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Die Erfindung betrifft eine Sensoreinrichtung zur Ermittlung eines an einer Welle angreifenden Drehmoments, eine Wellenmessanordnung mit einer tordierbaren Welle und einer solchen Sensoreinrichtung, einen Elektromotor mit einer tordierbaren Welle und einer solchen Sensoreinrichtung sowie ein Verfahren zum Ermitteln eines an einer tordierbaren Welle angreifenden Drehmoments.
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Aus der deutschen Offenlegungsschrift
DE 10 2012 213 075 A1 geht eine Wellenanordnung mit einer Welle, einem mit der Welle verbundenen Rotor sowie einer auf dem Rotor aufgebrachten Markierung hervor. Mit Hilfe einer Sensorvorrichtung und der Markierung ist es möglich, eine genaue Winkellage des Rotors zu detektieren. Dazu wird die Markierung nicht an der Welle, sondern an dem auf der Welle angebrachten Rotor angebracht. Mit Hilfe einer solchen Wellenanordnung kann in einem Elektromotor eine elektronische Kommutierung exakt auf die Stellung des Rotors abgestimmt werden. Solche bekannten Sensorvorrichtungen und Wellenanordnungen arbeiten typischerweise auf Basis magnetischer Kodierungen der Welle oder des Rotors und/oder auf Basis optischer Sensoren. Die hierfür benötigten Markierungen werden in der Regel in Form von Scheiben oder Rädern, die eine Kodierung aufweisen, auf der Welle oder an dem Rotor befestigt und mit Hilfe der Sensorvorrichtung stirnseitig abgetastet.
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Bei solchen klassischen Wellenanordnungen, Elektromotoren und entsprechenden Sensorvorrichtungen wird jedoch nur die Rotationsstellung der Welle oder des Rotors bestimmt. Ein an der Welle anliegendes Drehmoment kann nicht ermittelt werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sensoreinrichtung, eine Wellenmessanordnung, einen Elektromotor sowie ein Verfahren zum Ermitteln eines an einer tordierbaren Welle angreifenden Drehmoments zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten. Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem eine Sensoreinrichtung mit einer Sensorvorrichtung, die zur – vorzugsweise optischen – Erfassung von an einer eine Mittelachse aufweisenden tordierbaren Welle und/oder an einem mit der Welle drehfest verbundenen Rotor axial versetzt zueinander angebrachten, wenigstens zwei Markierungen eingerichtet ist, und mit einer Datenanalyseeinrichtung geschaffen wird. Dabei ist die Datenanalyseeinrichtung mit der Sensorvorrichtung wirkverbunden und eingerichtet, um – mittels von der Sensorvorrichtung erfasster Daten – wenigstens eine Relativverlagerung – in Umfangssrichtung gesehen – der zumindest zwei Markierungen relativ zueinander zu erfassen und um anhand der wenigstens einen erfassten Relativverlagerung ein an der Welle angreifendes Drehmoment zu ermitteln. Auf diese Weise ist es möglich, ein an der Welle angreifendes Drehmoment mit einfachen Mitteln präzise zu bestimmen. Auch ist die Integration einer solchen Sensoreinrichtung in eine Wellenanordnung oder einen Elektromotor einfach und somit kostengünstig durchführbar. Weiterhin ist die Ermittlung des Drehmoments auf diese Weise sehr genau und störungsunanfällig.
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Unter einer Sensorvorrichtung wird hier eine Vorrichtung verstanden, die geeignet ist, wenigstens zwei Markierungen an einer Welle und/oder an einem mit der Welle verbundenen Rotor – vorzugsweise optisch – zu erfassen. Die Sensorvorrichtung weist zumindest ein Sensorelement, vorzugsweise wenigstens zwei Sensorelemente, vorzugsweise zu jeder Markierung jeweils ein Sensorelement auf. Sofern genau ein und nur ein Sensorelement vorgesehen ist, ist dieses derart eingerichtet und angeordnet, dass das genau eine Sensorelement alle Markierungen erfassen kann. Vorzugsweise erfasst das eine Sensorelement alle Markierungen, ohne dass hierfür eine Verlagerung des Sensorelements notwendig ist. Besonders bevorzugt erfasst das eine Sensorelement alle Markierungen gleichzeitig. Vorzugsweise ist das eine Sensorelement eine Kamera, eine Fotozelle, ein Fotomultiplier, eine Fotodiode, oder ein anderer geeigneter Fotodetektor. Wichtig ist, dass das eine Sensorelement von den Markierungen ausgehende Lichtsignale detektieren und derjenigen Markierung zuordnen kann, von welcher diese ausgestrahlt wurden.
