DE102017223096A1 - Drehmomentmesung bei Stillstand - Google Patents

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Abstract

Anordnung mit mindestens einer einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt aufweisenden Welle (101), einem ersten Sensor (107) und einem zweiten Sensor 109(); wobei der dritte Abschnitt der Welle axial zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der Welle (101) angeordnet ist; wobei ein erstes Feld einer physikalischen Größe in einem ersten Bezugssystem und ein zweites Feld einer physikalischen Größe in einem zweiten Bezugssystem zeitinvariant ist; wobei ein von dem ersten Sensor (107) in einem ersten Ort gemessener Wert der Größe des ersten Felds in Abhängigkeit von einem Winkel einer Drehung des ersten Bezugssystems relativ zu dem ersten Ort veränderlich ist; und wobei ein von dem zweiten Sensor (109) in einem zweiten Ort gemessener Wert der Größe des zweiten Felds in Abhängigkeit von einem Winkel einer Drehung des zweiten Bezugssystems relativ zu dem zweiten Ort veränderlich ist. Das erste Bezugssystem mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit relativ zu dem ersten Abschnitt und das zweite Bezugssystem mit derselben Drehgeschwindigkeit relativ zu dem zweiten Abschnitt rotiert.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Anordnung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind Anordnungen bekannt, bei denen eine drehende Welle zwei axial voneinander beabstandete Wechselfelder erzeugt. Wird die Welle mit einem Drehmoment beaufschlagt, ändert sich die Phasenlage der beiden Wechselfelder relativ zueinander. Durch Messen der Felder und Bestimmen der Phasenlage lassen sich somit Rückschlüsse auf das Drehmoment ziehen.
  • Dies funktioniert allerdings nur bei einer drehenden Welle. Steht die Welle still, sind die erzeugten Felder statisch, so dass es nicht möglich ist, eine Phasendifferenz zu ermitteln.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das an einer Welle anliegenden Drehmoment unter Umgehung den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen innewohnenden Nachteile zu ermitteln. Insbesondere soll die Ermittlung des Drehmoments auch bei stehender Welle möglich sein.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung nach Anspruch 1. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen enthalten. Die Anordnung umfasst eine Welle, einen ersten Sensor und einen zweiten Sensor.
  • Die Welle ist drehbar gelagert. Sie lässt sich in einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt unterteilen. Der dritte Abschnitt ist axial zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet. Dies bedeutet, dass der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt in axialer Richtung, d.h. in Richtung einer Drehachse der Welle voneinander beabstandet sind. Ein entsprechend zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt bestehender Zwischenraum wird mindestens teilweise von dem dritten Abschnitt ausgefüllt.
  • Mindestens eine Strecke, die einen Punkt des ersten Abschnitts mit einem Punkt des zweiten Abschnitts verbindet, verläuft durch den dritten Abschnitt. Vorzugsweise gehen der erste Abschnitt und der dritte Abschnitt entlang einer ersten Schnittfläche, der dritte Abschnitt und der zweite Abschnitt entlang einer zweiten Schnittfläche ineinander über. Die erste Schnittfläche grenzt also unmittelbar an dem ersten Abschnitt und dem dritten Abschnitt, die zweite Schnittfläche an den dritten Abschnitt und den zweiten Abschnitt. Dabei verbindet der dritte Abschnitt die erste Schnittfläche und die zweite Schnittfläche miteinander.
  • Eine erste radial, d.h. orthogonal zu der Drehachse der Welle ausgerichtete Ebene lässt sich so bevorzugt positionieren, dass der erste Abschnitt sich auf einer Seite der ersten Ebene und der zweite und dritte Abschnitt auf einer anderen Seite der ersten Ebene befinden. Entsprechend lässt sich eine zweite radial ausgerichtete Ebene bevorzugt so positionieren, dass der erste Abschnitt und der dritte Abschnitt sich auf einer Seite der zweiten Ebene befinden und der dritte Abschnitt sich auf einer anderen Seite der zweiten Ebene befindet. Die erste Ebene verläuft zwischen dem ersten Abschnitt und dem dritten Abschnitt sowie zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt. Entsprechend verläuft die zweite Ebene zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt sowie zwischen dem dritten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt.
