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Die Erfindung betrifft eine Belastungsmessvorrichtung und ein Belastungsmessverfahren zum Messen einer Belastung in einem Testobjekt.
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Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Messen einer mechanischen Belastung an einem Testobjekt. Unter Belastungen werden dabei Kräfte, Drehmomente oder mechanische Spannungen an dem Testobjekt verstanden.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung betreffen insbesondere eine Drehmomentmessanordnung mit einem Drehmomentmessgeber für einen Drehmomentsensor zum Messen eines Drehmoments an einem sich drehenden Testobjekt, insbesondere in Form einer Welle, unter Erfassung von Magnetfeldänderungen. Außerdem betreffen Ausgestaltungen der Erfindung ein Messverfahren zum Messen eines Drehmoments durch Erfassung von Magnetfeldänderungen. Insbesondere sind der Drehmomentmessgeber, der Drehmomentsensor und das Messverfahren zur Erfassung von Magnetfeldänderungen aufgrund des Villari-Effektes, und mehr insbesondere zur magnetoelastischen (=invers magnetorestriktiven) Erfassung von Drehmomenten ausgebildet.
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Derartige Drehmomentsensoren, die Drehmomente in Testobjekten wie insbesondere Wellen, aufgrund von Magnetfeldänderungen erfassen, sowie die wissenschaftlichen Grundlagen hierfür sind in den folgenden Literaturstellen beschrieben:
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Insbesondere eine Bauart von Drehmomentmessgebern, wie sie in der D4 (
DE 30 31 997 A1 ) beschrieben ist, hat sich als besonders wirkungsvoll für die Messung von Drehmomenten in Wellen und anderen Messstellen herausgestellt.
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Andere Ausführungsbeispiele betreffen einen Drucksensor mit einer Membran als Testobjekt und einer Spannungserfassungseinrichtung zum Erfassen einer mechanischen Spannung in der Membran durch aktive Aufmagnetisierung.
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Es ist bekannt, dass mit magnetischen Messverfahren die physikalischen Messgrößen Drehmoment, Kraft und Position an ferromagnetischen Objekten ermittelt werden können. Zur Anwendung kommen dabei meist magnetoelastische (oder auch invers-magnetostriktive) Sensoren oder Wirbelstrom- oder Eddy-Current-Sensoren. Die benutzten ferromagnetischen Materialien ändern ihre Permeabilität unter dem Einfluss von Zug- oder Druckspannungen (auch Villari-Effekt genannt). Eine Abgrenzung der einzelnen Effekte ist in der Praxis meist schwierig, einzig der Wirbelstromsensor ist über seine Frequenzabhängigkeit leichter von den übrigen Effekten zu unterscheiden. Zudem ist der Zustand der Magnetisierung des Objektes oft nicht bekannt oder wird durch Verarbeitung und Handling der Objekte nachhaltig beeinflusst, so dass ein breiter industrieller Einsatz oft schwierig ist. Zudem ist eine Vorhersage der Lebensdauer der magnetisierten Objekte unter den oft recht harten Umgebungsbedingungen, in denen die Technologie Einsatz findet (beispielsweise aber nicht ausschließlich Elektromobilität, wie insbesondere E-Bikes, z.B. Pedelecs, Schwerindustrie, Getriebe, hydraulische Systeme in Baumaschine oder in der Landtechnik und vieles mehr) oft nicht möglich.
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Aus der
ist es bekannt, diesen Nachteil durch eine aktive Aufmagnetisierung mittels eines magnetischen Wechselfeldes im kHz Bereich zu kompensieren. Hierfür werden Generator- und Detektorspulen, nämlich zwei erste Magnetfelderfassungsspulen A1, A2 und zwei zweite Magnetfelderfassungsspulen B1, B2 und eine mittige Generatorspule Lg in einer Kreuzanordnung (X-Anordnung) verwendet. Dabei wird die Differenz des Spulenpaares A-B = (A1+A2) - (B1+B2) in einem analogen Signalverarbeitungsschema ermittelt.
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Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, eine Belastungsmessvorrichtung und ein Belastungsmessverfahren zu schaffen, mit denen eine Belastung auch bei sich ändernden Bedingungen genauer reproduzierbar messbar ist.
