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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen einer Anordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes. Die mit der bereitgestellten Anordnung ermöglichte Messung der Kraft und/oder des Momentes beruht auf dem invers-magnetostriktiven Effekt.
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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.
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Die
US 6,490,934 B2 lehrt einen magnetoelastischen Drehmomentsensor zur Messung eines Drehmomentes, welches auf ein Element mit einem ferromagnetischen, magnetostriktiven und magnetoelastisch aktiven Bereich wirkt. Dieser Bereich ist in einem Messwandler ausgebildet, der als zylindrische Hülse beispielsweise auf einer Welle sitzt. Der Drehmomentsensor steht dem Messwandler gegenüber.
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Aus der
EP 0 803 053 B1 ist ein Drehmomentsensor bekannt, der einen magnetoelastischen Messwandler umfasst, welcher eine umlaufende Magnetisierung besitzt. Zur Erzeugung der umlaufenden Magnetisierung kann eine Welle in Rotation versetzt werden, sodass durch einen Permanentmagnet oder durch eine Spule ein tangentiales Magnetfeld in der Welle erzeugt wird. Der Messwandler in Form eines Ringes kann auch dadurch polarisiert werden, dass ein elektrischer Leiter durch die Welle bzw. durch den Ring gefädelt und bestromt wird, wobei der Ring partiell in eine elektrisch leitfähige Flüssigkeit getaucht sein kann.
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Die
WO 2015/039651 A1 zeigt eine Anordnung zum Messen einer Normalkraft oder eines Biegemomentes an einem Maschinenelement, bei welchem ein Sensorbereich durch eine Ausformung zur Wandlung der Normalkraft bzw. des Biegemomentes in eine Scherkraft begrenzt ist. Diese Ausformung kann die Form einer Vertiefung, einer Nut oder eines Loches haben.
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In der
DE 198 21 381 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung von Drehmomenten an einer torsionsbelasteten Welle beschrieben, bei welcher die Welle strukturiert ist; beispielsweise durch auf ihrer Oberfläche verlaufende Vertiefungen. Die Welle befindet sich zumindest teilweise in einem Magnetfeld, dessen Feldlinien parallel zur Welle verlaufen.
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Die
DE 10 2007 017 705 A1 beschreibt eine Wellenanordnung mit einem Wälzlager, die einen Torsionssensor beinhaltet. Ein permanentmagnetischer magnetostriktiver Ring ist mit der Welle fest verbunden. An einem mit einem feststehenden Außenring verbundenen Sensorträger ist wenigstens ein Magnetfeldsensor befestigt. Die Magnetisierung des permanent zu magnetisierenden Ringes kann mithilfe eines durch den Ring hindurchfließenden elektrischen Stromes erreicht werden.
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Die
WO 2015/103267 A1 lehrt eine mit Zug- und Druckkräften belastete Platte, die eine kreisförmige Magnetisierung aufweist. Diese Magnetisierung wird dadurch erzeugt, dass die Platte in Rotation versetzt wird und ein Dauermagnet nahe der Platte angeordnet wird. Die Belastung der Platte wird durch unter 45° zur Kraftrichtung ausgerichtete Magnetfeldsensoren ermittelt.
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Aus der
DE 10 2012 004 105 A1 ist eine Vorrichtung zum berührungslosen Magnetisieren einer Hohlwelle bekannt, welche einen inneren Leiter, einen äußeren Leiter und eine magnetische Abschirmung umfasst. Fließt ein Strom durch die Leiter, wird eine umlaufende Magnetisierung bewirkt.
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Die zum Anmeldezeitpunkt unveröffentlichte Patentschrift
DE 10 2014 219 336 B3 zeigt eine Anordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem sich in einer Achse erstreckenden Maschinenelement, welches einen sich umfänglich um die Achse herum erstreckenden Magnetisierungsbereich besitzt. Die Anordnung umfasst weiterhin zwei Magnetfeldsensoren zur Messung unterschiedlicher Richtungskomponenten eines durch die Magnetisierung sowie durch die Kraft und/oder durch das Moment bewirkten Magnetfeldes, die an unterschiedlichen umfänglichen Positionen um die Achse herum angeordnet sind.
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Die
DE 10 2014 200 461 A1 lehrt eine Anordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes an einem Maschinenelement, welches eine Permanentmagnetisierung aufweist, die sich entlang eines geschlossenen Magnetisierungspfades erstreckt.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Bereitstellen der insbesondere aus der
DE 10 2014 200 461 A1 bekannten Anordnung zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes aufzuzeigen.