  • Wird die Welle mit einem axialen, d.h. mit einem entlang der Drehachse der Welle ausgerichteten Drehmoment beaufschlagt, werden der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt gegeneinander verspannt. Das Drehmoment wird über den dritten Abschnitt zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt übertragen. Dies führt zu einer Torsion bzw. Verdrehung des dritten Abschnitts und infolgedessen zu einer Änderung eines Drehwinkels des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts relativ zueinander. Die Beaufschlagung der Welle mit dem Drehmoment geht also einher mit einer Änderung der relativen Winkellage des ersten Abschnitts und des zweiten Abschnitts.
  • Um das Drehmoment zu ermitteln, wird ein erstes Feld einer physikalischen Größe und ein zweites Feld einer physikalischen Größe erzeugt. Bei der physikalischen Größe des ersten Felds und der physikalischen Größe des zweiten Felds handelt es sich vorzugsweise um die gleiche physikalische Größe.
  • Das erste Feld ist in einem ersten Bezugssystem zeitinvariant. Entsprechend ist das zweite Feld in einem zweiten Bezugssystem zeitinvariant.
  • Ein Feld beschreibt allgemein die räumliche Verteilung einer physikalischen Größe. Im Fall eines Skalarfelds wird jedem Punkt eines Raums eine reelle Zahl zugeordnet. Handelt es sich um ein Vektorfeld, wird entsprechend jedem Punkt ein Vektor zugeordnet.
  • Ein Bezugssystem ist ein Koordinatensystem, dessen Position im Raum durch einen oder mehrere Referenzen festgelegt sind. Die Punkte des Raumes lassen sich in dem Koordinatensystem durch Koordinaten eindeutig identifizieren.
  • Eine quantitativ bestimmbare Eigenschaft eines physikalischen Objekts, Vorgangs oder Zustands wird als physikalische Größe bezeichnet. Zeitinvariant ist die Größe, wenn sie in Abhängigkeit von der Zeit unverändert bleibt. Das Feld einer physikalischen Größe ist in einem Bezugssystem invariant, wenn die physikalische Größe in jedem Punkt des Koordinatensystems des Bezugssystems zeitinvariant ist.
  • Bei dem ersten Feld und dem zweiten Feld handelt es sich vorzugsweise um elektromagnetische Felder, insbesondere elektrische Felder oder magnetische Felder. Auch kann es sich um optische Felder oder um akustische Felder, etwa um Ultraschallfelder handeln.
  • Der erste Sensor ist ausgebildet, die physikalische Größe des ersten Feldes zu messen. Entsprechend ist der zweite Sensor ausgebildet, die physikalische Größe des zweiten Feldes zu messen. Ein von dem ersten Sensor in einem ersten Ort gemessener Wert der Größe des ersten Feldes ist in Abhängigkeit von einem Winkel einer Drehung des ersten Bezugssystems relativ zu dem ersten Ort veränderlich. Wenn also das erste Bezugssystem relativ zu dem ersten Ort rotiert, verändert sich mit der Rotation des ersten Bezugssystems der von dem ersten Sensor gemessene Wert der Größe des ersten Felds.
  • Entsprechendes gilt für den zweiten Sensor. So ist ein von dem zweiten Sensor in einem zweiten Ort gemessener Wert der Größe des zweiten Felds in Abhängigkeit von einem Winkel einer Drehung des zweiten Bezugssystems relativ zu dem zweiten Ort veränderlich. Eine Rotation des zweiten Bezugssystems geht einher mit einer Änderung des von dem zweiten Sensor gemessenen Werts der Größe des zweiten Felds.
  • Der erste Ort und der zweite Ort sind durch den ersten Sensor und den zweiten Sensor bestimmt. Es handelt sich um Orte, an denen die Messung des jeweiligen Werts durch den ersten Sensor bzw. den zweiten Sensor stattfindet. Der erste Ort bzw. der zweite Ort werden also durch einen Erfassungsbereich des ersten Sensors bzw. des zweiten Sensors sowie durch eine Position und Ausrichtung des ersten Sensors bzw. des zweiten Sensors festgelegt. Insbesondere kann es sich bei dem ersten Ort und dem zweiten Ort jeweils um ein Volumen bzw. einen Raum oder um einen Punkt handeln.