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Besonderes bevorzugt sind wenigstens zwei Sensorelemente zur optischen Erfassung der wenigstens zwei Markierungen vorgesehen. Ganz besonders bevorzugt ist zu jeder Markierung jeweils ein korrespondierendes Sensorelement vorgesehen. Jedes Paar, bestehend aus Markierung und korrespondierendem Sensorelement, wirkt dann derart zusammen, dass ein von der Markierung ausgehendes Lichtsignal in zumindest einer Rotationsstellung der Welle und/oder des Rotors von dem korrespondierenden Sensorelement erfasst wird. Vorzugsweise wird jedem Lichtsignal zusätzlich ein Zeitpunkt und/oder eine Rotationsstellung der Welle und/oder des Rotors zugeordnet.
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Die Sensorvorrichtung ist mit der Datenanalyseeinrichtung wirkverbunden, um – mittels von der Sensorvorrichtung erfasster Daten – wenigstens eine Relativverlagerung zwischen den zumindest zwei Markierungen zu ermitteln. Unter einer solchen Relativverlagerung wird hier eine Verschiebung entlang der Umfangsfläche, insbesondere also eine Rotation, einer ersten Markierung der wenigstens zwei Markierungen relativ zu mindestens einer zweiten Markierung der wenigstens zwei Markierungen verstanden. Da die wenigstens zwei Markierungen an einer tordierbaren Welle und/oder an einem mit der Welle verbundenen Rotor axial versetzt zueinander angebracht sind, ist es möglich anhand der wenigstens einen Relativverlagerung ein an der Welle angreifendes Drehmoment zu ermitteln. Ein an der Welle angreifendes Drehmoment, insbesondere ein einseitig angreifendes Drehmoment, hat, insbesondere wenn in einem axialen Abstand zum Angriffspunkt des Drehmoments mit der Welle eine träge Masse verbunden ist, zur Folge, dass zumindest zwischen dem Angriffspunkt des Drehmoments und dem Verbindungspunkt mit der trägen Masse eine Torsion der Welle stattfindet. Die Welle wird also in sich verdreht, sodass sich die Umfangsposition einer Markierung im Verhältnis zu einer axial zu dieser versetzt angeordneten Markierung vergrößert oder verkleinert.
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Dass die wenigstens zwei Markierungen axial versetzt zueinander angeordnet sind, bedeutet insbesondere, dass die wenigstens zwei Markierungen nicht an einer selben Axialposition auf der Welle angeordnet sind. Es ist möglich, dass die wenigstens zwei Markierungen axial voneinander beabstandet sind, wobei sie in diesem Fall einen endlichen, von Null verschiedenen Abstand auf der Welle voneinander aufweisen. Es ist aber auch möglich, dass die Markierungen unmittelbar aneinander angrenzen oder sogar bereichsweise miteinander überlappen. Um eine Torsion der Welle ermitteln zu können, genügt es insoweit, wenn die Markierungen zumindest auch Bereiche umfassen, die nicht miteinander überlappen, sodass eine Relativverlagerung dieser nicht überlappenden Bereich der Markierungen relativ zueinander ausgewertet werden kann. Es ergibt sich eine umso höhere Genauigkeit der Torsionserfassung für die Welle, je größer ein axialer Abstand zwischen den nicht miteinander überlappenden Bereichen oder den axial zueinander versetzt oder sogar voneinander beabstandet angeordneten Markierungen ist, die zur Ermittlung der Relativverlagerung herangezogen werden.