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Die genannte Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß dem beigefügten Anspruch 1.
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Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Bereitstellen einer Anordnung, welche zum Messen einer Kraft und/oder eines Momentes dient. Die Kraft bzw. das Moment wirkt auf ein Maschinenelement, wodurch es zu mechanischen Spannungen kommt und sich das Maschinenelement zumeist geringfügig verformt. Das Maschinenelement bildet einen integralen Bestandteil der bereitzustellenden Anordnung. Das erfindungsgemäße Verfahren dient im weiteren Sinne zum Konfigurieren und/oder zum Herstellen der bereitzustellenden Anordnung.
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In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Maschinenelement bereitgestellt, welches in der bereitzustellenden Anordnung durch die zu messende Kraft bzw. durch das zu messende Moment belastet werden wird. Das Maschinenelement wird primär zur Übertragung der mindestens einen Kraft und/oder des mindestens eines Momentes dienen. Das Maschinenelement erstreckt sich in einer Achse, wobei die Achse bevorzugt auch eine Rotationsachse und/oder eine Symmetrieachse des Maschinenelementes bildet. Jedenfalls bildet die Achse des Maschinenelementes eine dominierende Erstreckungsrichtung des Maschinenelementes, die auch eine Längsrichtung bzw. eine Länge des Maschinenelementes repräsentiert.
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Das bereitzustellende Maschinenelement weist mindestens eine Öffnung auf, welche eine Ausnehmung bzw. ein Loch im Maschinenelement darstellt. Die Öffnung ist bevorzugt durchgehend, sodass sie an einer Stelle des Maschinenelementes eintritt und an einer anderen Stelle des Maschinenelementes wieder austritt. Die Öffnung ist gegenüber der Achse zumindest geneigt, d. h., dass die Öffnung gegenüber der Achse geneigt ist oder senkrecht zur Achse angeordnet ist. Somit erstreckt sich die Öffnung in eine Richtung, die gegenüber der Achse zumindest geneigt ist. Die Öffnung, d. h. deren Richtung weist gegenüber der Achse einen Winkel auf, der größer als 0° ist und bevorzugt größer als 45° ist, wobei dieser Winkel bevorzugt 90° ist, sodass die Richtung der Öffnung senkrecht zur Achse steht. Jedenfalls verläuft die Öffnung nicht in axialer Richtung, sodass die Öffnung insbesondere nicht durch einen in der Achse verlaufenden Hohlraum gebildet ist. Gegebenenfalls umfasst der Schritt des Bereitstellens des Maschinenelementes bevorzugt einen Teilschritt, in welchem die beschriebene Öffnung in das Maschinenelement eingebracht wird.
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In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein elektrischer Leiter durch die mindestens eine Öffnung hindurchgeführt. Anschließend befindet sich in der einen Öffnung mindestens ein Abschnitt des mindestens einen Leiters bzw. befindet sich in den mehreren Öffnungen jeweils mindestens ein Abschnitt des mindestens einen Leiters. Grundsätzlich können auch mehrere der elektrischen Leiter verwendet werden, wobei durch die Öffnungen jeweils nur einer der Leiter hindurchgeführt wird oder wobei durch die mindestens eine Öffnung mehrere der Leiter hindurchgeführt werden.
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In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der mindestens eine elektrische Leiter bestromt. Hierfür wird eine elektrische Spannung an den Leiter angelegt, sodass ein Strom durch den Leiter fließt. Der Strom fließt zumindest in denjenigen Abschnitten des Leiters, die sich in der mindestens einen Öffnung befinden. Der elektrische Strom bewirkt ein elektromagnetisches Feld, welches sich um den Leiter herum ausbildet. Dieses elektromagnetische Feld magnetisiert das Maschinenelement in einem Bereich um die mindestens eine Öffnung herum. Diese Magnetisierung führt zu einer Permanentmagnetisierung im Maschinenelement, die sich entlang eines geschlossenen Magnetisierungspfades um die eine Öffnung bzw. um die jeweilige der mehreren Öffnungen herum erstreckt.
