DE102018118948A1

DE102018118948A1 - Measuring device for non-contact measurement

Info

Publication number: DE102018118948A1
Application number: DE102018118948.6A
Authority: DE
Inventors: Lutz May
Original assignee: TRAFAG AG
Current assignee: TRAFAG AG
Priority date: 2018-08-03
Filing date: 2018-08-03
Publication date: 2020-02-06

Abstract

Eine Messvorrichtung (50) zum berührungslosen Messen einer auf ein Testobjekt (10) wirkenden Kraft enthält eine Sensoreinheit (90) und eine Steuereinheit (60). Die Sensoreinheit (90) weist auf: eine Magnetfelderzeugungseinheit (100), eine erste Magnetfelderfassungseinheit (200), und eine zweite Magnetfelderfassungseinheit (220), welche allesamt ausgestaltet ist, das Testobjekt in Umfangsrichtung zu umgeben. Die Steuereinheit (60) ist mit der Sensoreinheit (90) verbunden, um die Magnetfelderzeugungseinheit mit einem Treibersignal anzusteuern und von der ersten Magnetfelderfassungseinheit (200) und der zweiten Magnetfelderfassungseinheit (220) ausgegebene Signale zu empfangen und basierend auf diesen ausgegebenen Signalen eine an dem Testobjekt anliegende Kraft zu ermitteln. Die Magnetfelderzeugungseinheit (100) und/oder die erste Magnetfelderfassungseinheit (200) und/oder die zweite Magnetfelderfassungseinheit (220) weist mindestens zwei Teilspulen, nämlich eine erste Teilspule (251) und eine zweite Teilspule (253), auf, welche in radialer Richtung (16) zueinander versetzt sindA measuring device (50) for the contactless measurement of a force acting on a test object (10) contains a sensor unit (90) and a control unit (60). The sensor unit (90) has: a magnetic field generation unit (100), a first magnetic field detection unit (200), and a second magnetic field detection unit (220), which are all designed to surround the test object in the circumferential direction. The control unit (60) is connected to the sensor unit (90) in order to drive the magnetic field generation unit with a drive signal and to receive signals output by the first magnetic field detection unit (200) and the second magnetic field detection unit (220) and, based on these signals, output a signal to the test object to determine the applied force. The magnetic field generation unit (100) and / or the first magnetic field detection unit (200) and / or the second magnetic field detection unit (220) has at least two partial coils, namely a first partial coil (251) and a second partial coil (253), which are arranged in the radial direction ( 16) are offset from one another

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the Invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zum berührungslosen Messen von Kräften, die an einem Testobjekt anliegen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Messvorrichtung, welche Magnetfelder verwendet und den Einfluss eines unter Belastung befindlichen Testobjekts auf die Magnetfelder erfassen kann, um Rückschlüsse auf die Art und das Ausmaß der Belastung bzw. anliegender Kräfte zu erlauben.The present invention relates to a measuring device for the contactless measurement of forces which are applied to a test object. In particular, the invention relates to a measuring device which uses magnetic fields and can detect the influence of a test object under load on the magnetic fields in order to allow conclusions to be drawn about the type and extent of the load or applied forces.

Technisches GebietTechnical field

In vielen industriellen Bereichen ist es notwendig, an einem Bauteil, oder allgemein an einem Testobjekt, anliegende mechanische Belastungen zu erfassen, um sich ein Bild von dem Zustand oder den Betriebsbedingungen des Bauteils machen zu können. Gerade auf dem Gebiet beweglicher Bauteile, z.B. rotierender Wellen, kann es eine Herausforderung sein, geeignete Messverfahren und Messvorrichtungen bereitzustellen.In many industrial areas, it is necessary to record mechanical loads on a component, or generally on a test object, in order to be able to get an idea of the condition or the operating conditions of the component. Especially in the field of moving components, e.g. rotating shafts, it can be a challenge to provide suitable measuring methods and measuring devices.

Beispielsweise können Dehnungsmessstreifen auf eine Welle geklebt werden, um einen Indikator für die Verformung der Welle zu erfassen. Alternativ können berührungslose Messverfahren samt Messvorrichtungen bereitgestellt werden, um die an einer rotierenden Welle anliegenden Kräfte (z.B. Biegemomente, Drehmomente) zu erfassen. Solche berührungslosen Messverfahren haben den Vorteil, dass keine Sensoren unmittelbar an der Welle angebracht werden müssen. Auch ist es oftmals nicht erforderlich, die Welle für die Kraftmessung vorzubereiten oder zu präparieren. Die Kraftmessvorrichtung kann von außerhalb, z.B. seitlich, an die Welle herangeführt werden und die in der Welle vorherrschenden Kräfte erfassen und anzeigen. Insbesondere muss es nicht notwendig sein, dass die berührungslose Kraftmessvorrichtung die Welle vollständig umgibt, sondern sie kann von einer Seite angenähert und in einem gewissen Abstand zu der Welle positioniert werden.For example, strain gauges can be glued to a shaft in order to record an indicator of the deformation of the shaft. Alternatively, non-contact measuring methods including measuring devices can be provided to record the forces applied to a rotating shaft (e.g. bending moments, torques). Such contactless measuring methods have the advantage that no sensors have to be attached directly to the shaft. It is also often not necessary to prepare or prepare the shaft for force measurement. The force measuring device can be operated from outside, e.g. be guided to the side of the shaft and record and display the forces prevailing in the shaft. In particular, it does not have to be necessary for the non-contact force measuring device to completely surround the shaft, but it can be approached from one side and positioned at a certain distance from the shaft.

Solche Messverfahren werden bevorzugt unter Verwendung von magnetischen Feldern umgesetzt. Eine Spule erzeugt ein Magnetfeld ausgehend von einem elektrischen Wechselsignal. Die Kraftmessvorrichtung wird so angeordnet, dass das erzeugte Magnetfeld zumindest teilweise durch das zu messende Testobjekt verläuft. Wird nun eine Kraft auf das Testobjekt ausgeübt, so verändert sich das Testobjekt dermaßen, dass es die Feldlinien des Magnetfeldes verändert. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die weissschen Bezirke (magnetisierte Domänen) des Testobjekts sich auf Grund der anliegenden Kraft verändern. Jedenfalls kann der Einfluss dieser Veränderung des Testobjekts auf das Magnetfeld detektiert und als Indikator für die anliegende Kraft genutzt werden. Dieser Einfluss auf das Magnetfeld kann auch als Modulation bezeichnet werden. Um das modulierte Magnetfeld zu detektieren, können ebenfalls Spulen genutzt werden, in welche durch das modulierte Magnetfeld eine Spannung bzw. ein Strom induziert wird. Änderungen des Magnetfeldes führen zu Änderungen der induzierten Spannung bzw. des induzierten Stroms, so dass hieraus auf die anliegende Kraft geschlossen werden kann.Such measurement methods are preferably implemented using magnetic fields. A coil generates a magnetic field based on an alternating electrical signal. The force measuring device is arranged in such a way that the magnetic field generated at least partially runs through the test object to be measured. If a force is now exerted on the test object, the test object changes in such a way that it changes the field lines of the magnetic field. This can be done, for example, by changing the Weiss areas (magnetized domains) of the test object due to the applied force. In any case, the influence of this change in the test object on the magnetic field can be detected and used as an indicator of the applied force. This influence on the magnetic field can also be referred to as modulation. In order to detect the modulated magnetic field, coils can also be used, in which a voltage or a current is induced by the modulated magnetic field. Changes in the magnetic field lead to changes in the induced voltage or the induced current, so that the applied force can be concluded from this.

EP 3 051 265 A1 beschreibt eine solche Kraftmessvorrichtung, welche auf magnetischen Prinzipien beruht und bei welcher ein generiertes Magnetfeld von einem Testobjekt moduliert wird und das modulierte Trägersignal von Spulen erfasst wird und als Indikator für eine an dem Testobjekt anliegende Kraft dient. EP 3 051 265 A1 describes such a force measuring device, which is based on magnetic principles and in which a generated magnetic field is modulated by a test object and the modulated carrier signal is detected by coils and serves as an indicator of a force applied to the test object.

Daneben existieren auch Messvorrichtungen, bei denen die Spulen das Testobjekt in Umfangsrichtung umgeben und von der Oberfläche des Testobjekts einen gewissen Abstand haben. Bei diesem Aufbau entspricht das von den Spulen erfasste Signal einer Summenbildung über den Umfang des Testobjekts und erfasst nicht nur einen kleinen Abschnitt der Umfangsrichtung des Testobjekts, wie dies bei einem seitlich an das Testobjekt gehaltenen Sensor der Fall ist.There are also measuring devices in which the coils surround the test object in the circumferential direction and are at a certain distance from the surface of the test object. With this construction, the signal detected by the coils corresponds to a sum formation over the circumference of the test object and does not only detect a small section of the circumferential direction of the test object, as is the case with a sensor held laterally on the test object.

ZusammenfassungSummary

Es wurde erkannt, dass insbesondere bei solchen magnetfeldbasierten Messvorrichtungen, welche das Testobjekt in Umfangsrichtung umgeben, eine radiale Bewegung oder Schwingung der Welle einen ungewollten Einfluss auf das Messergebnis haben kann.It was recognized that, in particular in the case of such magnetic field-based measuring devices which surround the test object in the circumferential direction, a radial movement or vibration of the shaft can have an undesired influence on the measurement result.

Es kann daher als objektive technische Aufgabe betrachtet werden, eine Messvorrichtung, von der zumindest einige Elemente das Testobjekt in Umfangsrichtung umgeben, so zu modifizieren, dass die Genauigkeit des Messergebnisses verbessert wird.It can therefore be regarded as an objective technical task to modify a measuring device, of which at least some elements surround the test object in the circumferential direction, in such a way that the accuracy of the measurement result is improved.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.This object is achieved by the subject matter of the independent claims. Further developments result from the dependent claims and from the following description.

Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Messvorrichtung zum berührungslosen Messen einer auf ein Testobjekt wirkenden Kraft angegeben. Die Messvorrichtung weist eine Sensoreinheit und eine Steuereinheit auf. Die Sensoreinheit weist eine Magnetfelderzeugungseinheit, eine erste Magnetfelderfassungseinheit und eine zweite Magnetfelderfassungseinheit auf, welche allesamt ausgestaltet sind, das Testobjekt in Umfangsrichtung zu umgeben. Die Steuereinheit ist mit der Sensoreinheit gekoppelt, um die Magnetfelderzeugungseinheit mit einem Treibersignal anzusteuern und von der ersten Magnetfelderfassungseinheit und der zweiten Magnetfelderfassungseinheit ausgegebene Signale zu empfangen und basierend auf den von der ersten Magnetfelderfassungseinheit und der zweiten Magnetfelderfassungseinheit ausgegebenen Signalen eine an dem Testobjekt anliegende Kraft zu ermitteln. Die Magnetfelderzeugungseinheit und/oder die erste Magnetfelderfassungseinheit und/oder die zweite Magnetfelderfassungseinheit weist mindestens zwei Teilspulen, nämlich eine erste Teilspule und eine zweite Teilspule, auf, welche in radialer Richtung zueinander versetzt sind.According to a first aspect, a measuring device for the contactless measurement of a force acting on a test object is specified. The measuring device has a sensor unit and a control unit. The sensor unit has a magnetic field generation unit, a first magnetic field detection unit and a second magnetic field detection unit, all of which are configured, to surround the test object in the circumferential direction. The control unit is coupled to the sensor unit in order to control the magnetic field generation unit with a drive signal and to receive signals output by the first magnetic field detection unit and the second magnetic field detection unit and to determine a force applied to the test object based on the signals output by the first magnetic field detection unit and the second magnetic field detection unit , The magnetic field generation unit and / or the first magnetic field detection unit and / or the second magnetic field detection unit has at least two partial coils, namely a first partial coil and a second partial coil, which are offset in the radial direction from one another.

Das Testobjekt ist typischerweise ein ferromagnetisches Objekt in Form einer rotationssymmetrischen Welle, welche genutzt wird, um ein Drehmoment oder eine Kraft in Axialrichtung von einem Ende der Welle zu dem anderen Ende der Welle zu übertragen. Demnach ist die hier beschriebene Messvorrichtung ausgestaltet, sowohl Drehmomente als auch axiale Kräfte zu messen.The test object is typically a ferromagnetic object in the form of a rotationally symmetrical shaft, which is used to transmit a torque or a force in the axial direction from one end of the shaft to the other end of the shaft. Accordingly, the measuring device described here is designed to measure both torques and axial forces.

Die Magnetfelderzeugungseinheit, die erste Magnetfelderfassungseinheit, und die zweite Magnetfelderfassungseinheit umgeben das Testobjekt. Dies kann dazu beitragen, dass Asymmetrien oder Unregelmäßigkeiten in dem Testobjekt einen geringeren Einfluss auf das Messsignal haben. Die Magnetfelderfassungseinheiten umgeben das Testobjekt, so dass lokale Unregelmäßigkeiten in dem Testobjekt nur einen geringen Einfluss auf das gemessene Signal haben.The magnetic field generation unit, the first magnetic field detection unit, and the second magnetic field detection unit surround the test object. This can contribute to asymmetries or irregularities in the test object having less influence on the measurement signal. The magnetic field detection units surround the test object, so that local irregularities in the test object have only a slight influence on the measured signal.

Die Magnetfelderzeugungseinheit wird von der Steuereinheit mit einem elektrischen Wechselsignal versorgt, so dass ein entsprechendes Magnetfeld erzeugt wird. Dieses Magnetfeld breitet sich in dem Testobjekt aus und induziert ein elektrisches Signal in den Magnetfelderfassungseinheiten. Eine auf das Testobjekt wirkende Kraft beeinflusst das sich in dem Testobjekt ausbreitende Magnetfeld, so dass auch das in den Magnetfelderfassungseinheiten induzierte elektrische Signal sich verändert. Diese Änderung ist ein Maß für die auf das Testobjekt wirkende Kraft.The control unit supplies the magnetic field generation unit with an electrical alternating signal, so that a corresponding magnetic field is generated. This magnetic field spreads in the test object and induces an electrical signal in the magnetic field detection units. A force acting on the test object influences the magnetic field propagating in the test object, so that the electrical signal induced in the magnetic field detection units also changes. This change is a measure of the force acting on the test object.

Die Steuereinheit bildet die Summe der Signale aus allen Teilspulen und diese Summe ist maßgeblich für das Ermitteln der anliegenden Kraft. Insbesondere kann die Amplitude der Signale ein Indikator für die anliegende Kraft sein. Die Steuereinheit kann den Summenwert oder einen Mittelwert der Signale aller Teilspulen bilden. Ebenso kann ein normierter Wert genutzt werden.The control unit forms the sum of the signals from all sub-coils and this sum is decisive for determining the applied force. In particular, the amplitude of the signals can be an indicator of the applied force. The control unit can form the total value or an average value of the signals of all sub-coils. A standardized value can also be used.

Sowohl die Magnetfelderzeugungseinheit als auch die erste Magnetfelderfassungseinheit und die zweite Magnetfelderfassungseinheit können als Spulen aus einem elektrisch leitfähigen Material, beispielsweise Kupferdraht, gefertigt sein.Both the magnetic field generation unit and the first magnetic field detection unit and the second magnetic field detection unit can be manufactured as coils from an electrically conductive material, for example copper wire.

Die Teilspulen sind in radialer Richtung der Sensoreinheit bzw. eines Radius der Teilspulen zueinander versetzt. Dies bedeutet, dass die Mittelpunkte dieser radial zueinander versetzten Teilspulen nicht übereinanderliegen, wenn man in Richtung einer Mittelachse einer der beiden Teilspulen auf die Teilspulen blickt.The partial coils are offset from one another in the radial direction of the sensor unit or a radius of the partial coils. This means that the center points of these radially offset partial coils do not lie one above the other if one looks at the partial coils in the direction of a central axis of one of the two partial coils.

Die Teilspulen der Sensoreinheit können den gleichen Durchmesser und die gleiche Anzahl von Wicklungen haben. Insbesondere ist jede Teilspule für sich kreisförmig gestaltet. Die Magnetfelderzeugungseinheit und jede der beiden Magnetfelderfassungseinheiten kann jeweils für sich genommen und unabhängig von den anderen beiden aus mehreren Teilspulen gefertigt sein. Dabei bezeichnet eine Teilspule diejenigen Wicklungen der Magnetfelderzeugungseinheit und/oder der beiden Magnetfelderfassungseinheiten, welche den gleichen Mittelpunkt haben. In anderen Worten sind die Wicklungen einer Teilspule konzentrisch.The partial coils of the sensor unit can have the same diameter and the same number of windings. In particular, each coil section is designed to be circular in itself. The magnetic field generation unit and each of the two magnetic field detection units can each be taken on their own and be made of several partial coils independently of the other two. Here, a partial coil designates those windings of the magnetic field generation unit and / or of the two magnetic field detection units that have the same center point. In other words, the windings of a partial coil are concentric.

Somit ist es möglich, dass die erste Magnetfelderfassungseinheit aus einem einzelnen Draht gefertigt ist, wobei aber die ersten drei Wicklungen die erste Teilspule darstellen, die nächsten Wicklungen die zweite Teilspule darstellen usw. und die jeweiligen Siedlungen der Teilspulen den gleichen Mittelpunkt haben und sogar elektrisch miteinander verbunden sind. Elektrisch betrachtet sind die Teilspulen in Reihe geschaltet. Die Magnetfelderzeugungseinheit und die zweite Magnetfelderfassungseinheit können ebenfalls nach diesem Muster aufgebaut sein.It is thus possible for the first magnetic field detection unit to be produced from a single wire, but the first three windings representing the first sub-coil, the next windings representing the second sub-coil, etc. and the respective settlements of the sub-coils having the same center point and even electrically with one another are connected. From an electrical point of view, the coil sections are connected in series. The magnetic field generation unit and the second magnetic field detection unit can also be constructed according to this pattern.

Die Sensoreinheit ist so ausgestaltet, dass sie um ein rotationssymmetrisches Testobjekt angeordnet werden kann und dass das Testobjekt sich in einer Öffnung der Sensoreinheit frei drehen kann. Die Sensoreinheit dreht sich bei dieser Bewegung nicht mit, sondern ist statisch. Die Öffnung ist im Wesentlichen kreisförmig und hat einen Mittelpunkt.The sensor unit is designed such that it can be arranged around a rotationally symmetrical test object and that the test object can rotate freely in an opening of the sensor unit. The sensor unit does not rotate with this movement, but is static. The opening is essentially circular and has a center.

Indem die Teilspulen einer Magnetfelderfassungseinheit in radialer Richtung zueinander versetzt sind befindet sich das rotationssymmetrische Testobjekt mit Bezug zu den Teilspulen in unterschiedlichen relativen Positionen. Es wurde festgestellt, dass die relative Position des Testobjekts zu der Magnetfelderfassungseinheit einen Einfluss auf das Messergebnis hat. Befindet sich nun das Testobjekt nicht immer an derselben relativen Position einer einzelnen Teilspule, so kann der Wert der gemessenen Kraft variieren, ohne dass der Betrag der Kraft sich tatsächlich ändert, sondern alleine als Ursache der Bewegung des Testobjekts innerhalb der Sensoreinheit. Bei diesen Bewegungen kann es sich insbesondere um radiale Schwingungen handeln.Because the partial coils of a magnetic field detection unit are offset from one another in the radial direction, the rotationally symmetrical test object is in different relative positions with respect to the partial coils. It was found that the relative position of the test object to the magnetic field detection unit has an influence on the measurement result. If the test object is not always in the same relative position of an individual coil section, the value of the measured force can vary without the amount of the force actually changing, but solely as the cause of the Movement of the test object within the sensor unit. These movements can in particular be radial vibrations.