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Eine axiale Richtung oder Längsrichtung bezieht sich hier insbesondere auf eine Längserstreckung der Welle sowie auf eine bestimmungsgemäße Drehachse derselben. Eine radiale Richtung ist eine Richtung, die senkrecht auf der Längsrichtung steht. Eine Umfangsrichtung umgreift die Längsrichtung und damit insbesondere die Drehachse der Welle konzentrisch.
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Die Relativverlagerung der zumindest zwei Markierungen relativ zueinander wird von der Sensorvorrichtung vorzugsweise kontinuierlich erfasst. Alternativ ist die Erfassung der Relativverlagerung der zumindest zwei Markierung in Umfangsrichtung schrittweise, also in einem diskreten Wertebereich, realisiert.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist die Sensorvorrichtung wenigstens eine Kamera als Sensorelement auf. Eine solche insbesondere hochauflösende Kamera vereinfacht die Erfassung der Relativverlagerung zweier Markierungen und ermöglicht insbesondere auch die Erfassung mehrerer Markierungen mit einem einzelnen Sensorelement, insbesondere durch geeignete Definition und Auswertung interessierender Bereiche im Kamerabild. Vorzugsweise weist die Sensorvorrichtung mehrere Kameras auf, sodass die Markierungen unabhängig voneinander erfasst werden können.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem eine Wellenmessanordnung mit einer eine Mittelachse aufweisenden tordierbaren Welle und einer Sensoreinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele geschaffen wird, wobei die Welle und/oder ein mit der Welle verbundener Rotor wenigstens zwei axial versetzt zueinander angeordnete Markierungen aufweist/aufweisen, wobei die Sensorvorrichtung derart angeordnet ist, dass die wenigstens zwei Markierungen von der Sensorvorrichtung erfassbar sind. Eine derartige Wellenmessanordnung hat den Vorteil, dass ein an der Welle angreifendes Drehmoment insbesondere kontinuierlich ermittelt werden kann. Somit kann eine Torsionsbelastung der Welle in der Wellenmessanordnung überwacht werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Markierungen jeweils ein Markierungselement oder mehrere Markierungselemente aufweisen, die linienförmig ausgebildet, und/oder zur Mittelachse der Welle parallel ausgerichtet, und/oder über einen gesamten Umfang der Welle und/oder des Rotors verteilt angeordnet sind, und/oder ein Muster, vorzugsweise eine Strichmuster bilden, und/oder sich farblich und/oder in ihren Reflexionseigenschaften von der Welle und/oder von dem Rotor unterscheiden, und/oder einander ähnlich, vorzugsweise einander gleich gestaltet sind. Derartige Markierungselemente sind besonders einfach und störungsunanfällig mittels der Sensorvorrichtung erfassbar. Somit kann ein an der Welle angreifendes Drehmoment von der Sensoreinrichtung besonders zuverlässig ermittelt werden. Derartige Markierungselemente sind außerdem mit wenig Aufwand an der Welle und/oder an einem mit der Welle verbundenen Rotor anbringbar. Die Markierungselemente erstrecken sich vorzugsweise über einen gesamten Umfang der Welle und/oder des Rotors oder sind über einen gesamten Umfang der Welle und/oder des Rotors verteilt angeordnet, sodass die Sensorvorrichtung zu jedem Zeitpunkt eine in Umfangsrichtung gesehene Relativverlagerung von zumindest zwei Markierungen und/oder Markierungselementen erfassen kann.
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Die Markierungselemente unterscheiden sich vorzugsweise in ihrer Oberflächenbeschaffenheit. Insbesondere können die Markierungen Wölbungen, Kanten, spiegelnde Bereiche und/oder Bereiche unterschiedlicher Rauigkeit aufweisen. Derartige Strukturen verändern die Reflexionseigenschaften der Markierungselemente, sodass diese besonders einfach mittels der Sensorvorrichtung erfasst werden können. Zusätzlich oder alternativ unterscheiden sich die Markierungselemente durch ihre farbliche Gestaltung von der Welle und/oder von dem Rotor und/oder von anderen Markierungselementen. Wichtig ist, dass die Sensorvorrichtung die Markierungselemente präzise und störunanfällig erfassen kann. Es wird also vorzugsweise eine Sensorvorrichtung gewählt, die derart beschaffen ist, dass sie die Markierungselemente der Markierungen, insbesondere deren Struktur, Farben und/oder Formen effektiv erfassen kann.