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Die entstandene Permanentmagnetisierung weist eine Ausrichtung auf, die sich gegenüber der Achse entlang des Magnetisierungspfades ändert. Somit ändert sich auch die Ausrichtung des Magnetisierungspfades entlang seiner Erstreckung in Bezug auf die Achse. Es sind also Abschnitte des Magnetisierungspfades vorhanden, die in Bezug auf die Achse unterschiedliche Ausrichtungen aufweisen. Die Permanentmagnetisierung ist somit nicht grundsätzlich axial, nicht grundsätzlich geneigt zur Achse oder nicht grundsätzlich umfänglich ausgerichtet. Die Permanentmagnetisierung besitzt entlang ihrer Erstreckung unterschiedliche Ausrichtungen gegenüber der Achse. Der geschlossene Magnetisierungspfad kann beispielsweise vollständig auf der Oberfläche in einem umfänglichen Abschnitt des Maschinenelementes verlaufen. Durch die Änderung der Ausrichtung kann der Magnetisierungspfad innerhalb des umfänglichen Abschnittes geschlossen sein. Jedenfalls verläuft der Magnetisierungspfad nicht vollständig entlang eines Umfanges des Maschinenelementes, wofür er seine Ausrichtung gegenüber der Achse nicht ändern müsste. Durch die frei wählbare Ausrichtung des Magnetisierungspfades können für den Magnetisierungspfad beliebige Formen innerhalb des Maschinenelementes gewählt werden, solang der Magnetisierungspfad geschlossen ist. Insbesondere kann der Magnetisierungspfad über einen Umfang des Maschinenelementes hinweg unterschiedliche Ausrichtungen in Bezug auf die Achse aufweisen. Die Permanentmagnetisierung ist bevorzugt durch einen magnetisierten dreidimensionalen Teilbereich des Volumens des Maschinenelementes gebildet, der die Form eines geschlossenen Seiles aufweist, wobei der Magnetisierungspfad eine mittlere Achse des Seiles darstellt. Der Magnetisierungspfad ist bevorzugt durch eine im Raum geschlossene dreidimensionale Kurve gebildet. Diese Kurve verläuft im Maschinenelement, insbesondere durch das Material des Maschinenelementes. Die Kurve kann grundsätzlich beliebig verlaufen, insbesondere kann die Kurve auch unregelmäßig verlaufen. Der Magnetisierungspfad bzw. die dreidimensionale Kurve ist bevorzugt achsensymmetrisch. Der Magnetisierungspfad bzw. die dreidimensionale Kurve weist somit bevorzugt mindestens eine Symmetrieachse auf. Die Achse des Maschinenelementes ist bevorzugt außerhalb des geschlossenen Magnetisierungspfades bzw. außerhalb der geschlossenen Kurve angeordnet. Somit kann der Magnetisierungspfad nicht entlang eines Umfanges des Maschinenelementes geschlossen sein. Die Form des Magnetisierungspfades wird insbesondere durch den Querschnitt der einen Öffnung bzw. der jeweiligen der mehreren Öffnungen und durch die Stärke des im Leiter fließenden Stromes bestimmt.
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Das permanent magnetisierte Maschinenelement bildet eine Komponente der bereitzustellenden Anordnung zur Messung der mindestens einen wirkenden Kraft bzw. des mindestens einen wirkenden Momentes. Diese Messung beruht auf dem invers-magnetostriktiven Effekt. Somit besteht eine sekundäre Funktion des Maschinenelementes darin, dass es einen Primärsensor innerhalb der Anordnung zur Messung der mindestens einen wirkenden Kraft bzw. des mindestens einen wirkenden Momentes bildet. Hierfür besteht das Maschinenelement zumindest in einem Bereich der Permanentmagnetisierung aus einem magnetostriktiven Material. Durch die Permanentmagnetisierung sowie durch die Kraft bzw. durch das Moment ist ein mittels der Anordnung messbares Magnetfeld hervorrufbar. Die ausgebildete Permanentmagnetisierung ist in einem von einer Kraft bzw. von einem Moment unbelasteten Zustand des Maschinenelementes nach außerhalb des Maschinenelementes bevorzugt magnetisch neutral, sodass kein technisch relevantes Magnetfeld außerhalb des Magnetisierungsbereiches messbar ist.
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In einem weiteren Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens ein Magnetfeldsensor gegenüber der Permanentmagnetisierung des Maschinenelementes angeordnet. Mit dem mindestens einen Magnetfeldsensor ist die auf das Maschinenelement wirkende Kraft und/oder das auf das Maschinenelement wirkendes Moment messbar. Der mindestens eine Magnetfeldsensor bildet einen Sekundärsensor zur Bestimmung der Kraft bzw. des Momentes. Der Primärsensor, d. h. die mindestens eine Permanentmagnetisierung dient zur Wandlung der zu messenden Kraft bzw. des zu messenden Momentes in ein entsprechendes Magnetfeld, während der Sekundärsensor die Wandlung dieses Magnetfeldes in elektrische Signale ermöglicht. Der mindestens eine Magnetfeldsensor ist beabstandet zur Permanentmagnetisierung des Maschinenelementes anzuordnen.