  • Das erste Bezugssystem rotiert erfindungsgemäß relativ zu dem ersten Abschnitt, mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit. Das zweite Bezugssystem rotiert relativ zu dem zweiten Abschnitt mit derselben Drehgeschwindigkeit. Die Drehgeschwindigkeit ist von Null verschieden.
  • Aufgrund der konstanten Drehgeschwindigkeit der beiden Bezugssysteme relativ zu dem ersten Abschnitt bzw. dem zweiten Abschnitt geht eine Torsion des dritten Bereichs einher mit einer Veränderung der Winkellage des ersten Bezugssystems und des zweiten Bezugssystems relativ zueinander. Ein Winkel, der die Lage des ersten Bezugssystems und des zweiten Bezugssystems relativ zueinander beschreibt, ändert sich also in Abhängigkeit von der Torsion des dritten Abschnitts und damit in Abhängigkeit von einem Drehmoment, mit dem die Welle beaufschlagt wird. Die Drehachse einer Drehung des ersten Bezugssystems und des zweiten Bezugssystems relativ zueinander, die mit der Winkeländerung einhergeht, ist mit der Drehachse der Welle identisch.
  • Die Erfindung ermöglicht eine Bestimmung des Drehmoments, mit dem die Welle beaufschlagt wird, auch bei Stillstand der Welle relativ zu dem ersten Sensor und den zweiten Sensor. Da sich das erste Bezugssystem und das zweite Bezugssystem relativ zu der Welle drehen, sind der erste Sensor und der zweite Sensor auch bei Stillstand der Welle in der Lage, Veränderungen der gemessenen Größen zu erfassen. Insbesondere lässt sich, wie oben beschrieben, die Winkellage der Bezugssysteme und damit das Drehmoment, mit dem die Welle beaufschlagt wird, ermitteln.
  • In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist die Drehgeschwindigkeit, mit der das erste Bezugssystem und das zweite Bezugssystem rotieren, veränderbar. Bevorzugt erfolgt eine Änderung der Drehgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer Drehgeschwindigkeit der Welle. Hierdurch lässt sich vermeiden, dass die Koordinatensysteme des ersten Bezugssystems und des zweiten Bezugssystems bei einer bestimmten Drehgeschwindigkeit der Welle stillstehen. Insbesondere ist es möglich, die Drehgeschwindigkeit der Koordinatensysteme der Bezugssysteme relativ zu dem ersten Abschnitt bzw. dem zweiten Abschnitt so zu variieren, dass eine Drehgeschwindigkeit des ersten Bezugssystems relativ zu dem ersten Sensor und eine Drehgeschwindigkeit des zweiten Bezugssystems relativ zu dem zweiten Sensor konstant bleibt.
  • In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung dienen Felderzeuger dazu, das erste Feld und das zweite Feld zu erzeugen. Als Felderzeuger wird hier eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Felds bezeichnet. Die Felderzeuger lassen sich jeweils einer ersten Gruppe oder einer zweiten Gruppe zuordnen. Die Felderzeuger der ersten Gruppe erzeugen das erste Feld. Entsprechend erzeugen die Felderzeuger der zweiten Gruppe das zweite Feld. Die Felderzeuger der ersten Gruppe sind in dem ersten Abschnitt angeordnet, die Felderzeuger der zweiten Gruppe in dem zweiten Abschn itt.
  • Vorzugsweise sind die Felderzeuger der ersten Gruppe in dem ersten Abschnitt und die Felderzeuger der zweiten Gruppe in dem zweiten Abschnitt fixiert, insbesondere drehfest bezüglich der Drehachse der Welle. Dies ermöglicht es, auf einfache Weise eine Torsion des dritten Abschnitts auf die beiden Felder zu übertragen.
  • Die Felderzeuger erzeugen in einer besonders bevorzugten Weiterbildung gegeneinander phasenverschobene Teilfelder. Dieser überlagern sich zu einem resultierenden Feld, das relativ zu dem ersten bzw. zweiten Abschnitte der Welle rotiert.