Eine mögliche Erklärung für diesen Messfehler ergibt sich aus der folgenden Überlegung: befindet sich das rotationssymmetrische Testobjekt exakt mittig in einer Spule, so ist der Abstand der Oberfläche des Testobjekts zu der Innenfläche der Spule über den gesamten Umfang gleichmäßig. Bei radialen Bewegungen des Testobjekts nähert sich dessen Oberfläche auf einer Seite der Spule an und entfernt sich auf der anderen Seite. Hierdurch erfährt das von dem Magnetfeld in dem Testobjekt in der Spule induzierte Signal einerseits eine Verstärkung, andererseits eine Abschwächung. Verstärkung und Abschwächung gleichen sich nicht notwendigerweise aus. Somit verändert sich beispielsweise die Amplitude des Meßsignals in der Spule. Wird allerdings die Amplitude als Indikator für die an dem Testobjekt anliegende Kraft verwendet, so kann diese von der radialen Schwingung des Testobjekts verursachte Amplitudenänderung als Änderung der anliegenden Kraft interpretiert werden.A possible explanation for this measurement error results from the following consideration: If the rotationally symmetrical test object is exactly in the center of a coil, the distance between the surface of the test object and the inner surface of the coil is uniform over the entire circumference. With radial movements of the test object, its surface approaches on one side of the coil and moves away on the other side. As a result, the signal induced by the magnetic field in the test object in the coil undergoes amplification on the one hand, and attenuation on the other hand. Strengthening and weakening do not necessarily balance each other out. Thus, for example, the amplitude of the measurement signal changes in the coil. However, if the amplitude is used as an indicator of the force applied to the test object, this change in amplitude caused by the radial oscillation of the test object can be interpreted as a change in the applied force.

Um den Einfluss der radialen Bewegungen des Testobjekts mit Bezug zu einer Magnetfelderfassungseinheit zu reduzieren oder gar zu eliminieren wird vorgeschlagen, mehrere Teilspulen zu nutzen, welche radial zueinander versetzt sind. In order to reduce or even eliminate the influence of the radial movements of the test object with reference to a magnetic field detection unit, it is proposed to use several partial coils which are radially offset from one another.

Entfernt sich das Testobjekt von der einen Teilspule, so nähert es sich automatisch der anderen Teilspule an. Somit mag das Signal der einen Teilspule zwar sinken, aber das Signal der anderen Teilspule steigt dafür an. In Summe wird das Meßsignal der beiden Teilspulen im Wesentlichen auf demselben Wert gehalten.If the test object moves away from one coil, it automatically approaches the other coil. Thus, the signal from one coil section may decrease, but the signal from the other coil section increases. In total, the measurement signal of the two sub-coils is kept essentially at the same value.

Die beiden Teilspulen können mit Bezug zu einem Mittelpunkt der Sensoreinheit in entgegengesetzte Richtungen voneinander wegbewegt werden bzw. entsprechend angeordnet sein. Beispielsweise kann die erste Teilspule nach links und die zweite Teilspule nach rechts (oder nach oben und nach unten) versetzt sein. Die beiden Richtungen des radialen Versatzes haben einen Winkel von 180° zueinander.The two partial coils can be moved away from one another in opposite directions with respect to a center point of the sensor unit or can be arranged accordingly. For example, the first coil section can be offset to the left and the second coil section to the right (or up and down). The two directions of the radial offset have an angle of 180 ° to one another.

Gemäß einer Ausführungsform weist die Sensoreinheit eine Öffnung mit einem Mittelpunkt auf und ein Mittelpunkt der ersten Teilspule ist mit Bezug zu dem Mittelpunkt der Öffnung um einen ersten Abstand radial versetzt.According to one embodiment, the sensor unit has an opening with a center point and a center point of the first partial coil is radially offset with respect to the center point of the opening by a first distance.

Damit ist das Testobjekt mit Bezug zu der ersten Teilspule exzentrisch angeordnet. Wenn das Testobjekt in der Öffnung der Sensoreinheit mittig platziert ist, ist das Testobjekt innerhalb der ersten Teilspule außermittig angeordnet.The test object is thus arranged eccentrically with respect to the first partial coil. If the test object is placed in the center of the opening of the sensor unit, the test object is arranged off-center within the first coil section.

Die Öffnung der Sensoreinheit wird von den Innenflächen der Teilspulen gebildet. Die Öffnung ist größer als der Außendurchmesser des Testobjekts, und zwar bevorzugt so, dass ein Mindestabstand zwischen Oberfläche des Testobjekts und Innendurchmesser der Öffnung eingehalten wird. So wird sichergestellt, dass selbst bei radialen Bewegungen oder Schwingungen des Testobjekts immer noch ein Abstand zu der Sensoreinheit eingehalten wird.The opening of the sensor unit is formed by the inner surfaces of the partial coils. The opening is larger than the outside diameter of the test object, and preferably in such a way that a minimum distance between the surface of the test object and the inside diameter of the opening is maintained. This ensures that even with radial movements or vibrations of the test object, a distance to the sensor unit is still maintained.

Es ist möglich, dass die Teilspulen in einem Gehäuse angeordnet sind oder auf eine Halterung gewickelt sind. Das Testobjekt wird durch eine Öffnung in dem Gehäuse bzw. in der Halterung durchgeführt oder darin angeordnet. Beispielsweise kann das Gehäuse oder die Halterung von einem Ende des Testobjekts an eine gewünschte Position geschoben werden. Jedenfalls wird die Teilspule in dem Gehäuse bzw. auf der Halterung in der mit Bezug zu dem Testobjekt exzentrischen Lage gehalten. It is possible that the partial coils are arranged in a housing or are wound on a holder. The test object is passed through an opening in the housing or in the holder or is arranged therein. For example, the housing or the holder can be pushed from one end of the test object to a desired position. In any case, the coil section is held in the housing or on the holder in the position eccentric with respect to the test object.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Mittelpunkt der zweiten Teilspule mit Bezug zu dem Mittelpunkt der Öffnung um einen zweiten Abstand radial versetzt.According to a further embodiment, a center point of the second partial coil is radially offset by a second distance with respect to the center point of the opening.

Damit ist das Testobjekt auch mit Bezug zu der zweiten Teilspule exzentrisch angeordnet. Insbesondere ist die zweite Teilspule in eine andere Richtung als die erste Teilspule radial versetzt. Hierdurch wird ermöglicht, dass sich Signaländerungen, welche von radialen Bewegungen des Testobjekts verursacht werden, durch die unterschiedliche relative Lage der Teilspulen zumindest teilweise kompensiert werden.The test object is thus also arranged eccentrically with reference to the second partial coil. In particular, the second coil section is radially offset in a different direction than the first coil section. This enables signal changes, which are caused by radial movements of the test object, to be at least partially compensated for by the different relative positions of the partial coils.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform entspricht der erste Abstand betragsmäßig dem zweiten Abstand.According to a further embodiment, the amount of the first distance corresponds to the second distance.

Angenommen, dass in einem Ausgangszustand oder Ruhezustand des Testobjekts das Testobjekt exakt mittig in der Öffnung der Sensoreinheit liegt, sorgt diese Ausführungsform dafür, dass sich die relativen Abstandsänderungen des Testobjekts zu den Teilspulen gleichen.Assuming that in an initial state or idle state of the test object, the test object lies exactly in the center of the opening of the sensor unit, this embodiment ensures that the relative changes in distance of the test object to the partial coils are the same.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Magnetfelderzeugungseinheit und/oder die erste Magnetfelderfassungseinheit und/oder die zweite Magnetfelderfassungseinheit mindestens vier Teilspulen, nämlich die erste Teilspule, die zweite Teilspule, eine dritte Teilspule und eine vierte Teilspule, auf, welche in radialer Richtung zueinander versetzt sind.According to a further embodiment, the magnetic field generation unit and / or the first magnetic field detection unit and / or the second magnetic field detection unit has at least four partial coils, namely the first partial coil, the second partial coil, a third partial coil and a fourth partial coil, which are offset in the radial direction from one another.

Bevorzugt weist eine Magnetfelderfassungseinheit oder beide Magnetfelderfassungseinheiten die Teilspulen auf, um Signalveränderungen bei den Erfassungseinheiten zu kompensieren. Es ist aber auch denkbar, dass die Magnetfelderzeugungseinheit aus mehreren Teilspulen besteht, um die relative Lageänderung zwischen Testobjekt und Magnetfelderzeugungseinheit ebenfalls kompensieren zu können.A magnetic field detection unit or both magnetic field detection units preferably have the partial coils in order to compensate for signal changes in the detection units. But it is it is also conceivable that the magnetic field generation unit consists of several partial coils in order to also be able to compensate for the relative change in position between the test object and the magnetic field generation unit.

Im Falle von zwei Teilspulen sind diese in entgegengesetzte Richtungen (180°) versetzt. Bewegungen der Welle in diese beiden Richtungen oder entlang der Versatzrichtung können damit sehr gut kompensiert werden. Ist allerdings nicht vorherzusehen, in welche Richtungen das Testobjekt radial schwingt, kann eine höhere Anzahl von Teilspulen nützlich sein. Die vier Teilspulen sind bevorzugt in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet, so dass radiale Bewegungen des Testobjekts nach links-rechts und gleichzeitig nach unten-oben sowie Kombinationen hiervon kompensiert werden können.In the case of two partial coils, these are offset in opposite directions (180 °). Movements of the shaft in these two directions or along the direction of offset can thus be compensated very well. However, if the directions in which the test object swings radially cannot be predicted, a higher number of sub-coils can be useful. The four sub-coils are preferably arranged at an angle of 90 ° to one another, so that radial movements of the test object to the left-right and at the same time down-up and combinations thereof can be compensated.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Mittelpunkt jeder einzelnen der vier Teilspulen gleich weit von dem Mittelpunkt der Öffnung entfernt.According to a further embodiment, the center point of each of the four partial coils is equidistant from the center point of the opening.

Auch in dieser Ausführungsform gilt, dass das Testobjekt im Ausgangszustand exakt mittig in der Öffnung der Sensoreinheit angeordnet sein kann. Somit fällt die Mittelachse des Testobjekts mit der Mittelachse bzw. dem Mittelpunkt der Öffnung zusammen und ist mit Bezug zu jeder einzelnen Teilspule exzentrisch angeordnet, und zwar mit dem gleichen Betrag des radialen Versatzes in jeder Teilspule. Führt das Testobjekt nun eine radiale Bewegung aus, so wird das Meßsignal jeder Teilspule verändert, die Summe der Meßsignale der Teilspulen bleibt aber im Wesentlichen gleich.In this embodiment, too, the test object can be arranged exactly in the center of the opening of the sensor unit in the initial state. The center axis of the test object thus coincides with the center axis or the center point of the opening and is arranged eccentrically with respect to each individual sub-coil, with the same amount of radial offset in each sub-coil. If the test object now executes a radial movement, the measurement signal of each coil section is changed, but the sum of the measurement signals of the coil sections remains essentially the same.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die vier Teilspulen auf einer Kreisbahn um den Mittelpunkt der Öffnung in gleichmäßigem Abstand zueinander angeordnet.According to a further embodiment, the four partial coils are arranged on a circular path around the center of the opening at a uniform distance from one another.