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Zum Lösen dieser Aufgabe schafft die Erfindung eine Belastungsmessvorrichtung nach Anspruch 1 sowie ein Belastungsmessverfahren nach dem Nebenanspruch.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung schafft gemäß einem ersten Aspekt davon eine Belastungsmessvorrichtung zum Messen einer Belastung in einem Testobjekt, mit: einem Sensorkopf, einer Magnetfelderzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds in dem Testobjekt, wobei die Magnetfelderzeugungseinrichtung wenigstens eine Magnetfelderzeugungsspule in dem Sensorkopf und eine Stromquelle zum Versorgen der Magnetfelderzeugungsspule mit einem periodisch wechselnden Strom aufweist, einer ersten Magnetfelderfassungseinrichtung zum Erfassen eines sich aufgrund einer Belastung in dem Testobjekt ändernden ersten Magnetfeldparameters und zum Erzeugen eines ersten Magnetfeldparametersignals, das sich aufgrund des periodisch erzeugten Messfelds periodisch ändert, wobei die erste Magnetfelderfassungseinrichtung wenigstens eine erste Magnetfelderfassungsspule in dem Sensorkopf aufweist, einer zweiten Magnetfelderfassungseinrichtung zum Erfassen eines sich aufgrund einer Belastung in dem Testobjekt ändernden zweiten Magnetfeldparameters und zum Erzeugen eines zweiten Magnetfeldparametersignals, das sich aufgrund des periodisch erzeugten Messfelds periodisch ändert, wobei die zweite Magnetfelderfassungseinrichtung wenigstens eine zweite Magnetfelderfassungsspule in dem Sensorkopf aufweist, und einer Auswerteeinrichtung zum Erzeugen eines Messsignals aus dem ersten und dem zweiten Magnetfeldparametersignal, wobei der Sensorkopf flussverstärkerfrei ohne Magnetflussverstärker für die darin angeordneten Spulen ausgebildet ist und wobei die Stromquelle zum Versorgen der Magnetfelderzeugungsspule mit einem periodisch mit einer Frequenz von größer 50 kHz wechselnden Strom ausgebildet ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Stromquelle zum Versorgen der Magnetfelderzeugungsspule mit Strom bei einer Frequenz von 80kHz bis 120 kHz ausgebildet ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Magnetfelderzeugungsspule und die Magnetfelderfassungsspulen in einer V-Anordnung oder einer X-Anordnung in dem Sensorkopf vorgesehen sind.
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Es ist bevorzugt, dass die Spulen des Sensorkopfes in einem Spulenbauelement mit einer Anordnung von Planarspulenpaketen in Leiterplattentechnik angeordnet sind.
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Es ist bevorzugt, dass eine Spulenanordnung des Sensorkopfes kein Ferrit und kein Magnetjoch aufweisen. Insbesondere ist das Spulenbauelement weder mit einem Ferrit, noch einem sonstigen Magnetflussverstärker noch einem Magnetjoch versehen.
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Es ist bevorzugt, dass der Sensorkopf ein Gehäuse aufweist, das die Spulen in Umfangsrichtung umgibt.
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Es ist bevorzugt, dass das Gehäuse aus oder mit einem ferromagnetischen Material gebildet ist.
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Es ist bevorzugt, dass das Gehäuse aus einem elektrisch leitfähigen Material, welches eine Eindringen von hochfrequenten elektrischen Feldern verhindert.
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Es ist bevorzugt, dass das Gehäuse innen und/oder außen mit einer Schirmung zum Abschirmen hochfrequenter elektrischer Felder versehen ist.
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Es ist bevorzugt, dass die Spulen des Sensorkopfes mittels einer elastischen Verbindung in dem Sensorkopf und/oder in dem Gehäuse der Belastungsmessvorrichtung gehalten sind.
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Es ist bevorzugt, dass die Spulen mittels eines Trägers gehalten sind, welcher einen Trägerbefestigungsbereich zum Befestigen des Trägers in dem Sensorkopf, einen Spulenbefestigungsbereich, an dem die Spulen befestigt sind und mehrere Federelemente und/oder elastische Verbindungsbrücken zwischen dem Trägerbefestigungsbereich und dem Spulenbefestigungsbereich aufweist.