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Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass es eine aufwandsarme Ausbildung der sich über einen geschlossenen Magnetisierungspfad erstreckenden Permanentmagnetisierung im Maschinenelement ermöglicht, um die Anordnung zur Messung der auf das Maschinenelement wirkenden Kraft bzw. des auf das Maschinenelement wirkenden Momentes bereitzustellen.
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Das Maschinenelement besteht zumindest in einem Bereich um die eine Öffnung herum bzw. um die mehreren Öffnungen herum aus einem ferromagnetischen und magnetostriktiven Material. Das Material des Maschinenelementes umfasst bevorzugt Eisen. Das Material des Maschinenelementes ist bevorzugt durch einen Stahl gebildet.
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Das Maschinenelement weist bevorzugt die äußere Grundform eines Prismas, eines Zylinders oder eines Konus auf, wobei das Prisma, der Zylinder bzw. der Konus koaxial zu der Achse angeordnet ist. Das Prisma, der Zylinder bzw. der Konus ist bevorzugt gerade. Bei dem Prisma kann es sich um einen langgestreckten Quader handeln, der beispielsweise durch einen Streifen gebildet ist. Das Prisma kann aber auch eine vieleckige Grundfläche besitzen. Die vieleckige Grundfläche kann regelmäßig sein, sodass das Prisma dem Zylinder nahekommt. Der Konus kann auch stumpf sein.
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Die mittlere Achse des Zylinders bzw. des Konus stellt auch die Achse des Maschinenelementes dar.
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Das erfindungsgemäße Maschinenelement ist bevorzugt rotationssymmetrisch ausgebildet, wobei dessen Achse auch gleichzeitig eine Symmetrieachse bildet.
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Besonders bevorzugt weist das Maschinenelement die äußere Grundform eines geraden Kreiszylinders auf, wobei der Kreiszylinder koaxial zu der Achse angeordnet ist.
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Bei besonderen Ausführungsformen ist das Prisma bzw. der Zylinder konisch ausgebildet.
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Das Maschinenelement ist bevorzugt hohl, wofür es einen sich zumindest teilweise in der Achse erstreckenden Hohlraum aufweist. Der Hohlraum ist insbesondere im Bereich der Achse ausgebildet. Bevorzugt erstreckt sich der Hohlraum über mehr als die Hälfte der axialen Länge des Maschinenelementes. Der Hohlraum ist bevorzugt an einem axialen Ende des Maschinenelementes offen. Er weist bevorzugt die Form eines Zylinders auf. Das Maschinenelement kann aber auch ohne Hohlraum ausgebildet sein.
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Das hohle Maschinenelement stellt eine Wandung dar, die den Hohlraum und die Achse umschließt. Die mindestens eine Öffnung ist in der Wandung ausgebildet und verbindet den Hohlraum mit einem Bereich außerhalb des hohlen Maschinenelementes.
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Das hohle Maschinenelement weist bevorzugt die Form eines Hohlzylinders, eines Hohlprismas oder eines Hohlkonus auf.
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Das hohle Maschinenelement in der bevorzugten Form des Hohlzylinders ist bevorzugt durch eine Hülse gebildet. Die mindestens eine Öffnung ist im Hülsenmantel bzw. im Hohlzylindermantel ausgebildet.
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Das Maschinenelement ist bevorzugt durch eine partiell hohle Welle, durch eine Hohlwelle, durch eine zumindest partiell hohle Schaltgabel oder durch einen Hohlflansch gebildet. Die partiell hohle Welle, die Hohlwelle, die partiell hohle Schaltgabel bzw. der Hohlflansch kann für Belastungen durch unterschiedliche Kräfte und Momente ausgelegt sein und beispielsweise eine Komponente eines Sensortretlagers, eines Wankstabilisators oder eines Düngemittelstreuers sein.
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Grundsätzlich kann das Maschinenelement auch durch völlig andersartige Maschinenelementtypen gebildet sein.