  • Die Felderzeuger der ersten Gruppe sind weiterbildungsgemäß ausgebildet, jeweils ein Teilfeld einer ersten Art oder ein Teilfeld einer zweiten Art zu erzeugen. Durch Überlagerung der von den Felderzeugern der ersten Gruppe erzeugten Teilfelder der ersten Art und der zweiten Art ergibt sich das erste Feld.
  • Unter Überlagerung eines ersten Teilfelds und eines zweiten Teilfelds kann insbesondere für jeden Punkt im Raum die Addition einer physikalischen Größe des ersten Felds in diesem Punkt und einer physikalischen Größe des zweiten Felds in diesem Punkt verstanden werden.
  • Die Teilfelder der ersten Art und der zweiten Art haben jeweils in einem relativ zu dem ersten Abschnitt der Welle feststehenden Bezugssystem, d.h. in jedem Punkt dieses Bezugssystems, einen in Abhängigkeit der Zeit sinusförmigen zeitlichen Verlauf mit gleicher Periodendauer. Die Teilfelder der ersten Art sind untereinander phasengleich. Ebenso sind die Teilfelder der zweiten Art untereinander phasengleich. Gegenüber den Teilfeldern der zweiten Art sind die Teilfelder der ersten Art um 90° phasenverschoben.
  • Die Felderzeuger der ersten Gruppe sind so angeordnet, dass eine in sich geschlossene, um eine Drehachse der Welle verlaufende erste Kurve durch alle Felderzeuger der ersten Gruppe verläuft. Alle Felderzeuger der ersten Gruppe sind auf dieser Kurve angeordnet. Dabei verläuft die Kurve abwechselnd durch einen Felderzeuger der ersten Gruppe, der ausgebildet ist, ein Teilfeld der ersten Art zu erzeugen, und einem Felderzeuger, der ausgebildet ist, ein Teilfeld der zweiten Art zu erzeugen. Die Kurve liegt vorzugsweise in einer radial, d.h. orthogonal zu der Drehachse der Welle, ausgerichteten Ebene. Insbesondere kann es sich um einen Kreisbogen handeln, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse der Welle liegt.
  • Gleiches gilt mutatis mutandis die Felderzeuger der zweiten Gruppe. So sind die Felderzeuger der zweiten Gruppe ausgebildet, jeweils ein Teilfeld einer dritten Art oder Teilfelder einer vierten Art zu erzeugen. Das zweite Feld ergibt sich dabei durch Überlagerung der von den Felderzeugern der zweiten Gruppe erzeugten Teilfelder der dritten Art und der vierten Art.
  • Die Teilfelder der dritten Art und der vierten Art haben jeweils in einem relativ zu dem zweiten Abschnitt feststehenden Bezugssystem, insbesondere in jedem Punkt des Bezugssystems, einen in Abhängigkeit der Zeit sinusförmigen zeitlichen Verlauf mit gleicher Periodendauer. Die Teilfelder der dritten Art sind gegenüber den Teilfeldern der vierten Art um 90° phasenverschoben. Untereinander sind jeweils die Teilfelder der dritten Art und Teilfelder der vierten Art untereinander phasengleich.
  • Eine geschlossene, um die Drehachse der Welle verlaufende zweite Kurve verläuft durch alle Felderzeuger der zweiten Gruppe. Dabei verläuft die zweite Kurve abwechselnd durch einen Felderzeuger der zweiten Gruppe, der ausgebildet ist, ein Teilfeld der dritten Art zu erzeugen und einen Felderzeuger der zweiten Gruppe, der ausgebildet ist, ein Teilfeld der vierten Art zu erzeugen. Auch die zweite Kurve ist vorzugsweise Teil einer radial ausgerichteten Ebene und kann als Kreisbogen ausgestaltet sein, dessen Mittelpunkt auf der Drehachse der Welle liegt.
  • Zum Erzeugen der Teilfelder dienen in einer bevorzugten Weiterbildung Erregersignale, mit denen die Felderzeuger beaufschlagt werden. Weiterbildungsgemäß werden die Felderzeuger der ersten Gruppe, die ausgebildet sind, jeweils ein Teilfeld der ersten Art zu erzeugen, und die Felderzeuger der zweiten Gruppe, die ausgebildet sind, jeweils ein Teilfeld der dritten Art zu erzeugen, mit einem ersten Erregersignal beaufschlagt. Die Felderzeuger der ersten Gruppe, die ausgebildet sind, jeweils ein Teilfeld der zweiten Art zu erzeugen, und die Felderzeuger der zweiten Gruppe, die ausgebildet sind, jeweils ein Teilfeld der vierten Art zu erzeugen, werden weiterbildungsgemäß mit dem zweiten Erregersignal beaufschlagt.