Dies bedeutet insbesondere, dass ein Winkelabstand zwischen zwei Teilspulen bzw. deren Mittelpunkt auf der Kreisbahn gleich groß ist. Bei vier Teilspulen kann der Vollkreis von 360° um den Mittelpunkt der Öffnung in vier Winkel (Mittelpunktwinkel bezogen auf den Mittelpunkt der Öffnung der Sensoreinheit) zu 90° aufgeteilt werden und die vier Teilspulen sind so angeordnet, dass ihr Mittelpunkt entsprechend versetzt ist. Bei vier Teilspulen ist also die erste Teilspule nach links, die zweite Teilspule nach rechts, die dritte Teilspule nach oben und die vierte Teilspule nach unten versetzt.This means in particular that an angular distance between two partial coils or their center point on the circular path is the same. With four sub-coils, the full circle of 360 ° around the center of the opening can be divided into four angles (center angle in relation to the center of the opening of the sensor unit) to 90 ° and the four sub-coils are arranged so that their center is offset accordingly. In the case of four coil sections, the first coil section is shifted to the left, the second coil section to the right, the third coil section upwards and the fourth coil section downwards.

Es ist selbstverständlich möglich, dass auch mehr als die genannten vier Teilspulen verwendet werden. Je mehr Teilspulen verwendet werden, um die erste oder zweite Magnetfelderfassungseinheit und/oder die Magnetfelderzeugungseinheit zu bilden, desto kleiner ist der Winkelabstand des radialen Versatzes zwischen jeweils zwei Teilspulen. Bei acht Teilspulen ist der Mittelpunktwinkel nur noch 45°.It is of course possible that more than the four sub-coils mentioned are used. The more partial coils are used to form the first or second magnetic field detection unit and / or the magnetic field generating unit, the smaller the angular distance of the radial offset between two respective partial coils. With eight coil sections, the center point angle is only 45 °.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Messvorrichtung eine mehrlagige Leiterplatte auf, wobei die erste Teilspule in einer ersten Lage und die zweite Teilspule in einer zweiten Lage der mehrlagigen Leiterplatte angeordnet ist.According to a further embodiment, the measuring device has a multilayer printed circuit board, the first partial coil being arranged in a first layer and the second partial coil being arranged in a second layer of the multilayer printed circuit board.

Die Teilspulen können dabei als spiralförmige Leiterbahnen in den jeweiligen Lagen oder auf einer Oberfläche einer Lage ausgestaltet sein. Die Leiterplatte kann auch als printed circuit board, PCB, bezeichnet werden und weist eine Öffnung auf, welche der Öffnung der Sensoreinheit entspricht und dafür vorgesehen ist, dass das Testobjekt sich darin befindet.The partial coils can be designed as spiral conductor tracks in the respective layers or on a surface of a layer. The printed circuit board can also be referred to as a printed circuit board, PCB, and has an opening which corresponds to the opening of the sensor unit and is provided for the test object to be located therein.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist jede der zwei Teilspulen mindestens eine volle Wicklung auf, wobei die zwei Teilspulen seriell miteinander verbunden sind.According to a further embodiment, each of the two partial coils has at least one full winding, the two partial coils being connected to one another in series.

Eine volle Wicklung beschreibt 360° um die Mittelachse der Teilspulen. Prinzipiell ist die Anzahl der Wicklungen pro Teilspule nicht begrenzt. Bevorzugt haben die Teilspulen eine gleiche Anzahl von Wicklungen.A full winding describes 360 ° around the central axis of the partial coils. In principle, the number of windings per sub-coil is not limited. The partial coils preferably have the same number of windings.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die zwei Teilspulen entlang einer Mittelachse der ersten Magnetfelderfassungseinheit voneinander beabstandet.According to a further embodiment, the two partial coils are spaced apart from one another along a central axis of the first magnetic field detection unit.

Die Mittelachse der ersten Magnetfelderfassungseinheit kann in einem Beispiel mit der Mittelachse der zweiten Magnetfelderfassungseinheit und der Magnetfelderzeugungseinheit zusammenfallen oder die Mittelachsen dieser Elemente verlaufen parallel zueinander. Die Teilspulen liegen also hintereinander und sind voneinander beabstandet. Blickt man also senkrecht auf die Wicklungsebene, liegen die zwei Teilspulen hintereinander. Die Wicklungsebene wird von einer Wicklung der Spulen aufgespannt und die Mittelachse der Spule ist im Wesentlichen senkrecht zu der Wicklungsebene. Wenn die Teilspulen voneinander beabstandet sind, dann stehen deren Wicklungen nicht in unmittelbarem Kontakt zueinander. In einem Ausführungsbeispiel können die Spulen aber auch aneinander angrenzen.In one example, the central axis of the first magnetic field detection unit can coincide with the central axis of the second magnetic field detection unit and the magnetic field generation unit, or the central axes of these elements run parallel to one another. The sub-coils are therefore one behind the other and are spaced apart. If you look vertically at the winding level, the two sub-coils lie one behind the other. The winding plane is spanned by a winding of the coils and the central axis of the coil is essentially perpendicular to the winding plane. If the partial coils are spaced apart from one another, then their windings are not in direct contact with one another. In one embodiment, however, the coils can also adjoin one another.

In dem Ausführungsbeispiel mit der Leiterplatte sind die Teilspulen schon dadurch voneinander beabstandet, dass sie sich auf unterschiedlichen Schichten oder Lagen der mehrlagigen Leiterplatte befinden.In the exemplary embodiment with the printed circuit board, the partial coils are already spaced apart from one another in that they are located on different layers or layers of the multilayer printed circuit board.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinheit ausgeführt, die Signale der Teilspulen zu einem Gesamtsignal zu addieren und als Ausgangssignal bereitzustellen, wobei das Ausgangssignal einen Indikator für die an dem Testobjekt anliegende Kraft darstellt.According to a further embodiment, the control unit is designed to add the signals of the partial coils to an overall signal and as Provide output signal, the output signal being an indicator of the force applied to the test object.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die Magnetfelderzeugungseinheit und die erste Magnetfelderfassungseinheit entlang der Längsachse des Testobjekts voneinander beabstandet.According to a further embodiment, the magnetic field generation unit and the first magnetic field detection unit are spaced apart from one another along the longitudinal axis of the test object.

Das bedeutet, dass die Magnetfelderzeugungseinheit und die erste Magnetfelderfassungseinheit nebeneinander an der Oberfläche des Testobjekts angeordnet sind.This means that the magnetic field generation unit and the first magnetic field detection unit are arranged next to one another on the surface of the test object.

Es ist möglich, dass die Magnetfelderzeugungseinheit zwei voneinander beanstandete Spulen aufweist welche in Reihe miteinander verschaltet sind, wobei die erste Magnetfelderfassungseinheit zwischen diesen Spulen der Magnetfelderzeugungseinheit um das Testobjekt angeordnet ist.It is possible for the magnetic field generation unit to have two coils which are spaced apart from one another and which are connected in series with one another, the first magnetic field detection unit being arranged between these coils of the magnetic field generation unit around the test object.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform sind die zweite Magnetfelderfassungseinheit und die Magnetfelderzeugungseinheit konzentrisch angeordnet und die zweite Magnetfelderfassungseinheit ist radial außerhalb der Magnetfelderzeugungseinheit angeordnet.According to a further embodiment, the second magnetic field detection unit and the magnetic field generation unit are arranged concentrically and the second magnetic field detection unit is arranged radially outside the magnetic field generation unit.

In anderen Worten ist die zweite Magnetfelderfassungseinheit um die Magnetfelderzeugungseinheit herum angeordnet. Weist die Magnetfelderzeugungseinheit zwei Spulen auf, welche voneinander beanstandet sind, kann auch die zweite Magnetfelderfassungseinheit zwei Spulen aufweisen, wovon jeweils eine um eine Spule der Magnetfelderzeugungseinheit angeordnet oder gewickelt ist.In other words, the second magnetic field detection unit is arranged around the magnetic field generation unit. If the magnetic field generation unit has two coils, which are spaced apart from one another, the second magnetic field detection unit can also have two coils, one of which is arranged or wound around a coil of the magnetic field generation unit.

Indem die Spulen der zweiten Magnetfelderfassungseinheit um die Spulen der Magnetfelderzeugungseinheit gewickelt sind, kann der Einfluss von ferromagnetischen Objekten in der Umgebung der Sensoreinheit auf das Messergebnis reduziert werden.By winding the coils of the second magnetic field detection unit around the coils of the magnetic field generation unit, the influence of ferromagnetic objects in the vicinity of the sensor unit on the measurement result can be reduced.

Die erste Magnetfelderfassungseinheit bietet einen ersten Messkanal und die zweite Magnetfelderfassungseinheit einen zweiten Messkanal. Somit kann ein differentielles Messverfahren verwendet werden.The first magnetic field detection unit offers a first measuring channel and the second magnetic field detection unit a second measuring channel. A differential measurement method can thus be used.

Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Messanordnung angegeben, aufweisend ein Testobjekt, bevorzugt eine rotationssymmetrische Welle, und eine Messvorrichtung wie oben und im Folgenden beschrieben. Das Testobjekt erstreckt sich in Längsrichtung durch die Sensoreinheit oder durch eine Öffnung der Sensoreinheit.According to a further aspect, a measuring arrangement is specified, comprising a test object, preferably a rotationally symmetrical shaft, and a measuring device as described above and below. The test object extends in the longitudinal direction through the sensor unit or through an opening of the sensor unit.

Beispielsweise kann die Messvorrichtung auf die Welle bzw. das Testobjekt aufgeschoben und an eine gewünschte Position gebracht werden, bevor das Testobjekt mit Kraft beaufschlagt wird. Sodann kann eine auf das Testobjekt einwirkende Kraft mithilfe der Messvorrichtung ermittelt werden. Nachdem sich ein Abstand bzw. eine Lücke zwischen der Oberfläche des Testobjekts und der Sensoreinheit befindet, kann das Testobjekt sich in der Sensoreinheit, welche statisch sein kann, frei bewegen.For example, the measuring device can be pushed onto the shaft or the test object and brought to a desired position before force is applied to the test object. A force acting on the test object can then be determined using the measuring device. After there is a distance or a gap between the surface of the test object and the sensor unit, the test object can move freely in the sensor unit, which can be static.