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Die mindestens eine Öffnung im Maschinenelement weist bevorzugt einen kreisförmigen, einen langlochförmigen, einen ovalen oder einen ellipsenförmigen Querschnitt auf. Besonders bevorzugt ist der Querschnitt kreisförmig. Der Leiter weist bevorzugt einen Querschnitt auf, der an den Querschnitt der Öffnung angepasst ist, sodass sich der Querschnitt des Leiters und der Querschnitt der Öffnung in ihren geometrischen Formen gleichen und lediglich geringfügig unterschiedlich groß sind. Alternativ bevorzugt wird diese Anpassung dadurch erzielt, dass mehrere Abschnitte des einen Leiters bzw. der mehreren Leiter so durch die Öffnung hindurchgeführt werden, dass diese gleichmäßig im Querschnitt der Öffnung verteilt sind.
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Die mindestens eine Öffnung im Maschinenelement weist in ihrem Querschnitt einen Durchmesser auf, der bevorzugt zwischen 10% und 50% der maximalen radialen Ausdehnung des Maschinenelementes beträgt.
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Die eine Öffnung bzw. die mehreren Öffnungen erstrecken sich bevorzugt jeweils gerade in der Richtung ihrer Erstreckung. Somit ist die mindestens eine Öffnung bevorzugt nicht bogenförmig oder abgewinkelt ausgebildet.
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Besonders bevorzugt erstreckt sich die mindestens eine Öffnung senkrecht zur Achse des Maschinenelementes. Somit erstreckt sich die eine Öffnung bzw. erstrecken sich die mehreren Öffnungen jeweils in radialer Richtung.
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Die eine Öffnung bzw. die mehreren Öffnungen weisen bevorzugt jeweils die Form eines geraden Zylinders auf. Es handelt sich dabei bevorzugt um Bohrungen.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Leiter in einem ersten Abschnitt in radialer Richtung durch die eine Öffnung bzw. durch eine der Öffnungen hindurchgeführt und wird in einem zweiten Abschnitt in axialer Richtung innerhalb des Hohlraumes geführt. Im zweiten Abschnitt wird der Leiter bevorzugt entlang der Achse geführt. Zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt wird der Leiter in einem rechten Winkel geführt. Im zweiten Abschnitt wird der Leiter bevorzugt innerhalb einer Abschirmungshülse zum Abschirmen des elektromagnetischen Feldes geführt. Die Abschirmungshülse befindet sich im Hohlraum des Maschinenelementes und wird bevorzugt koaxial zum Maschinenelement angeordnet.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Leiter in radialer Richtung durch zwei der Öffnungen hindurchgeführt. Die beiden Öffnungen sind gegenüberstehend in Bezug auf die Achse angeordnet, sodass eine die beiden Öffnungen verbindende Gerade die Achse schneidet. Die die beiden Öffnungen verbindende Gerade schneidet die Achse bevorzugt in einem rechten Winkel. Der Leiter wird somit gerade durch die beiden Öffnungen und durch den Hohlraum und somit gerade und diametral durch das gesamte Maschinenelement geführt.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Leiter in einem ersten Abschnitt in radialer Richtung durch eine erste der Öffnungen in den Hohlraum bis zur Achse geführt. In einem zweiten Abschnitt beginnend an der Achse wird der Leiter in radialer Richtung aus dem Hohlraum heraus durch eine zweite der Öffnungen nach außerhalb des Maschinenelementes geführt. Die erste Öffnung und die zweite Öffnung weisen bezogen auf die Achse einen Mittelpunktswinkel von 90° zueinander auf. Die erste Öffnung und die zweite Öffnung weisen bezogen auf die Achse bevorzugt eine gleiche Position, d. h. eine gleiche axiale Position auf. Zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt wird der Leiter in einem rechten Winkel geführt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wird der Leiter bevorzugt auch durch eine dritte und eine vierte der Öffnungen geführt. Hierfür wird der Leiter in einem dritten Abschnitt in radialer Richtung durch die dritte Öffnung in den Hohlraum bis zur Achse geführt. In einem vierten Abschnitt beginnend an der Achse wird der Leiter aus dem Hohlraum heraus in radialer Richtung durch die vierte Öffnung geführt. Die dritte Öffnung und die vierte Öffnung weisen bezogen auf die Achse einen Mittelpunktswinkel von 90° zueinander auf. Die erste Öffnung und die dritte Öffnung liegen dabei auf einer Geraden, welche die Achse schneidet. Die die erste Öffnung und die dritte Öffnung verbindende Gerade schneidet die Achse bevorzugt in einem rechten Winkel. Die erste Öffnung, die zweite Öffnung, die dritte Öffnung und die vierte Öffnung weisen bezogen auf die Achse bevorzugt eine gleiche Position, d. h. eine gleiche axiale Position auf. Der Leiter kann auch durch mehrere Leiter gebildet sind, sodass beispielsweise ein erster der mehreren Leiter durch die erste und zweite Öffnung wird und ein zweiter der mehreren Leiter durch die dritte und vierte Öffnung geführt wird.