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Vorzugsweise sind die zumindest zwei Markierungen einander gleich, besonders bevorzugt identisch zueinander ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders einfache Erfassung und Auswertung.
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Die Markierungen können an der Welle angebracht oder auf die Welle aufgetragen, beispielsweise aufgedruckt, aufgeklebt oder in anderer Weise auf eine äußere Umfangsfläche der Welle aufgebracht sein. Es ist aber auch möglich, dass die Markierungen in das Material der Welle eingebracht oder aus dem Material der Welle herausgearbeitet sind, beispielsweise durch Laserbearbeitung, durch spanabhebende Bearbeitung oder in sonst einer geeigneten Weise. Insbesondere können in das Material der Welle linienförmige, sich zumindest im Wesentlichen in axialer Richtung erstreckende Markierungen, beispielsweise Riefen, Rillen oder Nuten, eingebracht sein. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, an dem äußeren Umfang der Welle entsprechend ausgestaltete Vorsprünge als Markierungselemente vorzusehen.
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Die Datenanalyseeinrichtung ist insbesondere eingerichtet, um einen Relativabstand – in Umfangsrichtung gesehen – zwischen den wenigstens zwei Markierungen zu ermitteln, wobei sie insbesondere eingerichtet ist, um eine zeitliche Entwicklung des Relativabstands zu erfassen. Eine Relativverlagerung zwischen den wenigstens zwei Markierungen kann dann insbesondere als zeitliche Entwicklung des ermittelten Relativabstands ermittelt werden. Fluchten beispielsweise die wenigstens zwei Markierungen entlang der Längserstreckung der Welle gesehen miteinander, ist deren Relativabstand bei unverdrillter Welle gleich Null, wobei er zunimmt, sobald die Welle verdrillt wird. Es ist aber selbstverständlich auch möglich, dass die wenigstens zwei Markierungen auch in unverdrilltem Zustand bereits einen endlichen, bekannten und vorzugsweise in der Datenanalyseeinrichtung hinterlegten Relativabstand zueinander aufweisen, wobei eine Veränderung dieses Relativabstands – insbesondere eine Vergrößerung oder eine Verringerung desselben – ein Verdrillen der Welle anzeigt.
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Vorzugsweise ist die Datenanalyseeinrichtung eingerichtet, um die Relativverlagerung der zumindest zwei Markierungen permanent, insbesondere kontinuierlich zu ermitteln.
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Alternativ ist die Datenanalyseeinrichtung eingerichtet, um die Relativverlagerung der zumindest zwei Markierungen nur zu bestimmten Zeitpunkten und/oder in bestimmten Rotationsstellungen der Welle oder des Rotors zu ermitteln.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Markierungselemente der wenigstens zwei Markierungen – in einem unbelasteten Zustand der Welle – jeweils auf einer gleichen Umfangsposition angeordnet sind. Derartig angeordnete Markierungselemente, insbesondere wenn diese linienförmig ausgebildet und parallel zur Mittelachse der Welle ausgerichtet sind, sind besonders einfach mittels der Sensorvorrichtung erfassbar. Auch das Erfassen oder das Ermitteln einer Relativverlagerung ist anhand solcher Markierungselemente besonders einfach und zuverlässig durchführbar.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Elektromotor mit einer Sensoreinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele und mit einer eine Mittelachse aufweisenden tordierbaren Welle und wenigstens zwei Markierungen, die axial versetzt zueinander an der Welle und/oder an einem der Welle verbundenen Rotor angeordnet sind, geschaffen wird, wobei die Sensorvorrichtung der Sensoreinrichtung derart angeordnet ist, dass die wenigstens zwei Markierungen erfassbar sind. Die Markierungen sind also am Umfang der Welle in zwei zueinander axial versetzten Bereichen ausgebildet. Die Markierungen sind vorzugsweise gleich gestaltet und werden vorzugsweise von der Sensorvorrichtung bevorzugt optisch und vorzugsweise kontinuierlich erfasst. Damit kann ein umfänglicher Abstand der Markierungen, insbesondere eine Relativverlagerung – in Umfangsrichtung gesehen – der mindestens zwei Markierungen