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Es ist bevorzugt, dass der Träger als Leiterplatte ausgebildet ist, auf der wenigstens ein Spulenbauelement mit einer, mehreren oder allen der Spulen aufgelötet sind.
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Es ist bevorzugt, dass der Spulenbefestigungsbereich ein zentraler Bereich ist, der von dem Trägerbefestigungsbereich umgeben ist.
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Es ist bevorzugt, dass die elastischen Verbindungsbrücken elektrische Leitungspfade aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Belastungsmessverfahren zum Messen einer Belastung in einem Testobjekt, mit:
- Erzeugen eines Magnetfelds in dem Testobjekt durch Versorgen einer flussverstärkerfreien Magnetfelderzeugungsspule mit einem periodisch mit einer Frequenz von größer 50 kHz, vorzugsweise zwischen 80 kHz und 120 kHz, wechselnden Strom,
- Erfassen eines sich aufgrund einer Belastung in dem Testobjekt ändernden ersten Magnetfeldparameters und Erzeugen eines ersten Magnetfeldparametersignals, das sich aufgrund des periodisch erzeugten Messfelds periodisch ändert, mittels wenigstens einer ersten flussverstärkerfreien Magnetfelderfassungsspule, Erfassen eines sich aufgrund einer Belastung in dem Testobjekt ändernden zweiten Magnetfeldparameters und Erzeugen eines zweiten Magnetfeldparametersignals, das sich aufgrund des periodisch erzeugten Messfelds periodisch ändert, mittels einer zweiten flussverstärkerfreien Magnetfelderfassungsspule, und
- Erzeugen eines Messsignals aus dem ersten und dem zweiten Magnetfeldparam etersignal.
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Bei bisherigen derartigen Belastungsmessvorrichtungen, die eine aktive Aufmagnetisierung nutzen und Änderungen eines Magnetfeldparameters aufgrund einer Belastung in dem Testobjekt mittels entsprechender Magnetfelderfassungsspulen messen, sind stets Magnetflussverstärker in der Erzeugungsspule und in den Magnetfelderfassungsspulen vorgesehen. Beispielswiese ist ein Flussverstärkerjoch vorgesehen, welches V-förmig oder X-förmig ausgebildet ist, wobei an einem Kreuzungsbereich ein Vorsprung vorgesehen ist, auf dem die Erzeugungsspule sitzt, während auf Vorsprüngen an Auslegern des Magnetjoches die Magnetfelderfassungsspulen vorgesehen sind. Durch die Nutzung entsprechender Ferrite werde der Magnetfluss verstärkt, um somit eine genügende Signalstärke zu erzielen.
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Der Flussverstärker besteht aus Ferrit oder entsprechenden flussverstärkenden Materialien und somit aus anderen Materialien als die Spulen oder die sonstigen Bauelemente des entsprechenden Sensorkopfes.
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Eingehende Untersuchungen haben nun gezeigt, dass eine solche Ferrit oder ein entsprechendes anderes Magnetfeldverstärkungsmaterial ein Fremdkörper im System ist, der dazu führt, dass das Messsignal temperaturabhängig sowie abhängig von mechanischen Belastungen ist. Somit haben Versuche ergeben, dass das Weglassen eines entsprechenden Magnetflussverstärkers bei derartigen Belastungsmessvorrichtungen deutlich bessere Reproduzierbarkeiten des Messsignales bezüglich Temperatur und Stresseinkopplung erzeugt. Die durch das Weglassen des Magnetflussverstärkers bedingte Verringerung des Magnetflusses kann durch eine entsprechende Erhöhung der Frequenzen des Magnetfelderzeugungsstromes kompensiert werden.
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Somit betrifft die Erfindung ein Belastungsmessverfahren sowie eine Belastungsmessvorrichtung unter Verwendung eines Sensorkopfes ohne Ferrit und ohne einen anderen Flussleiter.