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Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Leiter in einem ersten Abschnitt in radialer Richtung durch eine erste der Öffnungen in den Hohlraum geführt. Der Leiter wird in einem zweiten Abschnitt im Hohlraum in axialer Richtung geführt. Der Leiter wird in einem dritten Abschnitt in radialer Richtung durch eine zweite der Öffnungen aus dem Hohlraum heraus geführt. Die beiden Öffnungen sind bevorzugt axial beabstandet und weisen bevorzugt eine gleiche Position in radialer und tangentialer Richtung auf. Im zweiten Abschnitt wird der Leiter bevorzugt innerhalb einer Abschirmungshülse zum Abschirmen des elektromagnetischen Feldes geführt. Die Abschirmungshülse befindet sich im Hohlraum des Maschinenelementes und ist bevorzugt in axialer Richtung ausgerichtet.
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Die oben angegebenen bevorzugten Ausführungsformen, bei denen der Leiter in einer besonderen Weise durch die mindestens eine Öffnung des hohlen Maschinenelementes geführt wird, sind in gleicher Weise auch realisierbar, wenn das Maschinenelement nicht hohl ist.
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Die angegebenen Richtungen, nämlich die axiale Richtung, die tangentiale Richtung und die radiale Richtung sind grundsätzlich auf die Achse des Maschinenelementes bezogen.
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Der Leiter wird bevorzugt jeweils genau ein Mal durch die eine Öffnung bzw. durch die mehreren Öffnungen geführt.
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Der mindestens eine Leiter wird bevorzugt gerade durch die eine Öffnung bzw. durch die mehreren Öffnungen geführt.
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Der mindestens eine Leiter erstreckt sich in denjenigen seiner Abschnitte, in denen er durch die eine Öffnung bzw. durch eine der mehreren Öffnungen geführt wird, bevorzugt jeweils in der Richtung der jeweiligen Öffnung. Bevorzugt wird der Leiter jeweils mittig durch die eine Öffnung bzw. durch die mehreren Öffnungen geführt. Bevorzugt wird der Leiter beabstandet zu einer inneren Wand der mindestens einen Öffnung geführt, sodass er das Maschinenelement nicht berührt.
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Der mindestens eine Leiter besitzt bevorzugt einen kreisförmigen, elliptischen oder rechteckförmigen Querschnitt. Besonders bevorzugt besitzt der Leiter einen kreisförmigen Querschnitt.
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Der Leiter besteht bevorzugt aus Kupfer, Aluminium oder Stahl.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der mindestens eine Leiter mit einem Gleichstrom oder mit einem gepulsten Strom bestromt. Grundsätzlich ist auch Wechselstrom anwendbar.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Leiter nach dem Bestromen, d. h. nach dem Ausbilden der Permanentmagnetisierung, wieder aus der einen Öffnung bzw. aus den mehreren Öffnungen entfernt, sodass der Leiter vom Maschinenelement entfernt wird. Der Leiter bildet somit keine Komponente der Anordnung zum Messen der Kraft oder des Momentes.
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Bei bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die eine Öffnung bzw. werden die mehreren Öffnungen nach dem Entfernen des Leiters verschlossen, da die eine Öffnung bzw. die mehreren Öffnungen für die primäre und sekundäre Funktion des Maschinenelementes nicht benötigt werden. Das Verschließen der mindestens einen Öffnung schützt zudem den Hohlraum vor äußeren Einflüssen.