relativ zueinander mit Hilfe der Datenanalyseeinrichtung ermittelt und hieraus auf das an der Welle angreifende Drehmoment geschlossen werden. Bei einem solchen Elektromotor wird also mit einfachen Mitteln das an der Welle des Elektromotors angreifende Drehmoment präzise und vorzugsweise kontinuierlich bestimmt. Somit wird die Torsionsbelastung der Welle überwacht, und andere Betriebsparameter des Elektromotors und/oder einer mit dem Elektromotor wirkverbundenen Vorrichtung können mit Hilfe des überwachten Drehmoments optimal gewählt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine der Markierungen – in axialer Richtung der Mittelachse gesehen – zwischen einem Stator und einem Abtrieb des Elektromotors angeordnet ist. Da das Drehmoment vorzugsweise im Bereich des Stators an der Welle angreift und über die Welle auf eine im Bereich des Abtriebs angreifende Last übertragen wird, ist es möglich, mit einer Markierung zwischen dem Stator und dem Abtrieb das angreifende Drehmoment besonders präzise und effektiv zu erfassen.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zumindest eine der Markierungen der Sensoreinrichtung – in axialer Richtung der Mittelachse gesehen – auf einer einem Abtrieb abgewandten Seite eines Stators, oder auf einer dem Stator abgewandten Seite des Abtriebs angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist eine erste Markierung der wenigstens zwei Markierungen auf einer einem Abtrieb abgewandten Seite eines Stators angeordnet, wobei eine zweite Markierung der wenigstens zwei Markierungen auf einer dem Abtrieb zugewandten Seite des Stators angeordnet ist. Die Markierungen sind vorzugsweise also in gegenüberliegenden Bereichen der Welle beidseitig des Stators, bevorzugt an gegenüberliegenden Endbereichen der Welle, angeordnet. Derart angeordnete Markierungen erfahren eine besonders große Relativverlagerung – in Umfangsrichtung gesehen – relativ zueinander, wenn ein Drehmoment an der Welle angreift. Eine derartige Anordnung der Markierungen hat den Vorteil, dass die Ermittlung eines an der Welle angreifenden Drehmoments besonders präzise, also mit einem besonders kleinen systematischen Fehler, erfolgen kann.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Verfahren zum Ermitteln eines an einer tordierbaren Welle angreifenden Drehmoments mittels einer Sensoreinrichtung nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele geschaffen wird, welches folgende Schritte aufweist: Es wird eine erste Umfangsposition einer ersten Markierung auf der Welle und/oder einem Rotor erfasst. Es wird außerdem eine zweite Umfangsposition einer zweiten, relativ zu der ersten axial versetzt angeordneten Markierung auf der Welle und/oder einen Rotor erfasst. Zwischen der ersten Umfangsposition und der zweiten Umfangsposition wird eine Relativverlagerung – in Umfangsrichtung gesehen – ermittelt. Anhand der ermittelten Relativverlagerung wird ein Verdrehungswinkel der Welle ermittelt, und anhand des ermittelten Verdrehungswinkels wird ein an der Welle angreifendes Drehmoment ermittelt. Um das an der Welle angreifende Drehmoment zu ermitteln wird vorzugsweise ein axialer Abstand zwischen der ersten Markierung und der zweiten Markierung erfasst oder ist zumindest bereits bekannt. Um den Verdrehungswinkel und/oder das an der Welle angreifende Drehmoment zu ermitteln, wird vorzugsweise zusätzlich ein umfänglicher Referenzabstand zwischen der ersten und der zweiten Markierung, also eine Referenz-Relativverlagerung – in Umfangsrichtung gesehen – ermittelt. Diese Referenz-Relativverlagerung wird vorzugsweise in einen unbelasteten Zustand der Welle, also in einen Zustand, in welchem kein Drehmoment an der Welle angreift, ermittelt. Zur Ermittlung eines Verdrehungswinkels der Welle kann in diesem Fall also eine ermittelte Relativverlagerung mit der ermittelten Referenz-Relativverlagerung verglichen werden, um somit eine Änderung der Relativverlagerung zu erfassen. Die Erfassung einer solchen Änderung der Relativverlagerung findet vorzugsweise kontinuierlich statt. Alternativ findet die Erfassung der Änderung der Relativverlagerung schrittweise, also in aufeinanderfolgenden Momentaufnahmen der rotierenden Welle statt.