  • Das erste Erregersignal und das zweite Erregersignal sind vorzugsweise in Abhängigkeit der Zeit sinusförmig. Das zweite Erregersignal ist gegenüber dem ersten Erregersignal um 90° phasenverschoben. Beide Erregersignale sind darüber hinaus freq uenzg leich.
  • Bei dem Erregersignal kann es sich beispielsweise um ein elektrisches, mittels Kabeln übertragenes Signal handeln. Vorzugsweise werden erste Erregersignal und das zweite Erregersignal per Induktion oder mittels eines elektrischen Felds von einer ortsfesten Struktur auf die Welle übertragen werden.
  • In einer darüber hinaus bevorzugten Weiterbildung ist eine Signalfrequenz des ersten Erregersignals und des zweiten Erregersignals veränderbar. Durch Änderung der Signalfrequenz ändert sich Drehgeschwindigkeit, mit der das erste Bezugssystem und das zweite Bezugssystem rotieren
  • Bei den Felderzeugern handelt es sich vorzugsweise um Spulen oder Kondensatoren.
  • Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt. Übereinstimmende Bezugsziffern kennzeichnen dabei gleiche oder funktionsgleiche Merkmale. Im Einzelnen zeigt:
    • 1 ein aus dem Stand der Technik bekanntes System;
    • 2 eine Welle mit rotierenden Markern;
    • 3 eine Welle mit Spulen; und
    • 4 eine Welle mit Spulen und Phasensteuerung.
  • Die In 1 dargestellt Welle 101 weist eine erste Gruppe von Markern 103 und eine zweite Gruppe von Markern 105 auf. Die Marker der beiden Gruppen 103, 105 sind jeweils entlang des Umfangs der Welle 101 angeordnet.
  • Ein erster Sensor 107 ist auf die erste Gruppe von Markern 103 ausgerichtet. Auf die zweite Gruppe von Markern 105 ist ein zweiter Sensor 109 ausgerichtet. Die beiden Sensoren 107, 109 generieren ein Signal, wenn ein Marker infolge einer Drehung der Welle 101 den jeweiligen Sensor 107, 109 passiert.
  • Wenn die Welle 101 mit einem Drehmoment belastet wird, kommt es zu einer Torsion der Welle 101. Infolge dessen verdreht sich auch die erste Gruppe von Markern 103 relativ zu der zweiten Gruppe von Markern 105. Dies macht sich als Phasenverschiebung des von dem ersten Sensor 107 bereitgestellten Signals relativ zu dem von dem zweiten Sensor 109 bereitgestellten Signal bemerkbar. Anhand der Phasenverschiebung lässt sich auf die Torsion der Welle 101 zurückschließen. Daraus wiederum lässt sich das Drehmoment ermitteln, mit dem die Welle 101 belastet wird.
  • Voraussetzung dafür, dass die beiden Sensoren 107, 109 ein auswertbares Signal generieren können, ist eine Drehung der Welle 101. Steht die Welle 101 still, liefern die Sensoren 107, 109 kein Signal. Das anliegende Drehmoment kann somit bei einem Stillstand der Welle 101 nicht ermittelt werden.
  • Eine Lösung dieses Problems ist in 2 angedeutet. Die erste Gruppe von Sensoren 103 und die zweite Gruppe von Sensoren 105 sind hier relativ zu der Welle 101 mechanisch verdrehbar. Steht die Welle 101 still, dreht sich die erste Gruppe von Markern 103 relativ zu dem ersten Sensor 107. Analog dreht sich die zweite Gruppe von Markern 105 relativ zu dem zweiten Sensor 109. Die beiden Sensoren 107, 109 generieren somit Signale, die den Signalen entsprechen, die bei einer drehenden Welle 101 generiert werden. Eine Torsion der Welle 101 bewirkt auch hier eine Phasenversschiebung der Signale. Anhand der Phasenverschiebung lässt sich nun das Drehmoment ermitteln, mit dem die stehende Welle 101 belastet wird.