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Der mindestens eine Magnetfeldsensor ist bevorzugt jeweils durch eine Förstersonde, durch ein Fluxgate-Magnetometer, durch einen Hall-Sensor, durch eine Spule oder durch einen Halbleitersensor gebildet. Grundsätzlich kann auch ein anderer Sensortyp verwendet werden, insofern er zur Messung des durch den invers-magnetostriktiven Effekt hervorgerufenen magnetischen Feldes geeignet ist.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:
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1 ein Maschinenelement und einen Leiter zur Durchführung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens;
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2 das Maschinenelement und den Leiter in abgewandelter Form zur Durchführung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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3 das Maschinenelement und den Leiter in abgewandelter Form zur Durchführung einer dritten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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4 das Maschinenelement und den Leiter in abgewandelter Form zur Durchführung einer vierten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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5 das Maschinenelement und den Leiter in abgewandelter Form zur Durchführung einer fünften bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens;
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6 das Maschinenelement und den Leiter in abgewandelter Form zur Durchführung einer sechsten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
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7 das Maschinenelement und den Leiter in abgewandelter Form zur Durchführung einer siebenten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt ein Maschinenelement 01 und einen elektrischen Leiter 02 in einer Ansicht von vorn und in einer Schnittansicht. Die gezeigte Anordnung des Maschinenelementes 01 und des Leiters 02 dient der Durchführung einer ersten bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens. Gemäß dieser ersten Ausführungsform wird das Maschinenelement 01 bereitgestellt, welches bei dieser Ausführungsform die Form eines sich in einer Achse 03 erstreckenden Streifens aufweist. Erfindungsgemäß weist das Maschinenelement eine durchgehende Öffnung 04 auf, die bei dieser Ausführungsform einen kreisförmigen Querschnitt aufweist und senkreckt zur Achse 03 ausgerichtet ist. Der Leiter 02 ist gerade und koaxial durch die Öffnung 04 hindurchgeführt.
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Es ist insbesondere ein Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, in welchem der Leiter 02 mit einem Strom I bestromt wird, sodass ein Elektromagnetfeld um den Leiter 02 herum entsteht, welches eine Permanentmagnetisierung 06 im Maschinenelement bewirkt, die sich geschlossen um die Öffnung 04 herum erstreckt.
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2 veranschaulicht eine gegenüber der in 1 gezeigten Ausführungsform abgewandelte zweite bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei welcher die Öffnung 04 im Maschinenelement 01 einen langlochförmigen Querschnitt besitzt.
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3 veranschaulicht eine gegenüber der in 1 gezeigten Ausführungsform abgewandelte dritte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Maschinenelement 01 weist bei dieser Ausführungsform die Form eines Hohlzylinders auf und ist in einer Ansicht von vorn und in einer Schnittansicht dargestellt. Die Öffnung 04 ist in der Mantelfläche des hohlzylinderförmigen Maschinenelementes 01 ausgebildet und erstreckt sich senkrecht zur Achse 03 bis in einen inneren Hohlraum 07 des hohlzylinderförmigen Maschinenelementes 01. In einem ersten Abschnitt 08 wird der Leiter 02 gerade und koaxial durch die Öffnung 04 hindurchgeführt, sodass er senkrecht zur Achse 03 und bis in den Hohlraum 07 zur Achse 03 geführt wird. An der Achse 03 schließt sich ein zweiter Abschnitt 09 an, in welchem der Leiter 02 in der Achse 03 verläuft und schließlich den Hohlraum 07 des hohlzylinderförmigen Maschinenelementes 01 in der Achse 03 verlässt. Am Übergang vom ersten Abschnitt 08 zum zweiten Abschnitt 08 ist der Leiter 02 um 90° abgewinkelt.
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4 veranschaulicht eine gegenüber der in 3 gezeigten Ausführungsform abgewandelte vierte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Ausführungsform befindet sich im Hohlraum 07 eine Abschirmungshülse 11, die ebenfalls in der Achse 03 liegt und den Leiter 02 im zweiten Abschnitt 09 koaxial umschließt. Somit führt das im zweiten Abschnitt 09 des Leiters 02 auftretende elektromagnetische Feld nicht zu einer Magnetisierung des Maschinenelementes 01.
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5 veranschaulicht eine gegenüber der in 3 gezeigten Ausführungsform abgewandelte fünfte bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Ausführungsform weist das hohlzylinderförmige Maschinenelement 01 zwei der Öffnungen 04 auf, die sich auf gegenüberliegenden Seiten der Achse 03 (gezeigt in 3) befinden und eine gleiche axiale Position aufweisen. Daher wird der Leiter 02 vollständig gerade durch das gesamte Maschinenelement 01, d. h. durch die beiden Öffnungen 04 und den Hohlraum 07 hindurchgeführt, wobei er die Achse 03 (gezeigt in 3) in einem rechten Winkel schneidet. Daher durchläuft der Leiter 02 das Maschinenelement 01 diametral in radialer Richtung. Es können auch weitere der sich gegenüberstehenden Öffnungen (nicht dargestellt) in einem axialen Abstand zu den ersten beiden sich gegenüberstehenden Öffnungen 04 ausgebildet sein, die gegenüber den ersten beiden sich gegenüberstehenden Öffnungen 04 in Bezug auf die Achse 03 (gezeigt in 3) jeweils verdreht sind.