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Versuche haben gezeigt, dass ein Belastungsmesssensor, wie insbesondere ein Drehmomentsensor unter Verwendung von aktiver Aufmagnetisierung auch ohne Flussverstärker oder Flusssammler funktioniert. Eine wichtige Größe zum Erzeugen eines Messsignals ist das Signal/Träger-Verhältnis. Durch das Weglassen des Ferrits verschlechtert sich dieses Verhältnis zwar um ca. Faktor 2 gegenüber vergleichbaren Sensoren mit Ferriten. Vergleichbare Sensoren mit Ferriten haben aber eine deutliche Drehwinkelabhängigkeit, welche zum Beispiel bei Wellen oder anderen sich drehenden Objekten durch Abstandsveränderungen oder durch Materialungleichheiten über den Umfang des Testobjektes gesehen, erzeugt werden. Wird an solchen Testobjekten eine Belastung mittels eines Sensorkopfes ohne Flussverstärker gemessen, wird das Magnetfeld „breiter“ eingesammelt und somit eine deutliche Verbesserung dieses RSN-Verhaltens erzielt. Auch ist der Temperaturgang des Gesamtsensors um Faktoren reproduzierbar. Der Sensor ist außerdem deutlich weniger anfällig auf mechanischen Stress. Hat man einen Flussverstärker mit entsprechend genügend weich magnetischen Materialien in dem Sensorkopf, dann kann sich die Lage dieses Flussverstärkers innerhalb der Spule aufgrund von Belastungen, wie beispielsweise Erschütterungen usw. ändern, was Auswirkungen auf das Messsignal hat.
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Tendiert man nun zu höheren Frequenzen von größer als 50 kHz und insbesondere 80kHz-120kHz, erhält man eine Gesamtstromaufnahme der Induktivitäten, die vergleichbar ist mit einem Sensor, der mit 10 kHz betrieben wird und mit Ferrit-Flussverstärker versehen ist.
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Eine weitere Verbesserung des Messsignals auch unter unterschiedlichen mechanischen Belastungen wird dadurch erzielt, wenn man - wie bei besonders bevorzugten Ausgestaltungen vorgesehen ist - eine Stressentkopplung eines Spulenaufbaus innerhalb des Sensorkopfes vornimmt. Insbesondere sind die Spulen über eine elastische Verbindung mit einem Gehäuse oder dergleichen verbunden. Dies kann beispielsweise durch eine Stressentkopplungs - PCB erreicht werden. Insbesondere ist eine Leiterplatte mit elastischen Verbindungsbrücken zwischen einem Befestigungsbereich und einem Spulenbefestigungsbereich versehen. Die wenigstens eine Spule kann man so auf die Stressentkopplungs-PCB auflöten und damit in einem Gehäuse aufhängen.
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Vorzugsweise wird mechanischer Stress von außen über wenigstens eine Feder abgefangen und kann so in der Spule nicht zu einer Offsetverschiebung führen.
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Vorzugsweise sind die Spulen als Planarspulen ausgeführt. Die Belastungsmessvorrichtung ist insbesondere als Drehmomentsensor oder Kraftsensor ausgeführt.
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Insbesondere sind die Planarspulen für den Einsatz bei Drehmomentsensoren und Kraftsensoren in ein FR4 eingelassene Induktivitäten. Bisher werden die Induktivitäten durch den Einsatz eines Ferrits verstärkt. Die Planarspulen sind im Produkt Teil des gesamten Sensors und integriert in den Aufbau und in die Verbindungstechnik. Hierzu sind die Planarspulen in irgendeiner Form mit dem Gehäuse verankert, um gegenüber Vibration, Schock und anderen Einflüssen auf den Sensor beständig zu sein.
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Bisher bestand das Problem, dass durch mechanischen oder thermischen Stress auf das Planarspulenpaket oder die Lötstellen des Planarspulenpaketes sich die elektrischen Eigenschaften der Planarspulen verändern und damit eine Signalveränderung eintritt.
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Diese Signalveränderung kann Offset-reversibel oder nicht reversibel mit dem mechanischen oder thermischen Stress auftauchen und verursacht dadurch ein gewisses Fehlerbudget.
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Durch eine geeignete Stressentkopplung wie zum Beispiel einen als Feder ausgestalteten Träger-PCB können die Planarspulen stressentkoppelt in einen Sensor integriert werden.
