Träger
    2
    Fläche
    3
    Magnet
    4
    Drehachse
    5
    Radius
    6
    Magnetspur
    7
    Bohrung
    8
    Aufhängeeinrichtung
    9
    Ebene Träger
    10
    Ebene Magnet
    11
    Ebene Spulen
    12
    Sensorspule
    13
    Sensor
    14
    Längsachse
    15
    Sensorspulenpaar
    16
    Sensorspule
    17
    45°-Winkel
    18
    Punktbefestigung
    19
    Pfeil-Zugkraft
    20
    erstes Sensorspulenpaar
    21
    Fläche
    22
    Bohrung
    23
    Positioniereinrichtung
    24
    Befestigungsmittel
    25
    Passpresshülse
    26
    Metallabschirmung
    27
    Gehäuseteil
    28
    Gehäuseteil
    29
    Pfeil
    30
    Pfeil
    31
    Aussparung
    32
    Achse
    33
    zweites Sensorspulenpaar
    34
    Achse
    35
    Ebene
  • 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 2014/0360282 A1 [0002]

Claims (21)

  1. Sensor zur Erfassung von auf einen Träger (1, 1') einwirkenden Zug-, Druck- und/oder Biegekräften, welcher wenigstens eine magnetisierbare Fläche (2) aufweist, wobei der Sensor (13) wenigstens zwei Sensorspulen (12, 15) umfasst, die in einem vorbestimmten Winkel zu einer Längsachse (14) des Trägers (1, 1') angeordnet sind und die magnetisierbare Fläche (2) des Trägers (1, 1') plan ist, und dass der Sensor (13) Veränderungen der Magnetisierung durch auf den Träger (1, 1') einwirkende Zug-, Druck- und/oder Biegekräfte erfassen kann.
  2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung (6) der ebenen Fläche (2) des Trägers (1, 1') die Form einer geschlossenen Kreisbahn aufweist.
  3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnetisierung (6) beidseitig der Längsachse (14) der ebenen Fläche (2) des Trägers (1, 1') erfolgt.
  4. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (12, 15) von der magnetisierbaren Fläche (2) des Trägers (1, 1') beabstandet angeordnet sind.
  5. Sensor nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (12, 15) in einer zur Ebene der magnetisierbaren Fläche parallelen Ebene (11) angeordnet sind.
  6. Sensor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (12, 15) ein erstes Spulenpaar (20) bilden und auf einer Achse (32) angeordnet und voneinander beabstandet sind.
  7. Sensor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Spulenpaar (33) auf einer anderen Achse (34) angeordnet und ihre Spulen (12, 15) voneinander beabstandet sind, wobei diese andere Achse (34) in der zur Ebene der magnetisierbaren Fläche parallelen Ebene (35) in einem Winkel zur ersten Achse (32) des ersten Spulenpaares (20) verläuft.
  8. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Winkel ein Winkel zwischen 0° und 90° zur Längsachse (14) des Trägers (1, 1') ist.
  9. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Winkel ein Winkel zwischen 30° und 60° zur Längsachse (14) des Trägers (1, 1') ist.
  10. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Winkel ein Winkel von etwa 45° zur Längsachse (14) des Trägers (1, 1') ist.
  11. Sensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spulenpaar (20) und/oder das zweite Spulenpaar (33) in einem Winkel von 0° bis 90° zur Längsachse (14) des Trägers (1, 1') und die Achse (32) des ersten Spulenpaares (20) angeordnet ist/sind.
  12. Sensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spulenpaar (20) und/oder das zweite Spulenpaar (33) in einem Winkel von 30° bis 60° zur Längsachse (14) des Trägers (1, 1') angeordnet ist/sind.
  13. Sensor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Spulenpaar (20) und/oder das zweite Spulenpaar (33) in einem Winkel von etwa 45° zur Längsachse (14) des Trägers (1, 1') angeordnet ist.
  14. Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1, 1') die Form einer Scheibe aufweist.
  15. Sensor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (1, 1') wenigstens eine Aufhängungseinrichtung (8) aufweist.
  16. Sensoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Veränderung des Winkels (17) der Sensorspulen (12, 15) zur Längsachse (14) des Trägers (1, 1') die Sensitivität der Sensoreinrichtung veränderbar ist und bei einer Anordnung von 45° ihr Maximum erzielbar ist.
  17. Sensoreinrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diese neben dem Sensor (13) einen magnetisierbaren metallenen Träger (1, 1') und/oder Anschlussdrähte und/oder einen Signalempfänger und/oder eine Auswerteeinheit umfasst.
  18. Verfahren zur Erfassung von auf einen Träger (1, 1') einwirkenden Zug-, Druck- und/oder Biegekräften mittels eines Sensors (13) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Positionieren eines Magneten (3) im Bereich der ebenen metallenen Fläche (2) des Trägers (1, 1'), wobei der Magnet (3) und die ebene Fläche (2) des Trägers (1, 1') in jeweils zueinander parallelen Ebenen (10, 9) angeordnet werden, Bewegen des Magneten (3) oder des Trägers (1, 1') in jeweils der zugehörigen Ebene (10, 9) relativ zum jeweils anderen, Erzeugen einer in etwa kreisförmigen Magnetisierung (6) auf der ebenen metallenen Fläche (2), Aufbringung einer Zug-, Druck- und/oder Biegekraft auf den Träger (1, 1'), Erfassung der Veränderungen der Magnetisierung (6) durch Einwirkung der Zug-, Druck- und/oder Biegekraft auf den Träger (1, 1').
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin eine Auswertung der erfassten Veränderungen erfolgt.
  20. Verfahren zur Magnetisierung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnet (3) oder der Träger (1, 1') in der jeweiligen Ebene (10, 9) in einem vorbestimmten Radius (5) jeweils um die eigene Achse herum bewegt werden.
  21. Verwendung eines Sensors gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 15, zur Erfassung von auf einen magnetisierbaren, eine plane Fläche aufweisenden Träger (1, 1') einwirkenden Zug-, Druck- und/oder Biegekräften.
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