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6 veranschaulicht eine gegenüber der in 5 gezeigten Ausführungsform abgewandelte sechste bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Bei dieser Ausführungsform weist das hohlzylinderförmige Maschinenelement 01 vier der Öffnungen 04 auf, die gleichverteilt um die Achse 03 (gezeigt in 3) herum angeordnet sind und eine gleiche axiale Position aufweisen. Der Leiter 02 wird zwei Mal durch das Maschinenelement 01 und dessen Hohlraum 07 hindurchgeführt. In einem ersten Abschnitt 08 wird der Leiter 02 gerade und koaxial durch die erste der vier Öffnungen 04 hindurchgeführt, sodass er senkrecht zur Achse 03 (gezeigt in 3) und bis in den Hohlraum 07 zur Achse 03 geführt wird. An der Achse 03 (gezeigt in 3) beginnt ein zweiter Abschnitt 09, in welchem der Leiter 02 senkrecht zur Achse 03 aus dem Hohlraum 07 herausgeführt wird, indem er gerade und koaxial durch die zweite der vier Öffnungen 04 hindurchgeführt wird. In einem dritten Abschnitt 12 wird der Leiter 02 gerade und koaxial durch die dritte der vier Öffnungen 04 hindurchgeführt, sodass er senkrecht zur Achse 03 (gezeigt in 3) und bis in den Hohlraum 07 zur Achse 03 geführt wird. An der Achse 03 (gezeigt in 3) beginnt ein vierter Abschnitt 13, in welchem der Leiter 02 senkrecht zur Achse 03 aus dem Hohlraum 07 herausgeführt wird, indem er gerade und koaxial durch die vierte der vier Öffnungen 04 hindurchgeführt wird. Der Strom I zum Bestromen des Leiters 02 fließt jeweils in die erste Öffnung 04 und in die dritte Öffnung 04 hinein. Somit wechselt zwischen jeweils zwei benachbarten der Öffnungen 04 die Richtung des Stromes I. Alternativ zur Verwendung des einzigen Leiters 02 können auch zwei elektrische Leiter verwendet werden, wobei der erste der beiden Leiter durch die erste der vier Öffnungen 04 und durch die zweite der vier Öffnungen 04 hindurchgeführt wird, während der zweite der beiden Leiter durch die dritte der vier Öffnungen 04 und durch die vierte der vier Öffnungen 04 hindurchgeführt wird. Diese beiden Leiter können in Reihe oder parallel geschaltet werden.
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7 veranschaulicht eine gegenüber der in 1 gezeigten Ausführungsform abgewandelte siebente bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Maschinenelement 01 in Form eines Streifens weist bei dieser Ausführungsform zwei der Öffnungen 04 auf und ist in einer Ansicht von vorn und in einer Schnittansicht dargestellt. Die beiden Öffnungen 04 sind axial beabstandet. In einem ersten Abschnitt 08 wird der Leiter 02 gerade und koaxial durch die erste der beiden Öffnungen 04 hindurchgeführt, sodass er senkrecht zur Achse 03 verläuft und eine gegenüberliegende Seite des Maschinenelementes 01 erreicht. Es schließt sich ein zweiter Abschnitt 09 an, in welchem der Leiter 02 parallel zur Achse 03 verläuft. Am Übergang vom ersten Abschnitt 08 zum zweiten Abschnitt 08 ist der Leiter um 90° abgewinkelt. Es schließt sich ein dritter Abschnitt 12 an, in welchem der Leiter 02 gerade und koaxial durch die zweite der beiden Öffnungen 04 hindurchgeführt wird, sodass er senkrecht zur Achse 03 verläuft und wieder auf die ursprünglich vom Leiter 02 durchlaufene Seite des Maschinenelementes 01 wechselt. Im zweiten Abschnitt 09 kann der Leiter 02 durch eine Abschirmungshülse 11 (gezeigt in 4) hindurch geführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 01
- Maschinenelement
- 02
- Leiter
- 03
- Achse
- 04
- Öffnung
- 05
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- 06
- Permanentmagnetisierung
- 07
- Hohlraum
- 08
- erster Abschnitt
- 09
- zweiter Abschnitt
- 10
-
- 11
- Abschirmungshülse
- 12
- dritter Abschnitt
- 13
- vierter Abschnitt