Zusammengefasst bietet die hierin beschriebene Messvorrichtung Folgendes: die Empfindlichkeit gegenüber radialen Bewegungen oder einem gekippten Testobjekt wird reduziert; die Signalamplitude auf verschiedenen Kanälen der Teilspulen wird gemittelt; die Auswirkungen von Phasenverzögerungen resultierend aus radialer Bewegung oder Verkippung des Testobjekts werden reduziert; die Vorrichtung kann an statischen und sich drehenden Testobjekten verwendet werden, die Messvorrichtung kann auch verwendet werden mit Testobjekten, die keinen rotationssymmetrischen Querschnitt haben (beispielsweise quadratisch), solange diese Testobjekte in der Öffnung der Sensorvorrichtung angeordnet oder sich darin drehen können.In summary, the measuring device described here offers the following: the sensitivity to radial movements or a tilted test object is reduced; the signal amplitude on different channels of the partial coils is averaged; the effects of phase delays resulting from radial movement or tilting of the test object are reduced; the device can be used on static and rotating test objects, the measuring device can also be used on test objects which do not have a rotationally symmetrical cross section (for example square), as long as these test objects can be arranged in the opening of the sensor device or can rotate therein.

Wird eine Magnetfelderfassungseinheit (oder die Magnetfelderzeugungseinheit) in Form mehrerer zueinander radial versetzter Teilspulen ausgestaltet, so wird die anfängliche Spule bevorzugt in Teilspulen mit einer gleichen Anzahl von Wicklungen aufgeteilt. Es können in bevorzugten Ausführungsbeispielen acht oder 16 Teil spulen verwendet werden. Andere Aufteilungen mit mehr oder weniger Teilspulen sind selbstverständlich auch möglich. Es ist grundsätzlich auch möglich, die Teilspulen auch parallel zueinander zu verschalten. Die Reihenschaltung kann aber bevorzugt sein. Jede Teilspule kann kreisförmig oder leicht oval sein, und zwar mit der längeren Symmetrieachse erstreckend in Richtung des radialen Versatzes der Teilspule.If a magnetic field detection unit (or the magnetic field generation unit) is designed in the form of a plurality of partial coils which are offset radially from one another, the initial coil is preferably divided into partial coils with the same number of windings. Eight or 16 partial coils can be used in preferred exemplary embodiments. Other divisions with more or fewer coil sections are of course also possible. In principle, it is also possible to connect the partial coils in parallel to one another. However, the series connection can be preferred. Each coil section can be circular or slightly oval, with the longer axis of symmetry extending in the direction of the radial offset of the coil section.

Figurenlistelist of figures

Im Folgenden werden mit Bezug zu den Figuren Ausführungsbeispiele beschrieben. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer in Umfangsrichtung um ein Testobjekt angeordneten Messvorrichtung;
2 eine schematische Darstellung einer in Umfangsrichtung um ein Testobjekt angeordneten Messvorrichtung;
3 eine schematische Darstellung von Bewegungen eines Testobjekts mit Bezug zu einer in Umfangsrichtung um das Testobjekt angeordneten Magnetfelderfassungseinhei t;
4 eine schematische Schnittdarstellung eines Testobjekts mit einer darum herum angeordneten Messvorrichtung;
5 eine schematische Darstellung von mehreren Teilspulen sowie deren radialen Versatz mit Bezug zueinander;
6 eine schematische Darstellung einer Magnetfelderfassungseinheit und eines darin angeordneten Testobjekts;
7 eine schematische Darstellung einzelner Messsignale einer Mehrzahl von Teilspulen;
8 eine schematische Darstellung der Summe der Messsignale aus 7;
9 eine schematische Darstellung einer Leiterplatte mit mehreren Lagen und darin angeordneten Teilspulen.

Exemplary embodiments are described below with reference to the figures. It shows:

1 a schematic representation of a measuring device arranged in the circumferential direction around a test object;
2 a schematic representation of a measuring device arranged in the circumferential direction around a test object;
3 a schematic representation of movements of a test object with reference to a arranged in the circumferential direction around the test object magnetic field detection unit;
4 a schematic sectional view of a test object with a measuring device arranged around it;
5 a schematic representation of several coil sections and their radial offset with respect to each other;
6 a schematic representation of a magnetic field detection unit and a test object arranged therein;
7 a schematic representation of individual measurement signals of a plurality of sub-coils;
8th a schematic representation of the sum of the measurement signals 7 ;
9 is a schematic representation of a circuit board with several layers and partial coils arranged therein.

Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of exemplary embodiments

1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Messvorrichtung, welche in Umfangsrichtung um ein Testobjekt herum angeordnet ist. Im Gegensatz zu einem punktuell seitlich an die Oberfläche des Testobjekts angebrachten Sensors umgibt die Sensoreinheit, wovon in 1 lediglich die erste Magnetfelderfassungseinheit 200 gezeigt ist, das Testobjekt in Umfangsrichtung vollständig. 1 shows the basic structure of a measuring device which is arranged in the circumferential direction around a test object. In contrast to a sensor that is selectively attached to the side of the surface of the test object, the sensor unit surrounds what in 1 only the first magnetic field detection unit 200 is shown, the test object in the circumferential direction completely.

Die Sensoreinheit 200 definiert eine Öffnung 92, in welcher sich das Testobjekt befindet.The sensor unit 200 defines an opening 92 in which the test object is located.

Die linke Darstellung in 1 zeigt, dass sich das Testobj ekt 10 innerhalb der Magnetfelderfassungseinheit 200 auch horizontal und vertikal bewegen kann und nicht nur Drehbewegungen ausführt. Die mittlere Darstellung in 1 zeigt das Testobjekt exakt mittig in der Magnetfelderfassungseinheit 200. Hierbei befindet sich eine radiale Lücke 30 zwischen der Oberfläche des Testobjekts und der Magnetfelderzeugungseinheit 200. Die Mittelachse 15 überdeckt den Mittelpunkt der kreisförmigen Magnetfelderfassungseinheit 200. Nachdem die Magnetfelderfassungseinheit 200 nicht mit dem Testobjekt 10 mechanisch gekoppelt ist, überträgt sich eine Bewegung des Testobjekts 10 nicht auf die Magnetfelderfassungseinheit 200. Eine Bewegung des Testobjekts 10 in radialer Richtung 16 führt dazu, dass auf einer Seite der Abstand zu der Magnetfelderfassungseinheit größer und auf der anderen Seite kleiner wird.The left representation in 1 shows that the test object 10 is located within the magnetic field detection unit 200 can also move horizontally and vertically and not only perform rotary movements. The middle representation in 1 shows the test object exactly in the center of the magnetic field detection unit 200 , There is a radial gap here 30 between the surface of the test object and the magnetic field generating unit 200 , The central axis 15 covers the center of the circular magnetic field detection unit 200 , After the magnetic field detection unit 200 not with the test object 10 is mechanically coupled, a movement of the test object is transmitted 10 not on the magnetic field detection unit 200 , A movement of the test object 10 in the radial direction 16 causes the distance to the magnetic field detection unit to become larger on one side and smaller on the other side.

In der mittleren Darstellung der 1 fällt eine Mittelachse 15 des Testobj ekts 10 mit dem Mittelpunkt 95 der Öffnung 92 zusammen. In der linken und rechten Abbildung fallen die Mittelachse 15 und der Mittelpunkt 95 der Öffnung 92 auseinander.In the middle representation of the 1 falls a central axis 15 of the test object 10 with the center 95 the opening 92 together. In the left and right illustration, the central axis falls 15 and the center 95 the opening 92 apart.

2 zeigt eine schematische isometrische Darstellung einer Sensoreinheit 90, deren Komponenten in Umfangsrichtung um das Testobjekt 10 angeordnet sind. Die Magnetfelderzeugungseinheit ist aufgeteilt auf zwei Spulen LG1 110 und LG2 120, welche entlang der Mittelachse des Testobjekts voneinander beanstandet sind. Zwischen LG1 und LG2 ist die erste Magnetfelderfassungseinheit LSA angeordnet. Die zweite Magnetfelderfassungseinheit ist wie die Magnetfelderzeugungseinheit auf zwei Spulen LSB1 222 und LSB2 224 aufgeteilt, wovon jeweils eine Spule eine Spule der Magnetfelderzeugungseinheit in Umfangsrichtung umgibt. LG2 und LSB2 sind optional und es ist möglich, die Messvorrichtung ohne diese beiden Komponenten zu verwenden. 2 shows a schematic isometric view of a sensor unit 90 , whose components in the circumferential direction around the test object 10 are arranged. The magnetic field generation unit is divided into two coils LG1 110 and LG2 120, which are spaced apart from one another along the central axis of the test object. The first magnetic field detection unit LSA is arranged between LG1 and LG2. Like the magnetic field generation unit, the second magnetic field detection unit is divided into two coils LSB1 222 and LSB2 224, each of which coils surround a coil of the magnetic field generation unit in the circumferential direction. LG2 and LSB2 are optional and it is possible to use the measuring device without these two components.

In der unteren Darstellung der 2 ist schematisch ein Schaltplan der Messvorrichtung bestehend aus Steuereinheit 60 und Sensoreinheit 90 gezeigt. Die Steuereinheit 60 ist mit der Magnetfelderzeugungseinheit 100 und der ersten Spule 110 und der zweiten Spule 120 verbunden und gibt ein elektrisches Signal aus, damit die Spulen 110, 120 ein magnetisches Feld erzeugen, dessen Feldlinien das Testobjekt durchdringen bzw. sich durch das Testobjekt erstrecken oder darin verlaufen.In the lower representation of the 2 is a schematic diagram of the measuring device consisting of control unit 60 and sensor unit 90 shown. The control unit 60 is with the magnetic field generating unit 100 and the first coil 110 and the second coil 120 connected and outputs an electrical signal to the coils 110 . 120 generate a magnetic field, the field lines of which penetrate the test object or extend through or run in the test object.