  • Dreht sich die Welle 101, ist es möglich die Drehung der ersten Gruppe von Markern 103 und der zweiten Gruppe von Markern 105 anzupassen. Insbesondere kann die Drehung der beiden Gruppen von Markern 103, 105 relativ zu der Welle 101 auf null reduziert werden, wenn sich die Welle 101 mit geeigneter Geschwindigkeit dreht.
  • Die Marker der ersten Gruppe 103 und der zweiten Gruppe 105 der in den 1 und 2 dargestellten Anordnungen unterliegen einer mechanischen Drehung. Daher ist es ausreichend, wenn diese Marker statische Signale erzeugen. Durch die Drehung ist das von dem ersten Sensor 107 und dem zweiten Sensor 109 aufgenommene Signal periodisch veränderlich, so dass sich eine Phasenverschiebung bestimmen lässt. Als Marker eignen sich daher Markierungen der Oberfläche, die optisch detektierbar sind. Auch statische elektrische oder magnetische Felder sind geeignet.
  • Alternative Lösungen, bei denen mittels fest auf der Welle 101 angeordneter Marker relativ zu der Welle 101 rotierendes Signalfeld erzeugt wird, zeigen die 3 und 4. Anstelle der Marker werden hier elektrische Spulen verwendet. Die Spulen sind in einer ersten Gruppe von Spulen 303 und einer zweiten Gruppe von Spulen 305 jeweils entlang des Umfangs der Welle 101 verteilt angeordnet.
  • Zum Erzeugen eines rotierenden magnetischen Wechselfelds dient eine erste Sendespule 307 und eine zweite Sendespule 309. Die erste Sendespule 307 und die zweite Sendespule 309 sind feststehend angeordnet. Beide generieren ein magnetisches Wechselfeld. Das von der zweiten Spule 309 generierte Wechselfeld ist gegenüber dem von der ersten Spule 307 generierten Wechselfeld phasenverschoben, etwa um einen Winkel von 90°.
  • Eine erste Empfängerspule 311 und eine zweite Empfängerspule 313 sind auf der Welle 101 fixiert. Die erste Empfängerspule 311 ist so angeordnet, dass sie per Induktion mit dem von der ersten Sendespule 307 erzeugten Feld beaufschlagt wird. Analog ist die zweite Empfängerspule so angeordnet, dass sie mit dem von der zweiten Sendespule 309 erzeugten Feld beaufschlagt wird.
  • Eine erste Hälfte der ersten Gruppe von Spulen 303 und eine erste Hälfte der zweiten Gruppe von Spulen 305 ist elektrisch leitend mit der ersten Empfängerspule 311 verbunden. Eine zweite Hälfte der ersten Gruppe von Spulen 303 ist elektrisch leitend mit der zweiten Empfängerspule 313 verbunden. Weiterhin ist eine zweite Hälfte der zweiten Gruppe von Spulen 305 elektrisch leitend mit der zweiten Empfängerspule 313 verbunden. Damit generiert die erste Hälfte der ersten Gruppe von Spulen 303 ein elektrisches Wechselfeld, dessen Phasenversatz gegenüber einem von der zweiten Hälfte der ersten Gruppe von Spulen 303 generierten Feld dem Phasenversatz zwischen dem von der ersten Sendespule 307 generierten Feld und dem von der zweiten Sendespule 309 generierten Feld entspricht. Einen solchen Phasenversatz weisen auch magnetische Wechselfelder auf, die von der ersten Hälfte der zweiten Gruppe von Spulen 305 und der zweiten Hälfte der zweiten Gruppe von Spulen 305 erzeugt werden.
  • Die Spulen der ersten Gruppe von Spulen 303 und der zweiten Gruppe von Spulen 305 sind jeweils so angeordnet, dass jede Spule der ersten Hälfte zwischen zwei Spulen der zweiten Hälfte und jede Spule der zweiten Hälfte zwischen zwei Spulen der ersten Hälfte positioniert ist.