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Beispielsweise ist eine Trägerleiterplatte mit vier Federaufhängungen vorgesehen. Tests haben gezeigt, dass eine Reduktion auf zwei Federaufhängungen die Stressentkopplung deutlich verbessert. Über die Breite der Federbeine kann man die Steifigkeit der Trägerplatine einstellen.
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Ein Ausführungsbeispiel wird im Folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer Belastungsmessvorrichtung in Form eines Drehmomentsensors;
- 2 eine perspektivische Ansicht der Belastungsmessvorrichtung von 2;
- 3 eine Draufsicht auf die Belastungsmessvorrichtung;
- 4 einen Schnitt entlang der Linie A-A von 3;
- 5 eine Seitenansicht der Belastungsmessvorrichtung.
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In den beigefügten Figuren ist eine Ausführungsform einer Belastungsmessvorrichtung 10 zum Messen einer Belastung an einem nicht näher dargestellten Testobjekt gezeigt. Die Belastungsmessvorrichtung 10 ist beispielsweise als Drehmomentsensor 12 zum Messen eines Drehmoments an einem sich drehenden Testobjekt wie beispielsweise einer Welle ausgebildet. Die Belastungsmessvorrichtung 10 könnte zum Beispiel auch als Kraftsensor ausgebildet sein.
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Die Belastungsmessvorrichtung 10 ist zum Messen einer Belastung an einem ferromagnetischen Testobjekt mit magnetischen Messverfahren ausgebildet. Insbesondere ist die Belastungsmessvorrichtung 10 als magnetoelastischer oder Invers-magnetostriktiver Sensor ausgebildet. Die ferromagnetischen Materialien des Testobjektes ändern ihre Permeabilität unter Einfluss von Zug- oder Druckspannungen - auch Villari-Effekt genannt.
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Hierzu ist die Belastungsmessvorrichtung 10 dazu ausgebildet, aktiv ein Magnetfeld an dem Testobjekt zu erzeugen und dann Veränderungen an dem Magnetfeld aufgrund einer Belastung zu messen.
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Hierzu weist die Belastungsmessvorrichtung 10 einen in einem Gehäuse 14 aufgenommenen Sensorkopf 16 auf. Weiter weist die Belastungsmessvorrichtung 10 eine Magnetfelderzeugungseinrichtung 18, eine erste Magnetfelderfassungseinrichtung 20 und eine zweite Magnetfelderfassungseinrichtung 22 auf.
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Die Magnetfelderzeugungseinrichtung 18 ist zum Erzeugen eines Magnetfelds in dem Testobjekt ausgebildet. Die Magnetfelderzeugungseinrichtung 18 weist eine Magnetfelderzeugungsspule 24 - auch Generatorspule genannt - in dem Sensorkopf 16 und einer Stromquelle 26 zum Beaufschlagen der Magnetfelderzeugungsspule 24 mit einem sich periodisch verändernden Strom auf.
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Die Stromquelle 26 kann in dem Drehmomentsensor 12, insbesondere in dem Gehäuse 14 angeordnet sein. Insbesondere kann die Stromquelle 26 als elektronisches Bauteil auf einer Elektronikeinheit 28 angeordnet sein. Bei anderen Ausgestaltungen ist die Stromquelle 26 extern vorgesehen, zum Beispiel als Wechselstromquelle. Die Stromquelle 26 ist dazu ausgebildet, die Magnetfelderzeugungsspule 24 mit einem sich bei einer Frequenz von größer 50 kHz, mehr insbesondere mit einer Frequenz von 80 kHz-120 kHz zu versorgen.
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Die erste Magnetfelderfassungseinrichtung 20 ist zum Erfassen eines sich aufgrund einer Belastung in dem Testobjekt ändernden ersten Magnetfeldparameters ausgebildet und kann ein erstes Magnetfeldparametersignal erzeugen, das sich aufgrund des periodisch erzeugten Messfelds periodisch ändert und das von der Spannung in dem Testobjekt abhängt. Die erste Magnetfelderfassungseinrichtung 20 weist wenigstens eine erste Magnetfelderfassungsspule 30 auf.