Die erste Magnetfelderfassungseinheit 200 und die zweite Magnetfelderfassungseinheit 220 sind ebenfalls als Spulen ausgestaltet. Das generierte Magnetfeld induziert einen elektrischen Strom bzw. eine elektrische Spannung in den Magnetfelderfassungseinheiten 200, 220. Dieses induzierte Signal erfasst die Steuereinheit und ermittelt einen zugehörigen Wert für die an dem Testobjekt anliegende Kraft. Die anliegende Kraft wird aus der Amplitude des von der ersten und zweiten Magnetfelderfassungseinheit gelieferten Signals ermittelt.The first magnetic field detection unit 200 and the second magnetic field detection unit 220 are also designed as coils. The generated magnetic field induces an electrical current or an electrical voltage in the magnetic field detection units 200 . 220 , This induced signal is recorded by the control unit and determines an associated value for the force applied to the test object. The applied force is determined from the amplitude of the signal supplied by the first and second magnetic field detection unit.

3 zeigt schematisch mögliche Bewegungen des Testobjekts innerhalb der Magnetfelderfassungseinheit 200, welche einen Einfluss auf das Messsignal haben können und das Messsignal verändern können, ohne dass die an dem Testobjekt anliegende Kraft verändert wird. Bei der radialen Bewegung des Testobjekts 10 bewegt sich dessen Mittelachse 15 mit Bezug zu der Öffnung 92 und deren Mittelpunkt 95. 3 shows schematically possible movements of the test object within the magnetic field detection unit 200 which can have an influence on the measurement signal and can change the measurement signal without changing the force applied to the test object. During the radial movement of the test object 10 moves its central axis 15 with respect to the opening 92 and their center 95 ,

Auch wenn in 3 (und auch in den anderen Figuren) der Einfachheit halber lediglich die erste Magnetfelderfassungseinheit 200 gezeigt ist, so gelten die Ausführungen mit Bezug hierzu auch für die zweite Magnetfelderfassungseinheit und die Magnetfelderzeugungseinheit. Wie aus der isometrische Darstellung in 2 zu entnehmen ist, sind diese Komponenten allesamt in Umfangsrichtung um das Testobjekt herum angeordnet, was für sämtliche Ausführungsformen gilt.Even if in 3 For the sake of simplicity (and also in the other figures) only the first magnetic field detection unit 200 is shown, the explanations with regard to this also apply to the second magnetic field detection unit and the magnetic field generation unit. As from the isometric representation in 2 it can be seen that these components are all arranged in the circumferential direction around the test object, which applies to all embodiments.

3 zeigt auf der linken Seite, dass sich das Testobjekt auf einer kreisförmigen Bahn innerhalb der Öffnung 92 der Magnetfelderfassungseinheit 200 bewegen kann. Die gestrichelt gezeichneten Kreise deuten die Position des Testobjekts 10 in der Vergangenheit an. Das Testobjekt 10 rotiert um seinen Mittelpunkt, es kann sich aber seitlich auch so bewegen, dass der Mittelpunkt sich ebenfalls auf einer Kreisbahn oder elliptischen Bahn bewegt. 3 shows on the left that the test object is on a circular path inside the opening 92 the Field detection unit 200 can move. The circles drawn in dashed lines indicate the position of the test object 10 in the past. The test object 10 rotates around its center, but it can also move laterally so that the center also moves on a circular or elliptical path.

Auf der rechten Seite zeigt 3 eine rein vertikale Bewegung des Testobjekts 10. Der Mittelpunkt des Testobjekts bewegt sich lediglich nach oben und nach unten.On the right shows 3 a purely vertical movement of the test object 10 , The center of the test object only moves up and down.

4 zeigt eine Schnittdarstellung eines Testobjekts 10 sowie einer darum herum angeordneten Messvorrichtung 50. Die Magnetfelderzeugungseinheit mit ihren Spulen 110, 120, die erste Magnetfelderfassungseinheit 200 sowie die zweite Magnetfelderfassungseinheit mit ihren Spulen 222, 224 sind um das Testobjekt 10 herum so angeordnet, die in 2 gezeigt. Dieser grundsätzliche Aufbau ist in 4 auf der linken Seite gezeigt. 4 shows a sectional view of a test object 10 and a measuring device arranged around it 50 , The magnetic field generation unit with its coils 110 . 120 , the first magnetic field detection unit 200 and the second magnetic field detection unit with its coils 222 . 224 are around the test object 10 arranged around that in 2 shown. This basic structure is in 4 shown on the left.

Die rechte Seite der 4 zeigt, dass das Testobjekt 10 sowie dessen Mittelachse 15 mit Bezug zu der Sensoreinheit der Messvorrichtung 50 um einen Kippwinkel 18 geneigt ist.The right side of the 4 shows that the test object 10 as well as its central axis 15 with reference to the sensor unit of the measuring device 50 by a tilt angle 18 is inclined.

Die hierin beschriebene Messvorrichtung mit den mehreren Teilspulen ermöglicht es, dass auch der Einfluss eines geneigten Testobjekts auf den Messwert der Messvorrichtung eliminiert werden kann. Betrachtet man in der rechten Darstellung der 4 allein die zweite Spule 224 sowie die relative Position des Testobjekts 10 darin, erkennt man, dass ein geneigtes oder gekipptes Testobjekt 10 mit Bezug zu der zweiten Spule 224 ebenfalls einem radialen Versatz, wie er in 3 auf der rechten Seite gezeigt ist, entspricht.The measuring device described here with the several partial coils enables the influence of an inclined test object on the measured value of the measuring device to be eliminated. If you look at the right representation of the 4 the second coil alone 224 as well as the relative position of the test object 10 in it, you can see that an inclined or tilted test object 10 with respect to the second coil 224 also a radial offset, as in 3 shown on the right corresponds to.

5 zeigt den Aufbau beispielsweise der ersten Magnetfelderfassungseinheit aus mehreren Teilspulen 251, 253, 255, 257. Diese vier Teilspulen sind mit Bezug zueinander radial versetzt, wie auch an den zugehörigen Mittelpunkten 252, 254, 256, 258 erkannt werden kann. Insbesondere sind die Teilspulen bzw. deren Mittelpunkte mit Bezug zu einem Mittelpunkt 95 der Öffnung in der Magnetfelderfassungseinheit jeweils um einen Winkel von 90° zueinander versetzt. 5 shows the construction of, for example, the first magnetic field detection unit from several partial coils 251 . 253 . 255 . 257 , These four sub-coils are radially offset with respect to one another, as well as at the associated center points 252 . 254 . 256 . 258 can be recognized. In particular, the partial coils or their centers are related to a center point 95 the opening in the magnetic field detection unit offset by an angle of 90 ° to each other.

Der Mittelpunkt 249 des Testobjekts entspricht bei einer exakt mittigen Anordnung des Testobjekts 10 (gestrichelt gezeichnet) auch der Mittelachse 15 des Testobjekts und dem Mittelpunkt 95 der Öffnung der Magnetfelderfassungseinheit. Bewegt sich das Testobjekt 10 in irgendeine radiale Richtung in der Öffnung der Magnetfelderfassungseinheit, so bewegt sich auch die Mittelachse 15 des Testobjekts 10 bzw. der Mittelpunkt 249 des Testobjekts mit Bezug zu dem Mittelpunkt 95 der Öffnung der Magnetfelderfassungseinheit.The middle-point 249 of the test object corresponds to an exactly central arrangement of the test object 10 (drawn in dashed lines) also the central axis 15 of the test object and the center 95 the opening of the magnetic field detection unit. The test object moves 10 in any radial direction in the opening of the magnetic field detection unit, the central axis also moves 15 of the test object 10 or the center 249 of the test object with reference to the center point 95 the opening of the magnetic field detection unit.

Die äußere gestrichelte Linie 250 zeigt lediglich den Außendurchmesser der Magnetfelderfassungseinheit. Auch wenn der Aufbau gemäß 5 mit Bezug zu der ersten Magnetfelderfassungseinheit beschrieben ist, so gilt dieser Aufbau auch für die zweite Magnetfelderfassungseinheit und auch für die Magnetfelderzeugungseinhei t.The outer dashed line 250 shows only the outer diameter of the magnetic field detection unit. Even if the structure according to 5 is described with reference to the first magnetic field detection unit, this structure also applies to the second magnetic field detection unit and also to the magnetic field generation unit.

Es ist unschwer aus 5 zu erkennen, dass die Mittelpunkte 252, 254, 256, 258 jeweils nach oben, rechts, unten, links mit Bezug zu dem Mittelpunkt 95 der Öffnung versetzt sind. Insbesondere sind die Mittelpunkte 252, 254, 256, 258 um den gleichen Abstand von dem Mittelpunkt 95 radial versetzt.It's easy to look out of 5 realizing that the midpoints 252 . 254 . 256 . 258 up, right, down, left with respect to the center 95 are offset from the opening. In particular, the midpoints 252 . 254 . 256 . 258 the same distance from the center 95 radially offset.

Ebenfalls ist aus 5 zu erkennen, dass das Testobjekt 10 von jeder Teilspule beabstandet ist und somit einen gewissen Spielraum für radiale Bewegungen in jede radiale Richtung hat. In Abhängigkeit des Verwendungsumfeldes der Messvorrichtung sowie den möglichen oder erwarteten radialen Bewegungen des Testobjekts 10 kann der Abstand zwischen dem Testobjekt 10 und den Teilspulen im Ruhezustand zwischen 0,5 mm und 3 mm sein. Andere Maße sind möglich.Is also out 5 to recognize that the test object 10 is spaced from each coil section and thus has a certain scope for radial movements in any radial direction. Depending on the environment in which the measuring device is used and the possible or expected radial movements of the test object 10 can be the distance between the test object 10 and the coil sections in the idle state between 0.5 mm and 3 mm. Other dimensions are possible.

Die in 5 gezeigten Teilspulen sind hintereinander (in die Zeichenebene hinein) angeordnet, und zwar so, dass sich zwischen zwei benachbarten Teilspulen ein Abstand befinden kann, beispielsweise 0, 5 mm bis 5 mm. Andere Maße sind möglich.In the 5 The partial coils shown are arranged one behind the other (into the plane of the drawing) in such a way that there can be a distance between two adjacent partial coils, for example 0.5 mm to 5 mm. Other dimensions are possible.