  • Der erste Sensor 107 ist ausgebildet, das von den Spulen der ersten Gruppe von Spulen 301 generierte Magnetfeld zu erfassen. Entsprechend ist der zweite Sensor 309 ausgebildet, dass von den Spulen der zweiten Gruppe von Spulen 305 generierte Magnetfeld zu erfassen.
  • Da die Spulen auf der Welle 101 fixiert sind, bewirkt eine Torsion der Welle 101 einen Phasenversatz der von dem ersten Sensor 107 und dem zweiten Sensor 109 aufgenommenen Magnetfelder relativ zueinander. Aus den von den Sensoren 107, 109 generierten Signalen lässt sich dann wie bei den in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen eine Drehmomentbelastung der Welle 101 ermitteln.
  • Es ist möglich, auf die zweite Sendespule 309 und die zweite Empfängerspule 313 zu verzichten. Eine entsprechende Anordnung ist in 4 dargestellt. Die Empfängerspulen 309, 313 werden durch eine elektronische Vorrichtung 401 zum Erzeugen eines phasenversetzten Signals ersetzt. Die Vorrichtung 401 erzeugt aus dem von der ersten Empfängerspule 311 aufgenommene Signal ein Signal, dass dem von der zweiten Empfängerspule 313 eine Vorrichtung gemäß 3 aufgenommenen Signals entspricht. Die Spulen der zweiten Hälfte der ersten Gruppe von Spulen 303 und die Spulen der zweiten Hälfte der zweiten Gruppe von Spulen 305 sind elektrisch leitend mit der Vorrichtung 401 verbunden.
  • Anstelle magnetischer Felder können elektrische Felder verwendet werden. Die in den 3 und 4 dargestellten Spulen werden dazu durch Kondensatorplatten ersetzt. Auch können die Signale auf akustischem Weg, etwa als Ultraschallsignale, übertragen werden. Hierzu eignen sich piezoelektrische oder magnetostriktive Elemente. Auch die Übertragung von Signalen per Licht ist möglich.
  • Bezugszeichenliste
  • 101
    Welle
    103
    erste Gruppe von Markern
    105
    zweite Gruppe von Markern
    107
    erster Sensor
    109
    zweiter Sensor
    303
    erste Gruppe von Spulen
    305
    zweite Gruppe von Spulen
    307
    erste Sendespule
    309
    zweite Sendespule
    311
    erste Empfängerspule
    313
    zweite Empfängerspule
    401
    Vorrichtung zum Erzeugen eines Signals

Claims (8)

  1. Anordnung mit mindestens einer einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt aufweisenden Welle (101), einem ersten Sensor (107) und einem zweiten Sensor 109(); wobei der dritte Abschnitt der Welle axial zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt der Welle (101) angeordnet ist; wobei ein erstes Feld einer physikalischen Größe in einem ersten Bezugssystem und ein zweites Feld einer physikalischen Größe in einem zweiten Bezugssystem zeitinvariant ist; wobei ein von dem ersten Sensor (107) in einem ersten Ort gemessener Wert der Größe des ersten Felds in Abhängigkeit von einem Winkel einer Drehung des ersten Bezugssystems relativ zu dem ersten Ort veränderlich ist; und wobei ein von dem zweiten Sensor (109) in einem zweiten Ort gemessener Wert der Größe des zweiten Felds in Abhängigkeit von einem Winkel einer Drehung des zweiten Bezugssystems relativ zu dem zweiten Ort veränderlich ist; dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bezugssystem mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit relativ zu dem ersten Abschnitt und das zweite Bezugssystem mit derselben Drehgeschwindigkeit relativ zu dem zweiten Abschnitt rotiert.
  2. Anordnung nach Anspruch 1; dadurch gekennzeichnet, dass die Drehgeschwindigkeit veränderbar ist.
  3. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; gekennzeichnet durch einen oder mehrere Felderzeuger (103, 303) einer ersten Gruppe und einen oder mehrere Felderzeuger (105, 305) einer zweiten Gruppe; wobei die Felderzeuger (103, 303) der erste Gruppe das erstes Feld und die Felderzeuger (105, 305) der zweiten Gruppe das zweites Feld erzeugen; wobei Felderzeuger (103, 303) der ersten Gruppe in dem ersten Abschnitt und Felderzeuger der zweiten Gruppe (105, 305) in dem zweiten Abschnitt angeordnet sind.