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Auch die zweite Magnetfelderfassungseinrichtung 22 ist zum Erfassen eines sich aufgrund einer Belastung in dem Testobjekt ändernden Magnetfeldparameters - zweiter Magnetfeldparameter - ausgebildet. Es erzeugt aufgrund dessen ein zweites Magnetfeldparametersignal, welches sich ebenfalls aufgrund des periodisch erzeugten Messfelds periodisch ändert. Die zweite Magnetfelderfassungseinrichtung weist wenigstens eine zweite Magnetfelderfassungsspule 32 auf.
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Der erste und der zweite Magnetfeldparameter können z. B. Feldstärken in unterschiedlichen Richtungen sein.
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Die unterschiedlichen Spulen 24, 30, 32 sind als Planarspulen 34 gemeinsam in einem Spulenbauelement 36 untergebracht, welches gemeinsam die Magnetfelderzeugungsspule 24 sowie die Magnetfelderfassungsspule 30, 32 beherbergt.
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Die Anordnung der Spulen 24, 30, 32 kann V-förmig sein, wobei eine gedachte Verbindungslinie zwischen der Magnetfelderzeugungsspule 24 und der ersten Magnetfelderfassungsspule 30 sich mit einer zweiten gedachten Verbindungslinie zwischen der Magnetfelderzeugungsspule 24 und der zweiten Magnetfelderfassungsspule 32 in einem Winkel zwischen 10° und 170°, vorzugsweise zwischen 60° und 120°, mehr insbesondere zwischen 80° und 100° und besonders bevorzugt mit einem Winkel von 90° kreuzt.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei erste Magnetfelderfassungsspulen 30 und zwei zweite Magnetfelderfassungsspulen 32 vorgesehen, die eine X-Anordnung mit der Magnetfelderzeugungsspule 24 in der Mitte vorgesehen sind.
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Es wird für weitere Einzelheiten zu dieser Anordnung auf den eingangs erwähnten Stand der Technik zu den Dokumenten D1-D7 verwiesen.
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Das Spulenbauelement 36 weist keinen Magnetflussverstärker auf. Insbesondere ist der gesamte Sensorkopf 16 flussverstärkerfrei, ohne Ferrite oder sonstige weichmagnetischen Materialien zur Flussverstärkung für die Spulen 24, 30, 32, vorgesehen.
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Die Planarspulen 34 sind lediglich in ein geeignetes Matrixmaterial 38 eingegossen und so zu dem Spulenbauelement 36 geformt. Die Herstellung des Spulenbauelements erfolgt in Leiterplattentechnik.
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Die unterschiedlichen Spulen 24, 30, 32 des Sensorkopfes 16 sind über wenigstens über eine elastische Verbindung 40 und/oder über ein Federelement 42 oder über eine Feder mit dem Gehäuse 14 verbunden.
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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Träger 44 vorgesehen, der einen Trägerbefestigungsbereich 46 zum Befestigen des Trägers 44 an dem Gehäuse, einen Spulenbefestigungsbereich 48 zum Befestigen einer oder mehrerer der Spulen 24, 30, 32 und wenigstens eine elastische Verbindungsbrücke 50 zum Bilden des Federelements 42 und der elastischen Verbindung aufweist. Der Spulenbefestigungsbereich 48 ist über die wenigstens eine elastische Verbindungsbrücke 50 mit dem Trägerbefestigungsbereich 46 verbunden.
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In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist der Träger 44 in Form einer Leiterplatte 52 ausgebildet, wobei elektrische Verbindungspfade über die Verbindungsbrücken 50 geführt sind, um die Spulen elektrisch anzuschließen.
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Der Trägerbefestigungsbereich 46 liegt ringförmig oder bereichsweise um den zentral angeordneten Spulenbefestigungsbereich 48 herum. Vorzugsweise ist das Spulenbauelement 36 an dem Spulenbefestigungsbereich 48 angelötet.
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Die Steife des Federelements 42 und die Federeigenschaften der elastischen Verbindung 40 lassen sich über die Breite der Verbindungsbrücke 50 und/oder deren Länge einstellen.
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Es können zwischen dem Trägerbefestigungsbereich 46 und dem Spulenbefestigungsbereich 48 mehrere elastische Verbindungsbrücken 50 vorgesehen sein, beispielsweise sind zwei, drei oder vier Verbindungsbrücken vorgesehen.