6 zeigt eine ähnliche Darstellung wie in 5. In der Öffnung der ersten Magnetfelderfassungseinheit 200 (oder der zweiten Magnetfelderfassungseinheit 220) befindet sich das Testobjekt 10. Der Abstand zwischen der Oberfläche des Testobjekts 10 und der Magnetfelderfassungseinheit bzw. deren Teilspulen ist unterteilt in zwei Abstandsbereiche. Zunächst ist ein Bewegungsspielraum 32 vorhanden, innerhalb dessen das Testobjekt radiale Bewegungen ausführen kann. 6 shows a similar representation as in 5 , In the opening of the first magnetic field detection unit 200 (or the second magnetic field detection unit 220 ) is the test object 10 , The distance between the surface of the test object 10 and the magnetic field detection unit or its partial coils is divided into two spacing areas. First of all, there is scope for movement 32 within which the test object can execute radial movements.

Weiterhin ist vorgesehen, dass eine radiale Lücke 30 verbleibt, um erstens die Teilspulen nicht mechanisch zu beschädigen und zweitens um ein Signal der Teilspule, welcher das Testobjekt am nächsten kommt, nicht überproportional hoch ansteigen zu lassen.It is also provided that there is a radial gap 30 remains, firstly not to mechanically damage the partial coils and secondly to prevent a signal from the partial coil that comes closest to the test object from rising disproportionately high.

Es wurde festgestellt, dass das Messsignal einer Teilspule sehr hoch wird, wenn das Testobjekt die Wicklungen dieser Teilspule auch nur punktuell berührt oder nahezu berührt, selbst wenn das Testobjekt auf der gegenüberliegenden Seite einen größeren Abstand von den Wicklungen der Teilspule hat. Um also übermäßige Verfälschungen des Messsignals zu verhindern, wird die Öffnung in der Magnetfelderfassungseinheit so bemessen, dass der Abstand gemäß der radialen Lücke 30 einen vorgebbaren Mindestwert nicht unterschreitet. Die radiale Lücke 30 kann 0,5 mm bis 3 mm sein.It was found that the measuring signal of a partial coil becomes very high if the test object touches the windings of this partial coil or touches it almost evenly, even if the test object on the opposite side is at a greater distance from the windings of the partial coil. In order to avoid excessive adulteration of the To prevent measurement signal, the opening in the magnetic field detection unit is dimensioned so that the distance according to the radial gap 30 does not fall below a predefinable minimum value. The radial gap 30 can be 0.5 mm to 3 mm.

7 zeigt eine schematische beispielhafte Darstellung der Messsignale einzelner Teilspulen (in diesem Beispiel sind es acht Teilspulen, die in einem Winkelabstand von 45° zu dem Mittelpunkt der Öffnung angeordnet sind) in einer normierten Darstellung der Amplitude von 0 bis 1 auf der vertikalen Achse in Abhängigkeit der Position des Testobjekts mit Bezug zu der jeweiligen Teilspule. Auf der horizontalen Achse wird die Bewegung des Testobjekts abgebildet, und zwar gemäß dem Bewegungsmuster der linken Abbildung der 3 innerhalb einer Anordnung wie in 5 gezeigt, allerdings mit acht Teilspulen. Auf der horizontalen Achse ist ein Vollkreis von 360° in normierter Darstellung auf einer Skala von 0 bis 100 dargestellt. Die rotierende Bewegung des radial ausgelenkten Testobjekts beginnt an einem Punkt minimaler Nähe zu einer ersten Spule, welche das Signal 261 liefert und bewegt sich sodann im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn. Bei dieser Bewegung findet immer eine relative Annäherung und eine relative Vergrößerung des Abstands zwischen dem Testobjekt und jeder einzelnen Teilspule statt. Die Bewegung auf diesem Kreis lässt die Messsignale aller Teilspulen variieren. 7 shows a schematic exemplary representation of the measurement signals of individual partial coils (in this example there are eight partial coils, which are arranged at an angular distance of 45 ° to the center of the opening) in a normalized representation of the amplitude from 0 to 1 on the vertical axis depending on the Position of the test object with reference to the respective sub-coil. The movement of the test object is shown on the horizontal axis, in accordance with the movement pattern of the left figure of the 3 within an arrangement as in 5 shown, but with eight coil sections. A full circle of 360 ° is shown on the horizontal axis in a standardized representation on a scale from 0 to 100. The rotating movement of the radially deflected test object begins at a point minimally close to a first coil, which is the signal 261 then delivers and moves clockwise or counterclockwise. With this movement, there is always a relative approach and a relative increase in the distance between the test object and each individual partial coil. The movement on this circle allows the measurement signals of all sub-coils to vary.

Wenn die Teilspulen, wie in diesem Ausführungsbeispiel, identisch aufgebaut sind, dann sind auch die Kurven der Messsignale identisch oder nahezu identisch. Die Kurve 263 ist identisch mit der Kurve 261, nur dass die Kurve 263 um 45° versetzt ist. 45° sind ein Achtel des Vollkreises, also beträgt der Abstand zwischen den Kurven 261 und 263 auf der normierten Skala der horizontalen Achse etwa 12,5%. Ebenso sind die Kurven 265 und 263 um 45° bzw. 12,5% voneinander beabstandet. Dies gilt für Maximalwerte und Minimalwerte der Kurven.If the sub-coils are constructed identically, as in this exemplary embodiment, then the curves of the measurement signals are also identical or almost identical. The curve 263 is identical to the curve 261 just that the curve 263 is offset by 45 °. 45 ° is an eighth of the full circle, so the distance between the curves is 261 and 263 around 12.5% on the normalized scale of the horizontal axis. The curves are the same 265 and 263 spaced 45 ° or 12.5% apart. This applies to maximum values and minimum values of the curves.

Bezugnehmend auf 6 hat die Amplitude des Messsignals 261 einen linken Maximalwert, wenn das Testobjekt den Spielraum 32 mit Bezug zu der Teilspule, die das Signal 261 liefert, den geringsten Abstand hat. Der tatsächliche Abstand zwischen der Teilspule und der Oberfläche des Testobjekts ist minimal, entspricht also der Lücke 30. Bewegt sich nun das Testobjekt auf einer Kreisbahn weiter, nimmt der Abstand auf Grund der radial versetzt angeordneten Teilspulen von dieser ersten Spule zu und der Abstand zu der nächsten Spule nimmt ab. Der Wert des Signals 261 sinkt, der Wert des Signals 263 steigt an. Hat sich das Testobjekt 45° auf seiner Kreisbahn weiterbewegt, so ist es der Teilspule, die das Signal 263 liefert, am nächsten und der Wert des Signals 263 ist nun am höchsten.Referring to 6 has the amplitude of the measurement signal 261 a left maximum when the test object has the scope 32 with respect to the sub-coil that the signal 261 delivers, has the smallest distance. The actual distance between the coil section and the surface of the test object is minimal, i.e. corresponds to the gap 30 , If the test object now moves on a circular path, the distance from this first coil increases due to the radially staggered partial coils and the distance to the next coil decreases. The value of the signal 261 decreases, the value of the signal 263 rises. If the test object has moved 45 ° on its circular path, it is the sub-coil that receives the signal 263 returns, closest and the value of the signal 263 is now the highest.

Rein beispielhaft wird dieses Vorgehen mit Bezug zu 5 beschrieben. Wird das Testobjekt 10 ausgehend aus seiner mittigen Position zunächst nach oben (12 Uhr auf einem Ziffernblatt) ausgelenkt, nähert es sich der Teilspule 255 auf den geringsten Abstand. Der Abstand von den anderen Teilspulen ist in jedem Fall größer. Wird das Testobjekt aus diesem nach oben ausgelenkten Zustand nun auf einer Kreisbahn mit dem Radius der Öffnung im Innenraum der Teilspulen gegen den Uhrzeigersinn bewegt, so entfernt sich das Testobjekt von der Teilspule 255 und nähert sich bei der maximalen Auslenkung nach links (9 Uhr auf einem Ziffernblatt, das Testobjekt bewegt sich um 90° gegen den Uhrzeigersinn) der Spule 253 am nächsten, so dass deren Signal seinen Maximalwert annimmt. Noch einmal 90° gegen den Uhrzeigersinn bewegt, ist das Testobjekt der Teilspule 251 am nächsten und deren Signal hat den Maximalwert. In diesem Punkt hat das Signal der Teilspule 255 seinen niedrigsten Wert. Weitere 90° gegen den Uhrzeigersinn hat das Signal der Teilspule 257 seinen Maximalwert. Nun hat sich das Testobjekt von dem Ausgangspunkt 270° gegen den Uhrzeigersinn bewegt. Weitere 90° gegen den Uhrzeigersinn bringen das Testobjekt zu seinem Ausgangspunkt.This procedure is purely exemplary with reference to 5 described. Will the test object 10 Starting from its central position and initially deflected upwards (12 o'clock on a clock face), it approaches the coil section 255 to the smallest distance. The distance from the other coil sections is larger in any case. If the test object is now moved from this upward deflected state on a circular path with the radius of the opening in the interior of the partial coils counterclockwise, the test object moves away from the partial coil 255 and approaches the coil at the maximum deflection to the left (9 o'clock on a clock face, the test object moves 90 ° counterclockwise) 253 closest so that their signal takes its maximum value. Moved 90 ° counterclockwise again is the test object of the coil section 251 closest and their signal has the maximum value. At this point the signal from the coil section has 255 its lowest value. The signal from the partial coil has a further 90 ° counterclockwise 257 its maximum value. The test object has now moved 270 ° counterclockwise from the starting point. Another 90 ° counterclockwise bring the test object to its starting point.

Bei dieser Bewegung des Testobjekts auf einer Kreisbahn im maximal ausgelenkten Zustand verändern sich also die Signale der Teilspulen fortlaufend.With this movement of the test object on a circular path in the maximally deflected state, the signals of the partial coils change continuously.

In 7 sind die Einzelsignale der Teilspulen gezeigt. Werden die Teilspulen miteinander in Reihe geschaltet, so überlagern sich die Signale und das Signal über die Reihenschaltung der Teilspulen entspricht der Summe dieser Einzelsignale.In 7 the individual signals of the partial coils are shown. If the sub-coils are connected in series with one another, the signals overlap and the signal via the series connection of the sub-coils corresponds to the sum of these individual signals.