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In Zusammenhang mit der Erfindung ergeben sich insbesondere folgende Vorteile: Durch das Anbringen der Markierungen an der Welle und/dem Rotor und das Erfassen der Markierungen mittels der Sensorvorrichtung ist es möglich, unter Kenntnis der Bauteilsteifigkeit und der mittels der Datenanalyseeinrichtung ermittelten Verdrillung der Welle auf besonders einfache Art und Weise ein an der Welle angreifendes Drehmoment zu ermitteln. Bei optischer Erfassung der Markierungen an der Welle werden diese berührungslos erfasst, sodass die Erfassung ohne Leistungsverluste durchgeführt werden kann. Auch ist die Genauigkeit der Erfassung hoch und die Integration der Messtechnik in ein stehendes System einfach. Außerdem ist eine erfindungsgemäße Sensoreinrichtung störunanfällig und präzise bei der Erfassung der Markierungen.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
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Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Elektromotors mit einer Sensoreinrichtung und mit einer eine Mittelachse aufweisenden tordierbaren Welle und wenigstens zwei Markierungen.
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Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Elektromotors 1 mit einer Wellenmessanordnung 2, die eine Sensoreinrichtung 3 und eine eine Mittelachse M aufweisende tordierbare Welle 5 sowie wenigstens zwei Markierungen 7, hier insgesamt sechs Markierungen 7, die axial versetzt zueinander an der Welle 5 angeordnet sind, aufweist. Alternativ ist es auch möglich die Markierungen 7 an einem hier nicht dargestellten Rotor, der mit der Welle 5 verbunden ist, anzubringen. In der einzigen Figur ist auch eine Sensorvorrichtung 9, hier insbesondere zwei Sensorvorrichtungen 9, dargestellt. Diese Sensorvorrichtungen 9 sind eingerichtet, um die Markierungen 7 optisch zu erfassen. Die Sensorvorrichtungen 9 sind außerdem mit einer hier nicht dargestellten Datenanalyseeinrichtung wirkverbunden, wobei die Datenanalyseeinrichtung eingerichtet ist, um mittels von der Sensorvorrichtung 9 erfassten Daten wenigstens eine Relativverlagerung – in Umfangsrichtung U gesehen – von zumindest zwei der sechs Markierungen relativ zueinander zu ermitteln. Die Datenanalyseeinrichtung ist auch eingerichtet, um anhand der wenigstens einen Relativverlagerung ein an der Welle 5 angreifendes Drehmoment zu ermitteln.
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Die hier dargestellten Markierungen 7 weisen jeweils linienförmig ausgebildete Markierungselemente 11 auf. Wegen der besseren Übersichtlichkeit ist in der Figur lediglich eines der Markierungselemente 11 mit einem Bezugszeichen gekennzeichnet. Die Markierungselemente 11 sind hier parallel zur Mittelachse M der Welle 5 ausgerichtet und über einen gesamten Umfang der Welle 5 verteilt. Somit bildet jede der Markierungen 7 ein regelmäßiges Strichmuster. Jeweils zwei der sechs Markierungen 7 weisen Markierungselemente 11 auf, die einander gleichartig gestaltet sind. Somit ist die Erfassung der Markierungen 7 und das Ermitteln einer Relativverlagerung besonders einfach und störunanfällig.