  4. Anordnung nach dem vorhergehende Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass die Felderzeuger (103, 303) der ersten Gruppe drehfest in dem ersten Abschnitt () fixiert sind; wobei die Felderzeuger (105, 305) der zweiten Gruppe drehfest in dem zweiten Abschnitt fixiert sind.
  5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass die Felderzeuger (103, 303) der ersten Gruppe ausgebildet sind, jeweils ein Teilfeld einer ersten Art oder einer zweiten Art erzeugen; wobei das erste Feld sich durch Überlagerung der von den Felderzeugern (103, 303) der ersten Gruppe erzeugten Teilfeldern ergibt; wobei die Teilfelder jeweils in einem relativ zu dem ersten Abschnitt feststehenden Bezugssystem einen in Abhängigkeit der Zeit sinusförmigen zeitlichen Verlauf mit gleicher Periodendauer haben; wobei die Teilfelder der ersten Art gegenüber den Teilfeldern der zweiten Art um 90° phasenverschoben sind; wobei die Felderzeuger (103, 303) der ersten Gruppe so angeordnet sind, dass eine in sich geschlossene, um eine Drehachse der Welle (101) verlaufende erste Kurve abwechselnd durch einen Felderzeuger, der ausgebildet ist, ein Teilfeld der ersten Art zu erzeugen, und einen Felderzeuger, der ausgebildet ist, ein Teilfeld der zweiten Art zu erzeugen, verläuft; wobei die Felderzeuger (105, 305) der zweiten Gruppe ausgebildet sind, jeweils ein Teilfeld einer dritten Art oder einer vierten Art erzeugen; wobei das zweite Feld sich durch Überlagerung der von den Felderzeugern (105, 305) der zweiten Gruppe erzeugten Teilfeldern ergibt; wobei die Teilfelder jeweils in einem relativ zu dem zweiten Abschnitt feststehenden Bezugssystem einen in Abhängigkeit der Zeit sinusförmigen zeitlichen Verlauf mit gleicher Periodendauer haben; wobei die Teilfelder der dritten Art gegenüber den Teilfeldern der vierten Art um 90° phasenverschoben sind; wobei die Felderzeuger (105, 305) der zweiten Gruppe so angeordnet sind, dass eine in sich geschlossene, um eine Drehachse der Welle verlaufende zweite Kurve abwechselnd durch einen Felderzeuger, der ausgebildet ist, ein Teilfeld der dritten Art zu erzeugen, und einen Felderzeuger, der ausgebildet ist, ein Teilfeld der vierten Art zu erzeugen, verläuft.
  6. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch; gekennzeichnet durch ein in Abhängigkeit der Zeit sinusförmiges erstes Erregersignal und ein in Abhängigkeit der Zeit sinusförmiges, gegenüber dem ersten Signal um 90° phasenverschobenes zweites Erregersignal; wobei die Felderzeuger (103, 303) der ersten Gruppe, die ausgebildet sind, jeweils ein Teilfeld der ersten Art zu erzeugen, und die Felderzeuger (105, 305) der zweiten Gruppe, die ausgebildet sind, jeweils ein Teilfeld der dritten Art zu erzeugen, mit dem ersten Erregersignal beaufschlagt werden; und wobei die Felderzeuger (103, 303) der ersten Gruppe, die ausgebildet sind, jeweils ein Teilfeld der zweiten Art zu erzeugen, und die Felderzeuger (105, 305) der zweiten Gruppe, die ausgebildet sind, jeweils ein Teilfeld der vierten Art zu erzeugen, mit dem zweiten Erregersignal beaufschlagt werden.
  7. Anordnung nach dem vorhergehenden Anspruch; dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalfrequenz des ersten Erregersignals und des zweiten Erregersignals veränderbar ist.
  8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche; dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Felderzeugern (103, 105, 303, 305) um Spulen oder Kondensatoren handelt.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US5438882A (en) * 1993-01-25 1995-08-08 General Electric Company Rotating shaft vibration monitor
DE102017207242A1 (de) * 2016-06-30 2018-01-04 Deere & Company Aggregierte Puls-Phasen-Differenz Drehmomentbestimmungssystem und Verfahren

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