Dieses überlagerte Signal 270 der Teilspulen ist in 8 gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Summe der Einzelsignale in etwa zwischen 0,2 und 0,25 liegt, und zwar unabhängig von der Position des Testobjekts mit Bezug zu den Teilspulen. In Abhängigkeit davon, wie viel Spielraum 32 (siehe 6) das Testobjekt bekommt bzw. wie stark die tatsächliche radiale Bewegung des Testobjekts ist, kann dieses Summensignal 270 in 8 größer oder kleiner sein. Ebenso kann der Abstand zwischen dem Höchst- und Niedrigwert des Summensignals 270 kleiner werden (das Summensignal ist geglättet), wenn das Ausmaß der radialen Bewegung des Testobj ekts verkleinert wird.This superimposed signal 270 the coil section is in 8th shown. It can be seen that the sum of the individual signals is approximately between 0.2 and 0.25, regardless of the position of the test object with respect to the sub-coils. Depending on how much leeway 32 (please refer 6 ) The test object gets or how strong the actual radial movement of the test object is, this sum signal can 270 in 8th be bigger or smaller. Likewise, the distance between the maximum and low value of the sum signal can be 270 become smaller (the sum signal is smoothed) if the extent of the radial movement of the test object is reduced.

Bei der radialen Bewegung des Testobjekts geht man typischerweise von einer Auslenkung von wenigen Millimeter aus, z.B. zwischen 1 und 3 mm. Beispielhafte Werte für den Mindestabstand 30 zwischen Testobjekt und Teilspulen sind 0,5 mm bis 1,5 mm.The radial movement of the test object is typically based on a deflection of a few millimeters, for example between 1 and 3 mm. Exemplary values for the minimum distance 30 between test object and sub-coils are 0.5 mm to 1.5 mm.

9 zeigt eine schematische Darstellung einer mehrlagigen Leiterplatte 300. Die einzelnen Lagen 302, 304 der Leiterplatte sind übereinander angeordnet und miteinander verbunden. Jede Lage 302, 304 hat eine mit elektrisch leitfähigen Bahnen beschichtete Oberfläche. Im Beispiel der 9 könnte das jeweils die obere Oberfläche der Lagen sein. Auf dieser Oberfläche kann jeweils eine Spule durch spiralförmig verlaufende Leiterbahnen gebildet sein, und zwar um die Öffnung 92. Die Wicklungen 251 sind auf der Oberfläche der oberen Lage gezeigt. Die Wicklungen auf den einzelnen Lagen (für die unteren Lagen sind die Wicklungen aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt) entsprechen einer Teilspule (vergleiche beispielsweise 251, 253, 255, 257 aus 5) und sind jeweils radial zueinander versetzt. 9 shows a schematic representation of a multilayer printed circuit board 300 , The individual layers 302 . 304 the circuit board are arranged one above the other and connected to each other. Any location 302 . 304 has a surface coated with electrically conductive sheets. In the example of 9 this could be the top surface of the layers. A coil can be formed on this surface in each case by spirally running conductor tracks, specifically around the opening 92 , The windings 251 are shown on the surface of the top layer. The windings on the individual layers (the windings for the lower layers are not shown for reasons of clarity) correspond to a partial coil (compare, for example, 251, 253, 255, 257 5 ) and are radially offset from each other.

Die Leiterplatte 30 kann über das Testobjekt geschoben werden. Auf einer Leiterplatte können mehrere Teilspulen einer Magnetfelderfassungseinheit angeordnet sein. Allerdings können auf einer Leiterplatte auch Spulen der Magnetfelderzeugungseinheit angeordnet sein.The circuit board 30 can be pushed over the test object. Several partial coils of a magnetic field detection unit can be arranged on a printed circuit board. However, coils of the magnetic field generating unit can also be arranged on a printed circuit board.

Selbst die Sensoreinheit 90 kann in einer mehrlagigen Leiterplatte implementiert sein. Der axiale Abstand (Abstand entlang der Mittelachse des Testobjekts) zwischen den Komponenten der Sensoreinheit kann durch leere Lagen realisiert werden. Teilspulen von LG1 und LSB1 (und auch von LG2 und LSB2) können sich auf derselben Lage befinden.Even the sensor unit 90 can be implemented in a multilayer printed circuit board. The axial distance (distance along the center axis of the test object) between the components of the sensor unit can be realized by empty layers. Sub-coils of LG1 and LSB1 (and also of LG2 and LSB2) can be in the same position.

Ergänzend ist darauf hinzuweisen, dass „umfassend“ oder „aufweisend“ keine anderen Elemente oder Schritte ausschließt und „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließt. Ferner sei darauf hingewiesen, dass Merkmale oder Schritte, die mit Verweis auf eines der obigen Ausführungsbeispiele beschrieben worden sind, auch in Kombination mit anderen Merkmalen oder Schritten anderer oben beschriebener Ausführungsbeispiele verwendet werden können. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In addition, it should be pointed out that "comprehensive" or "showing" does not exclude other elements or steps and "one" or "one" does not exclude a large number. It should also be pointed out that features or steps that have been described with reference to one of the above exemplary embodiments can also be used in combination with other features or steps of other exemplary embodiments described above. Reference signs in the claims are not to be viewed as a restriction.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Testobj ektTest object
1515: Mittelachsecentral axis
1616: radiale Richtungradial direction
1818: Kippwinkeltilt angle
3030: radiale Lückeradial gap
3232: BewegungsspielraumRange of motion
5050: Messvorrichtungmeasuring device
6060: Steuereinheitcontrol unit
9090: Sensoreinheitsensor unit
9292: Öffnungopening
9595: Mittelpunkt der Öffnung der SensoreinheitCenter of the opening of the sensor unit
100100: MagnetfelderzeugungseinheitMagnetic field generating unit
110110: erste Spulefirst coil
120120: zweite Spulesecond coil
200200: erste Magnetfelderfassungseinheitfirst magnetic field detection unit
220220: zweite Magnetfelderfassungseinheitsecond magnetic field detection unit
222222: erste Spulefirst coil
224224: zweite Spulesecond coil
249249: Mittelpunkt des Testobjekts ohne radiale AuslenkungCenter of the test object without radial deflection
250250: Außendurchmesserouter diameter
251251: erste Teilspulefirst coil section
252252: MittelpunktFocus
253253: zweite Teilspulesecond coil section
254254: MittelpunktFocus
255255: dritte Teilspulethird coil section
256256: MittelpunktFocus
257257: vierte Teilspulefourth coil section
258258: MittelpunktFocus
261261: Signalverlauf erste TeilspuleSignal curve of the first coil section
263263: Signalverlauf zweite TeilspuleSecond sub-coil signal curve
265265: Signalverlauf dritte TeilspuleSignal waveform third sub-coil
267267: Signalverlauf vierte TeilspuleFourth coil section
270270: gemittelter Signalverlaufaveraged waveform
300300: mehrlagige Leiterplattemultilayer printed circuit board
302302: erste Lagefirst layer
304304: zweite Lagesecond layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of documents listed by the applicant has been generated automatically and is only included for better information for the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

EP 3051265 A1 [0005]

Claims

Measuring device (50) for the contactless measurement of a force acting on a test object (10), comprising the measuring device (50): a sensor unit (90) and a control unit (60); wherein the sensor unit (90) comprises: a magnetic field generation unit (100) which is configured to surround the test object in the circumferential direction; a first magnetic field detection unit (200) which is configured to surround the test object in the circumferential direction; and a second magnetic field detection unit (220) which is configured to surround the test object in the circumferential direction; wherein the control unit (60) is coupled to the sensor unit (90) to drive the magnetic field generation unit with a drive signal and to receive signals output by the first magnetic field detection unit (200) and the second magnetic field detection unit (220); wherein the control unit (60) is designed to determine a force applied to the test object based on the signals output by the first magnetic field detection unit (200) and the second magnetic field detection unit (220); characterized in that the magnetic field generation unit (100) and / or the first magnetic field detection unit (200) and / or the second magnetic field detection unit (220) has at least two partial coils, namely a first partial coil (251) and a second partial coil (253), which in radial direction (16) are offset from one another.

Measuring device (50) Claim 1 , wherein the sensor unit (90) has an opening (92) with a center point (95), a center point (252) of the first coil section (251) with respect to the center point (95) of the opening (92) radially by a first distance is offset.

Measuring device (50) Claim 2 , wherein a center point (254) of the second coil section (253) with respect to the center point (95) of the opening (92) is radially offset by a second distance.

Measuring device (50) Claim 3 , the amount of the first distance corresponding to the second distance.

Measuring device (50) according to one of the Claims 2 to 4 , wherein the magnetic field generation unit (100) and / or the first magnetic field detection unit (200) and / or the second magnetic field detection unit (220) has at least four partial coils, namely the first partial coil (251), the second partial coil (253), a third partial coil (255) and a fourth partial coil (257), which are offset from one another in the radial direction (16).

Measuring device (50) Claim 5 , wherein the center of each of the four sub-coils is equidistant from the center (95) of the opening (92).

Measuring device (50) Claim 6 , wherein the four partial coils are arranged on a circular path around the center (95) of the opening (92) at a uniform distance from one another.

Measuring device (50) according to one of the preceding claims, comprising a multilayer printed circuit board (300), the first coil section (251) being arranged in a first layer (302) and the second coil section (253) being arranged in a second layer (304) of the multilayer circuit board is.

Measuring device (50) according to one of the preceding claims, wherein each of the two partial coils has at least one full winding; the two sub-coils being connected to one another in series.

Measuring device (50) according to one of the preceding claims, wherein the two partial coils are spaced apart from one another along a central axis of the first magnetic field detection unit (200).

Measuring device (50) according to one of the preceding claims, wherein the control unit (60) is designed to add the signals of the partial coils to an overall signal and to provide them as an output signal which is an indicator of the force applied to the test object.

Measuring device (50) according to one of the preceding claims, wherein the magnetic field generation unit (100) and the first magnetic field detection unit (200) are spaced apart from one another along the longitudinal axis of the test object (10).

Measuring device (50) according to one of the preceding claims, wherein the second magnetic field detection unit (220) and the magnetic field generation unit (100) are arranged concentrically and the second magnetic field detection unit (220) is arranged radially outside the magnetic field generation unit (100).

Measuring arrangement, comprising: a test object (10); and a measuring device (50) according to one of the preceding claims, wherein the test object extends in the longitudinal direction through the sensor unit (90).