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Das Gehäuse 14 weist eine Grundplatte 54 mit einer Öffnung für eine elektrische Steckverbindung 56 und einen Ringgehäusebereich 58 und in der dargestellten Ausführungsform noch einen Deckel 60 auf. Bis auf den Deckel 60 sind für das Gehäuse 14 elektrisch und/oder magnetisch abschirmende Materialien vorgesehen. So kann die Einstreuung von Magnetfeldern von außen vermieden werden, um Störeffekte zu vermeiden. Der Deckel 60 ist dazu ausgebildet, den Sensorkopf 16 vor Umwelteinflüssen zu schützen und besteht aus einem Material, welches Magnetfelder gut zu dem Testobjekt durchleiten lässt. Beispielsweise ist ein Kunststoffmaterial für den Deckel 60 vorgesehen.
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Mit der Belastungsmessvorrichtung 10 lässt sich das im Folgenden näher dargestellte Belastungsmessverfahren durchführen.
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Die Belastungsmessvorrichtung wird mit dem Deckel 60 hin zu dem Testobjekt (nicht dargestellt) angeordnet und an dem Testobjekt fixiert. Wie oben erläutert, kann das Testobjekt beispielsweise eine drehende Welle aus ferromagnetischen Materialien sein.
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Mittels der Magnetfelderzeugungseinrichtung 18 wird durch Beaufschlagung der Magnetfelderzeugungsspule mit dem Strom im Bereich von 80-120 kHz ein Magnetfeld erzeugt und in das Testobjekt eingeleitet.
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Mittels der ersten Magneterfassungseinrichtung 20 und der zweiten Magnetfelderfassungseinrichtung 22 werden zum Beispiel Richtungsänderungen des auferlegten Magnetfeldes aufgrund von Belastungen in dem Testobjekt gemessen. Die entsprechenden Signale der Magnetfelderfassungseinrichtung 20, 22 können zum Beispiel aus Signalen A1 und A2 von zwei ersten Magnetfelderfassungsspulen 30 und Signalen B1 und B2 von zwei zweiten Magnetfelderfassungsspulen 32 bestehen.
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In einer Auswerteeinrichtung
62, die ebenfalls in der Elektronikeinheit
28 untergebracht sein kann, kann damit ein die Belastung anzeigendes Messsignal erzeugt werden. Ein Beispiel für die entsprechende Erzeugung ist in der Literaturstelle
D7 sowie in der Internationalen Patentanmeldung PCT/
EP2018/065405 und der deutschen Patentanmeldung
DE 10 2017 112 913.8 beschrieben. Ein Beispiel für das Testobjekt ist in der
DE 10 2018 115 008.3 beschrieben. Beispiele für Membrane eines Drucksensors ausgebildete Testobjekte sind in der
DE 10 2017 104 547.3 beschrieben.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Belastungsmessvorrichtung
- 12
- Drehmomentsensor
- 14
- Gehäuse
- 16
- Sensorkopf
- 18
- Magnetfelderzeugungseinrichtung
- 20
- erste Magnetfelderfassungseinrichtung
- 22
- zweite Magnetfelderfassungseinrichtung
- 24
- Magnetfelderzeugungsspule
- 26
- Stromquelle
- 28
- Elektronikeinheit
- 30
- erste Magnetfelderfassungsspule
- 32
- zweite Magnetfelderfassungsspule
- 34
- Planarspule
- 36
- Spulenbauelement
- 38
- Matrixmaterial
- 40
- elastische Verbindung
- 42
- Federelement
- 44
- Träger
- 46
- Trägerbefestigungsbereich
- 48
- Spulenbefestigungsbereich
- 50
- elastische Verbindungsbrücke
- 52
- Leiterplatte
- 54
- Grundplatte
- 56
- elektrische Steckverbindung
- 58
- Ringgehäusebereich
- 60
- Deckel
- 62
- Auswerteeinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 3311818 [0004]
- EP 0384042 A2 [0004]
- DE 3031997 A [0004]
- US 3011340 A [0004]
- US 4135391 A [0004]
- DE 3031997 A1 [0005]
- EP 2018/065405 [0068]
- DE 102017112913 [0068]
- DE 102018115008 [0068]
- DE 102017104547 [0068]