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Markierungen 7 und/oder Markierungselemente 11 können auf einfache Weise mittels eines Lasers auf die Welle 5 aufgetragen werden. Dazu muss die Welle 5 nicht notwendigerweise aus einem bestehenden Elektromotor 1 oder einer ähnlichen Vorrichtung ausgebaut werden. Auch können die Markierungen 7 so erneuert und/oder verändert werden, nachdem sie sich abgenutzt haben oder aufgrund von Verunreinigungen in dem Elektromotor nicht mehr mittels der Sensorvorrichtungen 9 erfassbar geworden sind.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist bevorzugt jede der Sensorvorrichtungen 9 eingerichtet um eine Relativverlagerung zweier Markierungen 7 relativ zueinander in dem von der jeweiligen Sensorvorrichtung 9 erfassbaren Bereich zu erfassen. Es ist jedoch alternativ oder zusätzlich auch möglich, dass jede der Sensorvorrichtungen 9 jeweils nur eine Umfangsposition eines der Markierungselemente 11, einer der ihr zugeordneten Markierungen 7, oder einer Gruppe ihr zugeordneter Markierungen 7 erfasst, und dass die Datenanalyseeinrichtung eine Relativverlagerung dieser jeweils erfassten Markierungselemente 11, Markierungen 7 oder Gruppen zugeordneter Markierungen 7 relativ zueinander erfasst. Hier kann also eine Redundanz realisiert sein, sodass auch einzelne Markierungselemente 11 und/oder Markierungen 7 und/oder Sensorvorrichtungen 9 ausfallen können, wobei die Erfassung der Markierungen 7 und eine Ermittlung eines angreifenden Drehmoments jedoch weiterhin möglich ist. Alternativ ist es auch möglich, die Mehrzahl an Sensorvorrichtung 9, Markierungen 7 und Markierungselemente 11 derart in der Datenanalyseeinrichtung zu verwenden, dass die Genauigkeit der Ermittlung des Drehmoments verbessert ist.
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Die Markierungen 7 in der Figur sind innerhalb des Elektromotors 1 jeweils in einem Endbereich 13 der Welle 5 angeordnet. Drei der Markierungen 7 sind – in axialer Richtung der Mittelachse gesehen – zwischen einem Stator 15 und einem Abtrieb 17 des Elektromotors 1 angeordnet. Drei weitere Markierungen 7 sind – in axialer Richtung der Mittelachse M der Welle 5 gesehen – auf einer dem Abtrieb 17 abgewandten Seite des Stators 15 angeordnet.
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Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist außerdem jeder der Sensorvorrichtungen 9 eine Lichtquelle 19 zugeordnet, um die Markierungen 7 zu beleuchten. Somit ist gewährleistet, dass die Markierungen 7 auch in einem dunklen Gehäuse eines Elektromotors 1 gut mittels der Sensorvorrichtungen 9 erfassbar sind. Die Sensorvorrichtungen 9 können die Lichtquellen 19 aufweisen. Alternativ oder zusätzlich sind die Lichtquellen 19 im Elektromotor 1 angeordnet. Die Lichtquellen 19 können auch durch Öffnungen in einer Gehäusewand des Elektromotors 1 bereitgestellt sein. Mittels einer Lichtquelle 19, insbesondere einer künstlichen Lichtquelle 19, ist es auch möglich, einen stroboskopischen Effekt bei der Erfassung der Markierungen 7 mittels der Sensorvorrichtung 9 zu nutzen, um die Ermittlung einer Relativverlagerung zweier Markierungen 7 und/oder die Ermittlung eines an der Welle 5 angreifenden Drehmoments zu optimieren.
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Insgesamt zeigt sich, dass mit der hier vorgeschlagenen Sensoreinrichtung 3, der Wellenmessanordnung 2 und dem Elektromotor 1 ein an der Welle 5 angreifendes Drehmoment auf einfache Weise, störunaufällig und sehr genau ermittelt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012213075 A1 [0002]
